Virtuelle Produktentwicklung A
Virtuelle Produktentwicklung A CAx-Prozessketten
Virtuelle Produktentwicklung A CAx-Prozessketten
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Cartes-fiches
1. Definieren Sie den Begriff der Produktdatentechnologie.
Die Produktdatentechnologie ist die Lehre der wissenschaftlichen Grundlagen für die Funktionen zur Verarbeitung von Produktdaten, bezogen auf alle Phasen des Produktlebenszyklus. Basiert auf mathematischen Methoden der Objektrepräsentation und Präsentation
2. Erklären Sie den Begriff des Produktlebenszyklus.
Er beschreibt den Zyklus der aufeinander folgenden Produktlebensphasen. Er ist geschlossen wenn es gelingt das Produkt nach Ablauf seines Lebens einer Neukonstruktion zuzuführen.
3. Welche Phasen beinhaltet der Produktlebenszyklus (kurz erläutern)?
BILD
4. Betriebswirtschaftliche Ansicht: Welche Größen sind Indikatoren für die Identifikation der momentan erreichten Lebenszyklusphase eines Produkts?
Verlauf von Gewinn, Kosten, Umsatz
5. Was sind CA-Systeme? Nennen Sie Beispiele!
CA-Systeme sind Datenverarbeitungssysteme welche bereichsspezifische Tätigkeiten unterstützen (Dienen allein einem Bereich)
Bsp: CAD, CAL (Learning), CAS (Styling)
6. Erklären Sie den Begriff der Prozesskette/des Prozessnetzes
Eine Prozesskette ist eine hierarchisch strukturierte, formale Zusammenfassung von Informationsverarbeitungsprozessen (CAx), die einem gemeinsamen Ziel dienen.
Ein Prozessnetz sind miteinander vernetzte Prozessketten.
7. Erklären Sie den Begriff des Produktmodells, die damit verknüpfte Strategie von DV–Systemen und die Bedeutung für die zukünftige Architektur von DV-Systemen.
a) Ein Produktmodell ist die Abbildung eines Produktes in ein Modell, welches durch die Instanziierung eines Produktdatenmodells entsteht.
b) Ziel ist es alle zugrunde liegende Daten zu erfassen, zu strukturieren und zu speichern, um einen reibungslosen Austausch von Daten zwischen DV-Systemen zu ermöglichen
c) Momentan Austausch der Daten über genormte Schnittstellen mit systemunabhängigen Daten und Dateiformaten. In Zukunft soll PDT auf einem gemeinsamen Produktmodell aufbauen und Operationen zum Erstellen relevanter Produktdaten bereitstellen.
8. Welche Arten des Informationsaustauschs in der Produktentstehung kennen Sie?
Austausch über: Technische Zeichnung (Papier), Datenträger, Datennetz (Intranet)
9. Vergleichen Sie den Informationsfluss in Büro- und Werkstattbereich!
Bürobereich (Konstruktion) - große Datenmengen
- Produktdaten (MB bis 100 MB)
- Betriebsmitteldaten (bis MB)
- Planungsdaten (bis MB)
- Prozessdaten (bis MB)
- nicht zeitkritisch
- Präsentation: strukturell, textuell, graphische Darstellung
Werkstattbereich - kleine Informationsmengen
- Steuerdaten (B bis KB)
- Prozessdaten (B bis KB)
- zeitkritische Bereiche
- Präsentation: strukturell, graphisch, textuell, codiert
10. Charakterisieren Sie den Begriff „Virtuelle Produktentstehung“!
Der Produktentstehungsprozess bei der „Virtuellen Produktentstehung“ wird mit Anwendungssoftwaresystemen ausgestattet und der Durchlauf durch den Produktentstehungsprozess wird vollständig digital und modellgestützt geleistet.
--> keine Medienbrüche!
--> ohne Dokumentation auf Papier!
--> verbindliche Daten sind die digitalen Daten (digital master)
Dadurch vielleicht höhere Kosten in Konstruktion aber schneller am Markt --> Gewinn
11. Differenzieren Sie die Begriffe Produktmodell und Produktdatenmodell!
Ein Produktmodell ist die Abbildung eines Produkts in ein Modell. Ziel ist es alle relevanten Daten herauszuarbeiten und im Modell zu dokumentieren. Entsteht durch die Instanziierung eines Produktdatenmodells.
Ein Produktdatenmodell ist die Abbildung der Daten die für eine Beschreibung des Modells relevant sind in ein formales Modell.
12. Welchen Vorteil haben neutrale Schnittstellen gegenüber systemspezifischen Schnittstellen?
Bei neutralen Schnittstellen können auch systemfremde Teilsysteme benutzt werden.
13. Hinsichtlich welcher drei Aspekte kann man Produktdaten unterscheiden?
Unterscheidung ob es Daten sind zur :
a) Produktdefinition: Administrative oder organisatorische Daten die eine Identifizierung oder Klassifizierung des Produktes ermöglichen (Ident.-Nummer)
b) Produktrepräsentation: Rechnerinterne Daten die zur Produktbeschreibung nötig sind und nach außen hin nicht sichtbar sind (B-Rep- oder CSG- Struktur)
c) Produktpräsentation: Daten die zu Papier gebracht wurden und dem Nutzer zur Verfügung stehen (Technische Zeichnung, CAD Zeichnung, Stücklisten)
14. Nennen Sie die Methoden zur formalen Spezifikation von Produktdaten.
- Entity Relationship Model (ERM)
- Express-G Methode (Graphische Notation zum beschrieben von Produktdatenmodellen)
- Unified Modelling Language (UML)
15. Welche Kernpunkte verfolgt der Ansatz des „Integrierten Produktdatenmodells“?
Dem integrierten Produktdatenmodell liegen folgende Anforderungen zugrunde
- Abbildung von Produktinformationen aus allen Phasen des Produktlebenszyklus
- Abbildung der verschiedenen physikalischen Produkteigenschaften
- Berücksichtigung der Sichtweise eines Anwendungsgebietes
16. Wie unterscheiden sich die analytische und die parametrische Beschreibung von Geometriemodellen voneinander?
Analytisch: Bestimmung von fest vorgegebenen Punkten. Die Erzeugung von Linien, Ebenen, Volumen erfolgt über diese Punkte. Bezieht sich direkt auf KOS
Parametrisch: Resultiert aus der Anforderung, beliebig gekrümmte Kurven zu beschreiben. Es sind veränderliche Größen erlaubt.
17. Welche beiden mathematischen Prinzipien liegen den parametrischen Beschreibungsverfahren zugrunde?
Interpolation: Es wird eine beliebige Anzahl von Punkten vorgegeben. Die gesuchte Kurve soll durch alle diese Punkte gehen.
Approximation: Es wird eine beliebige Anzahl von Punkten vorgegeben. Die Kurve soll sich diesen Punkten so nah wie möglich annähern.
18. Warum werden Geometrieelemente idealerweise parametrisch beschrieben?
Weil dies eine spätere Änderung der Geometriedaten erlaubt. Beispielsweise bei einem erstellten Quader die Kantenlänge ändern.
19. Für welchen Zweck werden Transformationsmatrizen eingesetzt?
Über Transformationsmatrizen werden sämtliche Lineartransformationen abgebildet: Translation, Rotation, Skalierung (Zooming, Spiegelung)
20. Welche Anzahl an Zeilen- und Spaltenvektoren hat eine Transformationsmatrix für die Translation eines Volumenkörpers?
4x4-Matrix
21. Für die einfachste parametrisch beschriebene Kurve, die Zweipunktkurve oder Hermite-Kurve, existieren die sog. algebraische und die vektorielle Darstellungsform. Können Sie diese angeben?
algebraisch:
parametrisch:
22. Welche Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kurvenform gibt es bei der Zweipunktkurve? Skizzieren Sie ein Beispiel.
Beeinflussung über die Lage der Randpunkte und die Tangentenvektoren und Richtung der Kurve
23. Welche parametrischen Kurven kennen Sie?
- Bezier-Kurve
- Basis-Spline-Kurve (B-Spline)
24. Erklären Sie die Bezier-Kurve (mathematische Beschreibung) und nennen Sie charakteristische Merkmale.
Approximation, Zur Bestimmung der ganzen Kurve nur wenige Stützstellen nötig. Diese bilden Polygonzug, Kurve wird daran angenähert.
Merkmale:
- Kurve interpoliert durch Anfangs- und Endpunkt
- Kurve liegt innerhalb der vom Polygon eingehüllten Fläche
- Zählrichtung der Stützpunkte kann ohne Gestaltänderung der Kurve geändert werden
Modifikation:
- Verschieben von Stützpunkten
- Zusätzliche Stützpunkte
Vorteile:
- Einfache Definition
- Kurve kann leicht in Iterationsschritten an gewünschtes angepasst werden.
- Stetige und glatte Kurven
Nachteile:
- Grad der Kurve (Rechenaufwand) von Stützstellenzahl abhängig
- Bei Verschiebung eines Punktes Änderung der ganzen Kurve
Mathematische Beschreibung:
- p= Punkte auf der Bezier-Kurve
- b= Stützstellen (Bezier-Punkte) des zu approximierenden Polygons
- B= Basisfunktion (Bernstein-Polynom)
25. Erklären Sie die B-Spline-Kurve (mathematische Beschreibung) und nennen Sie charakteristische Merkmale.
Approximierende Kurve wie bei Bezier. Definiert über ein Polygon von Stützstellen.
Erlaubt weiterhin Einflussnahme auf Kurve durch Knoten- Gewichtungsvektor
Eigenschaften wie bei Bezierkurve
- je größer die Gewichtung eines Punktes umso näher wird Kurve zu ihm hingezogen.
- Lokale Modifikation möglich (verschieben von Stützstelle ändert Kurve nur da)
Modifikation:
- Verschieben von Stützstellen
- Modifikation des Knotenwertes
- Gewichtung
Mathematische Beschreibung:
- p= Punkte auf dem Spline
- b= Stützstellen des zu approximierenden Polygons
- w= Gewichtung der einzelnen Stützpunkte
- N= Basisfunktion / Bindefunktion
26. Was verstehen Sie unter den Begriffen URBS und NURBS?
- URBS = Uniform Rational Basis Spline --> Abstand zwischen Knotenwerten gleich
- NURBS = Non Uniform Rational Basis Spline
27. Vergleichen Sie B-Spline-Kurven mit Bezier-Kurven.
Vorteile von B-Splines:
- Zusätzliche Möglichkeiten der Modifikation über Gewichte und Knoten
- Interpolation eines Punktes kann erzwungen werden
- es werden weniger Stützstellen benötigt (da Modifizierbar)
- Grad des Approximationspolynoms von Stützstellenzahl unabhängig --> geringerer Rechenaufwand
- Alle nicht-parametrischen Kurven können rechnerintern als Splines dargestellt werden.
- Bezier-Kurve = Sonderfall von B-Spline, bei denenen Grad = Stützstellenanzahl
28. Wie werden die parametrischen Verfahren auf die Beschreibung zweidimensionaler und dreidimensionaler Geometrieelemente ausgedehnt?
durch Definition eines zweiten (2D) oder dritten (3D) Richtungsparameters für die Flächengleichung: Es entstehen Patches (Pflaster).
- Hermite-Kurven--> Gordon-Coonts-Flächen
- Bezier-Kurven --> Bezier-Flächen
- B-Splines --> Basis-Splineflächen (Volumina)
29. Bei der Beschreibung der Gestalt eines Produkts unterscheidet man zwischen der geometrischen und der topologischen Beschreibung. Grenzen Sie die Begriffe Geometrie und Topologie gegeneinander ab.
Geometrie beschreibt die äußere Form eines Körpers.
Topologie beschreibt die Lage und Anordnung von Gegenständen im Raum. Häufig wird auch von Nachbarschaftsbeziehungen gesprochen.
30. Welche geometrischen und topologischen Elemente kennen Sie und wie sind diese miteinander verknüpft?
Topologisch Geometrisch
Body <--> Volumen
Shell
Face <--> Fläche
Loop
Edge <--> Linie
Vertex <--> Punkt
31. Wie lautet die Euler-Poincaré-Formel und was bedeutet sie? Können Sie sie auf ein einfaches Beispiel anwenden?
V – E + F = 2 * (S - R) + H
V = Ecken
E = Kanten
F = Flächen
S = Äußere + Innere Oberfläche
H = Anzahl Löcher in Flächen
R = Anzahl der Volumendurchbrüche
Dient zur Sicherstellung der topologischen Korrektheit.
32. Der Aspekt der Produktrepräsentation wird durch die sog. rechnerinternen Modelle beschrieben. Welche Arten von rechnerinternen Modellen zur Beschreibung der Produktgestalt (Geometriemodelle) kennen Sie?
Geometriemodelle lassen sich unterscheiden durch:
- Die Dimensionalität des Elementraumes (2D / 3D)
- Die Klassen der Verfügbaren Geometrieelemente (Punkt-, Linien-, Flächen-, Volumenmodelle)
- Die Art der mathematischen Beschreibung der Geometrieelemente (analytisch / parametrisch)
33. Hinsichtlich welcher Kriterien können Volumenmodelle klassifiziert werden?
- Generativ (CSG: Constructive Solid Geometry, Sweep, EFM: Elementefamilien-Modelle)
- Akkumulativ (B-Rep: Boundary Representation, Binäre Zellmodelle, Finite-Element-Modelle)
- Hybrid (Modelle mit generativer Primärstruktur und akkumulativer Sekundärstruktur)
34. CSG-Modelle benutzen sog. Primitiva, die durch bestimmte Funktionen miteinander verknüpft werden. Nennen Sie diese Funktionen und einige Primitiva. Was bedeuten in diesem Zusammenhang die Begriff Binärbaum (CSG-Baum) und Halbraumverfahren?
Primitiva: Kegel, Quader, Zylinder, Kugel, Torus, ….
Binäre Operationenen: Vereinigung ( U ) Durchschnitt ( ∩ ) Differenz ( \ )
Binärbaum protokolliert die Entstehungsgeschichte des Volumenmodells (Aus welchen Primitiva mit welchen Operationen)
Halbräume: eine Fläche, die ein Oberflächenelement eines Volumens ist, und die Richtung, die das Volumeninnere definiert
35. Was versteht man unter einem Produktionsmodell und unter den Produktionsverfahren?
Bei dem Produktionsmodell (Sweep Modell) (generativ) wird ausgehend von einer Definierten Querschnittsfläche durch die Verschiebung dieser in der dritten Raumrichtung ein Volumen erzeugt.
Verfahren: Translation (Gerade), Rotation, Trajektion (Beliebige Linie)
36. Was sind Elementefamilien-Modelle (EFM)?
Es handelt sich um vordefinierte Körper, Bauteile.
Komplexe Körper werden erzeugt, indem diese aneinandergefügt werden
37. Nennen Sie die verschiedenen Arten von B-Rep-Modellen.
B-Reps auf der Basis exakt beschriebener Begrenzungsflächen (analytisch oder paramterisch). Diese ermöglichen auch das Arbeiten mit Freiformflächen und Kurven als Begrenzungslinie
B-Reps auf der Basis von Begrenzungsflächen die durch so genannte Facetten angenähert werden. Tesselierung beschreibt die Erzeugung eines Netzwerks von geometrischen Basiselementen, um komplexe Oberfläche zu approximieren.
38. B-Rep-Modelle zeichnen sich durch eine spezielle Datenstruktur aus (Stichwort: geometrischtopologisches Strukturmodell).Können Sie diese Struktur grob aufzeichnen und erklären?
Das Wesen der B-Reps wird durch Zusammenwirkung von Geometrie und Topologie bestimmt. Das Modellieren hat einen dualen Charakter und beruht zunächst auf der Berechnung einfacher Flächen und Kantenprimitive um diese später mit Hilfe von Prüfalgorithmen nach Gültigkeit zu prüfen.
Definition der Begrenzungsflächen – Anordnung der Flächen zueinander – Verschneiden der Oberflächen und erzeugen eines Volumens über geschlossene Oberfläche
39. Welche weiteren Modelle kennen Sie? Erläutern Sie diese.
- Binäre Zellmodelle (Körper über viele Pixel und dann entscheiden ob voll oder nicht)
- Finite-Elemente-Modelle: Körper wird in viele passende Elemente aufgeteilt
40. Was versteht man unter einem Hybridmodell?
Hybridmodelle sind Modelle, die primär eine CSG-Struktur, sekundär jedoch auch eine B-Rep-Struktur besitzen. (Duale Repräsentation).
Sie können danach unterschieden werden, ob die CSG alle Modellinformationen enthält und die B-Rep-Struktur nur zur schnellen Visualisierung benutzt wird oder ob beide Strukturen gleichberechtigt sind und sich ergänzen
