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Durchgängiges rechnerautomatisiertes Toleranzmanagement in frühen Produktentwicklungsphasen

Fachliche Zuordnung Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289154940
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Forschungsvorhaben „Durchgängiges rechnerautomatisiertes Toleranzmanagement in frühen Produktentwicklungsphasen“ wurde mit dem übergeordneten Ziel einer höheren Produktqualität sowie kürzeren Entwicklungszeiten bzw. weniger Iterationen eine Methodik zum frühzeitigen konstruktionsbegleitenden Toleranzmanagement entwickelt. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen aus Industrie und Forschung umfasst diese die durchgängige Abweichungsberücksichtigung von der Anforderungsdefinition bis zum ersten CAD-Entwurf. Ausgehend von textuellen Anforderungen werden so zunächst mit Hilfe von Natural Language Processing (NLP) implizite Toleranzinformationen, wie Key Characteristics und deren Gewichtung, abgeleitet. Die verknüpfte Dokumentation dieser Informationen in einem erweiterten House of Quality bildet die Basis für eine strukturierte Robustheitsbewertung prinzipieller Lösungen, die etablierte Robustheitsaspekte vereint und so eine fundierte Lösungswahl ermöglicht. Darauf aufbauend kann die resultierende Konzeptstruktur mit einer automatisierten Robustheitssynthese unter Berücksichtigung des Axiomatic und Kinematic Design weiter verbessert werden. In Kombination mit formalisiertem Produkt- und Tolerierungswissen in Form von Ontologien lässt sich das Produktkonzept automatisiert detaillieren und tolerieren. Das resultierende Toleranzkonzept bildet die Basis für die automatische Ableitung eines ersten CAD-Entwurfsmodells mit bereits darin verknüpften PMI. Sofern im Sinne des modularen Charakters der Methodik noch keine Toleranzinformationen in der Entwurfsphase vorliegen, unterstützt der entwickelte Ansatz durch funktionsorientierte Vorschläge bei der initialen Toleranzspezifikation. Dieses Entwurfsmodell mit Toleranzinformationen bildet die Basis für eine erste CAD-basierte Absicherung des abweichungsbehafteten Produktverhaltens in der Produktentwicklungsumgebung. Damit liegt am Ende des entwickelten Vorgehens bereits ein robuster Entwurf mit initial abgesicherter Tolerierung vor, der eine fundierte Grundlage für die Anwendung von Methoden des etablierten Toleranzmanagements schafft. In einer Nutzerstudie wurde die Notwendigkeit und Nutzen einer solchen Methodik, die bislang voneinander losgelöste abstrakte bzw. theoretische Konzepte in die Anwendbarkeit im Produktentwicklungsalltag überführt, bestätigt. Neben der engen Integration in den Produktentwicklungsprozess sind vor allem die Strukturierung, die Automatisierung mit Hilfe von formalisiertem Wissen, die Quantifizierung sowie die durchgängige Verknüpfung entlang des gesamten Prozesses von der Anforderungsdefinition bis zum CAD-Modell zentrale Erfolgsfaktoren. Neben der angestrebten Beschleunigung des Prozesses sowie der Verbesserung der Produktqualität trägt die Methodik laut Nutzerstudie maßgeblich zur Sensibilisierung des Produktentwickelnden bei. Die modulare Methodik des frühzeitigen konstruktionsbegleitenden Toleranzmanagements kann somit also als Grundgerüst für die durchgängige, automatisierte Abweichungsberücksichtigung in frühen Produktentwicklungsphasen als auch als Basis für neue Erkenntnisgewinne bei Anwendenden dienen. Somit unterstützt der Ansatz Produktentwickelnde auf unterschiedlichen Ebenen abhängig von der jeweiligen Erfahrung, sodass auch Experten z. B. von der durchgängigen Verknüpfung profitieren.

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