Skip to main content
Top

2018 | OriginalPaper | Chapter

Coupling of Computer-Aided Methods: Supporting Product Developer During Embodiment Synthesis

Authors : Albert Albers, Markus Spadinger, Manuel Serf, Stefan Reichert, Steffen Heldmaier, Micha Schulz, Nikola Bursac

Published in: Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization

Publisher: Springer International Publishing

Activate our intelligent search to find suitable subject content or patents.

search-config
loading …

Abstract

The high complexity during the development of new product generations is nowadays one of the biggest challenges in the product development process. One solution to support the product developer is the use of computer-aided methods. These methods allow simulating various physical behaviors in order to predict the validity of the new product generation. Furthermore, the integration of those methods into optimization procedures allows generating optimal design proposals. One example for this is the topology optimization. However, those methods are limited because they do not consider the results of previous simulations or information from other domains in a fully automated way. This work proposes a strategic approach to overcome the current challenges by coupling different simulation and optimization methods. By this, newly coupled computer-aided methods are developed in order to support the product developer during embodiment synthesis. The presented coupled methods show the benefits of this strategy. For example, the linkage of the topology optimization with the form fill simulation was carried out. Hereby, the calculation of the fiber orientations is done in each iteration of the topology optimization process. This results in initial design proposals for parts made of fiber-reinforced polymers which consider the local anisotropies caused by the manufacturing process. Another example for the successful coupling of existing methods is the merging of topology optimization and multi-body simulation. This allows reducing the energy consumption of accelerated systems by minimizing the inertia of moving structures within the topology optimization process. The presented coupled computer-aided methods are based on established and commercially available tools. This ensures a short-term availability of the developed methods for product developer. Therefore, additional qualification measures and long training periods are not required.

Dont have a licence yet? Then find out more about our products and how to get one now:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literature
1.
go back to reference Albers, A., Bursac, N., Wintergerst, E.: Product generation development – importance and challenges from a design research perspective. In: Proceedings of INASE Conferences 2015. INASE, Wien (2015) Albers, A., Bursac, N., Wintergerst, E.: Product generation development – importance and challenges from a design research perspective. In: Proceedings of INASE Conferences 2015. INASE, Wien (2015)
2.
go back to reference Ropohl, G.: Allgemeine Technologie. Eine Systemtheorie der Technik, 3rd edn. Karlsruhe: Universitätsverlag (2009) Ropohl, G.: Allgemeine Technologie. Eine Systemtheorie der Technik, 3rd edn. Karlsruhe: Universitätsverlag (2009)
3.
go back to reference Albers, A.: Simultaneous Engineering, Projektmanagement und Konstruktionsmethodik Werkzeuge zur Effizienzsteigerung. VDI Berichte-Verein Deutscher Ingenieure 1120, 73–106 (1994) Albers, A.: Simultaneous Engineering, Projektmanagement und Konstruktionsmethodik Werkzeuge zur Effizienzsteigerung. VDI Berichte-Verein Deutscher Ingenieure 1120, 73–106 (1994)
4.
go back to reference Albers, A.: Five hypotheses about engineering processes and their consequences. In: Horváth, I., Mandorli, F., Rusák. Z. (eds.) 8th International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering (2010). ISBN 978-90-5155-060-3 Albers, A.: Five hypotheses about engineering processes and their consequences. In: Horváth, I., Mandorli, F., Rusák. Z. (eds.) 8th International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering (2010). ISBN 978-90-5155-060-3
5.
go back to reference Albers, A., Maul, L., Bursac, N.: Internal innovation communities from a user’s perspective: how to foster motivation for participation. In: Abramovici, M., Stark, R. (eds.) Smart Product Engineering. LNCS, pp. 525–534. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-30817-8_51. ISBN 978-3-642-30816-1CrossRef Albers, A., Maul, L., Bursac, N.: Internal innovation communities from a user’s perspective: how to foster motivation for participation. In: Abramovici, M., Stark, R. (eds.) Smart Product Engineering. LNCS, pp. 525–534. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-30817-8_​51. ISBN 978-3-642-30816-1CrossRef
6.
go back to reference Patzak, G.: Systemtechnik, Planung komplexer innovativer Systeme. Grundlagen, Methoden, Techniken. Springer, New York (1982)CrossRef Patzak, G.: Systemtechnik, Planung komplexer innovativer Systeme. Grundlagen, Methoden, Techniken. Springer, New York (1982)CrossRef
7.
go back to reference Negele, H.: Systemtechnische Methodik zur ganzheitlichen Modellierung am Beispiel der integrierten Produktentwicklung, Technische Universität München (2006) Negele, H.: Systemtechnische Methodik zur ganzheitlichen Modellierung am Beispiel der integrierten Produktentwicklung, Technische Universität München (2006)
8.
go back to reference Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung. Denkabläufe, Methodeneinsatz, Zusammenarbeit, 4th edn. Hanser, München (2009) Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung. Denkabläufe, Methodeneinsatz, Zusammenarbeit, 4th edn. Hanser, München (2009)
9.
go back to reference Browning, T.R., Fricke, E., Negele, H.: Key concepts in modeling product development processes. Systems Engineering 9(2), 104–128 (2006)CrossRef Browning, T.R., Fricke, E., Negele, H.: Key concepts in modeling product development processes. Systems Engineering 9(2), 104–128 (2006)CrossRef
10.
go back to reference Albers, A., Braun, A.: A generalised framework to compass and to support complex product engineering processes. Int. J. Prod. Dev. 15(1–3), 6–25 (2011)CrossRef Albers, A., Braun, A.: A generalised framework to compass and to support complex product engineering processes. Int. J. Prod. Dev. 15(1–3), 6–25 (2011)CrossRef
11.
go back to reference Albers, A., Lohmeyer, Q.: Advanced systems engineering – towards a model-based and human-centered methodology. In: Horváth, I., Rusák, Z., Albers, A., Behrendt, M. (eds.) 9th International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering. TMCE 2012, Karlsruhe, Germany (2012) Albers, A., Lohmeyer, Q.: Advanced systems engineering – towards a model-based and human-centered methodology. In: Horváth, I., Rusák, Z., Albers, A., Behrendt, M. (eds.) 9th International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering. TMCE 2012, Karlsruhe, Germany (2012)
12.
go back to reference Albers, A., Lohmeyer, Q., Ebel, B.: Dimensions of objectives in interdisciplinary product development projects. In: Cully, S.J., Hicks, B.J., McAlloone, T., Howard, T.J., Dong, A. (eds.) Proceedings of the 18th International Conference on Engineering Design, vol. 2. ICED 2011, Copenhagen, Denmark, pp. 256–265 (2011) Albers, A., Lohmeyer, Q., Ebel, B.: Dimensions of objectives in interdisciplinary product development projects. In: Cully, S.J., Hicks, B.J., McAlloone, T., Howard, T.J., Dong, A. (eds.) Proceedings of the 18th International Conference on Engineering Design, vol. 2. ICED 2011, Copenhagen, Denmark, pp. 256–265 (2011)
13.
go back to reference Albers, A., Burkardt, N., Spadinger, M.: System oriented lightweight design – a holistic approach to innovation. In: The 3rd International Conference Mechanical Engineering in XXI Century. Faculty of Mechanical Engineering in Nis (2015) Albers, A., Burkardt, N., Spadinger, M.: System oriented lightweight design – a holistic approach to innovation. In: The 3rd International Conference Mechanical Engineering in XXI Century. Faculty of Mechanical Engineering in Nis (2015)
14.
go back to reference Troll, D.: Optimierung langfaserverstärkter Strukturen unter Berücksichtigung der streuenden Materialeigenschaften und der Robustheit, vol. 90. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2015). ISSN 1615-8113 Troll, D.: Optimierung langfaserverstärkter Strukturen unter Berücksichtigung der streuenden Materialeigenschaften und der Robustheit, vol. 90. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2015). ISSN 1615-8113
15.
go back to reference Radtke, A.: Steifigkeitsberechnung von diskontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten auf der Basis von Faserorientierungs- und Faserlängenverteilungen. Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT Band 45, Stuttgart (2008) Radtke, A.: Steifigkeitsberechnung von diskontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten auf der Basis von Faserorientierungs- und Faserlängenverteilungen. Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT Band 45, Stuttgart (2008)
16.
go back to reference Andreasson, E., Persson, L., Jacobsson, H., Nordgren, J.: Integrating moldflow and abaqus in the package simulation workflow. In: SIMULIA Community Conference (2013) Andreasson, E., Persson, L., Jacobsson, H., Nordgren, J.: Integrating moldflow and abaqus in the package simulation workflow. In: SIMULIA Community Conference (2013)
17.
go back to reference Fengler, B., Henning, F.: Optimierungsansatz zur Generierung von Designvorschlägen für Bauteile aus langfaserverstärkten Werkstoffen. Altair Anwendertreffen, Böblingen (2015) Fengler, B., Henning, F.: Optimierungsansatz zur Generierung von Designvorschlägen für Bauteile aus langfaserverstärkten Werkstoffen. Altair Anwendertreffen, Böblingen (2015)
18.
go back to reference Khader, I., Kürten, D., Kailer, A.: A study on the wear of silicon nitride in rolling-sliding contact. Wear 2012(296), 630–637 (2012)CrossRef Khader, I., Kürten, D., Kailer, A.: A study on the wear of silicon nitride in rolling-sliding contact. Wear 2012(296), 630–637 (2012)CrossRef
19.
go back to reference Yue, T., Wahab, M.A.: Finite element analysis of fretting wear under variable coefficient of friction and different contact regimes. Tribol. Int. 2017(107), 274–282 (2017)CrossRef Yue, T., Wahab, M.A.: Finite element analysis of fretting wear under variable coefficient of friction and different contact regimes. Tribol. Int. 2017(107), 274–282 (2017)CrossRef
20.
go back to reference Peksen, M.: 3D thermomechanical behaviour of solid oxide fuel cells operating in different environments. Int. J. Hydrogen Energy 38, 13408–13418 (2013)CrossRef Peksen, M.: 3D thermomechanical behaviour of solid oxide fuel cells operating in different environments. Int. J. Hydrogen Energy 38, 13408–13418 (2013)CrossRef
21.
go back to reference Pausch, M.: Strukturmechanische FEM-Simulation des thermozyklischen Verhaltens planarer SOFC Stacks, Dissertationsschrift; RWTH Aachen (2012) Pausch, M.: Strukturmechanische FEM-Simulation des thermozyklischen Verhaltens planarer SOFC Stacks, Dissertationsschrift; RWTH Aachen (2012)
22.
go back to reference Sander, C.: Ein neuer Prozess für die Produktentwicklung zur Topologieoptimierung bewegter Bauteile unter besonderer Berücksichtigung des Trägheitseinflusses (Vol. 75). IPEK Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fakultät für Maschinenbau, Forschungsberichte des IPEK - Institut für Produktentwicklung, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113 Sander, C.: Ein neuer Prozess für die Produktentwicklung zur Topologieoptimierung bewegter Bauteile unter besonderer Berücksichtigung des Trägheitseinflusses (Vol. 75). IPEK Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fakultät für Maschinenbau, Forschungsberichte des IPEK - Institut für Produktentwicklung, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113
23.
go back to reference Majic, N.: Entwicklung einer FEM-basierten Methode zur fertigungsorientierten Sickenmustergestaltung für biegebeanspruchte Tragstrukturen, vol. 80. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113 Majic, N.: Entwicklung einer FEM-basierten Methode zur fertigungsorientierten Sickenmustergestaltung für biegebeanspruchte Tragstrukturen, vol. 80. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113
24.
go back to reference Hessenauer, B.: Ansätze zum methodischen Systemleichtbau und dessen Unterstützung durch numerische Topologieoptimierung bei dynamischer Belastung, vol. 73. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113 Hessenauer, B.: Ansätze zum methodischen Systemleichtbau und dessen Unterstützung durch numerische Topologieoptimierung bei dynamischer Belastung, vol. 73. IPEK Dissertation, Karlsruhe (2014). ISSN 1615-8113
25.
go back to reference Spadinger, M., Albers, A.: Iterative Kopplung von Fließsimulation und Topologieoptimierung für langfaserverstärkte Polymere. Tagungsband 3. NAFMES DACH Regionalkonferenz, Berechnung und Simulation: Anwendungen – Entwicklungen – Trends. NAFEMS GmbH (2016) Spadinger, M., Albers, A.: Iterative Kopplung von Fließsimulation und Topologieoptimierung für langfaserverstärkte Polymere. Tagungsband 3. NAFMES DACH Regionalkonferenz, Berechnung und Simulation: Anwendungen – Entwicklungen – Trends. NAFEMS GmbH (2016)
26.
go back to reference Reichert, S., Lorentz, B., Heldmaier, S., Albers, A.: Wear simulation in non-lubricated and mixed lubricated contacts taking into account the microscale roughness. Tribol. Int. 100, 272–279 (2016)CrossRef Reichert, S., Lorentz, B., Heldmaier, S., Albers, A.: Wear simulation in non-lubricated and mixed lubricated contacts taking into account the microscale roughness. Tribol. Int. 100, 272–279 (2016)CrossRef
27.
go back to reference Reichert, S., Lorentz, B., Albers, A.: Influence of flattening of rough surface profiles on the friction behaviour of mixed lubricated contacts. Tribol. Int. 93, 614–619 (2015)CrossRef Reichert, S., Lorentz, B., Albers, A.: Influence of flattening of rough surface profiles on the friction behaviour of mixed lubricated contacts. Tribol. Int. 93, 614–619 (2015)CrossRef
28.
go back to reference Albers, A., Pinner, T., Yan, S., Hettel, R., Behrendt, M.: Koppelsystems: obligatory elments within –validation setups. In: International Design Conference - Design 2016 (2016) Albers, A., Pinner, T., Yan, S., Hettel, R., Behrendt, M.: Koppelsystems: obligatory elments within –validation setups. In: International Design Conference - Design 2016 (2016)
Metadata
Title
Coupling of Computer-Aided Methods: Supporting Product Developer During Embodiment Synthesis
Authors
Albert Albers
Markus Spadinger
Manuel Serf
Stefan Reichert
Steffen Heldmaier
Micha Schulz
Nikola Bursac
Copyright Year
2018
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-67988-4_41

Premium Partners