Entwicklung von Simulationsmethoden und Visualisierungsverfahren in der virtuellen Realität zur Unterstützung der Produktentstehung in der Gießtechnik

Abstract

Die Arbeit ist aus dem Gebiet der Produktentstehung der Gießtechnik und der virtuellen Produktentstehung. Die Unterstützung der simultanen Arbeitsabläufe in der Produktentstehung der Gießtechnik kann durch die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Methoden, Verfahren und Werkzeugen der virtuellen Produktentstehung verbessert werden. Daher ist die Zielsetzung dieser Arbeit die Entwicklung von Simulationsmethoden und Visualisierungsverfahren in der virtuellen Realität (VR) zur Unterstützung der Produktentstehung in der Gießtechnik. Um die Zielsetzung dieser Arbeit zu erreichen, wird zuerst der Stand der Technik in der Produktentstehung und in der virtuellen Produktentstehung ausführlich herausgearbeitet. Zur Vorbereitung der Analyse werden die Arbeitsverfahren, -methoden und –werkzeuge der Produktentstehung der Gießtechnik erarbeitet. Das Ergebnis ist die Darstellung der Verknüpfungen der Produktentstehungsprozesse, die durch die gegenseitigen Wechselwirkungen hervorgerufen werden. Die Produktentstehungsprozesse beschreiben die Tätigkeiten in der Produktentstehung der Gießtechnik. Für die Vorbereitung der Entwicklung von Simulationsmethoden und Visualisierungsverfahren werden die Produktentstehungsprozesse analysiert. Dazu werden die beiden Kriterien Aufgabenspektrum und Kommunikationsfähigkeit eingeführt. Hinsichtlich dieser beiden Kriterien erfolgt die Herleitung von Verbesserungspotentialen für einige Produktentstehungsprozesse auf Basis der gegenseitigen Verknüpfungen. Parallel dazu werden aus den Produktentstehungsprozessen und den Verknüpfungen technische Produktentstehungssysteme gebildet. Kernpunkt bei der Systembildung ist die Zuordnung der Anwendungssoftwaresysteme sowie der Ein- und Ausgangsgrößen. In den Produktentstehungssystemen geschieht die Ableitung der Prozesse. Die Prozesse bilden die Grundlage für die Analyse der Potentialerfüllung zu den beiden Kriterien Aufgabenspektrum und Kommunikationsfähigkeit. Die Analyse ergibt in einigen Prozessen Verbesserungspotentiale für die Visualisierung der Ergebnisgrößen sowie die Erkenntnis, dass Aufgaben zur Kinematiksimulation in dem bestehenden Tätigkeitsspektrum der Gießtechnik nicht erarbeitet werden können. Zur Prüfung der Realisierbarkeit der Verbesserungspotentiale werden die Analyseergebnisse der verknüpften Produktentstehungsprozesse mit denen der Prozesse der Produktentstehungssysteme verglichen, die sich auf dieselben Tätigkeiten stützen. Der Vergleich zeigt Übereinstimmung beim Kriterium Aufgabenspektrum und Unterschiede beim Kriterium Kommunikationsfähigkeit. Die Unterschiede beim Kriterium Kommunikationsfähigkeit betreffen Verbesserungspotentiale für zwei weitere Tätigkeiten, basierend auf der Analyse der Produktentstehungsprozesse und deren Verknüpfungen. Da durch diese beiden Tätigkeiten keine nennenswerte Umsetzung von digitalen Ergebnissen erfolgt, werden sie zur Verbesserung des Kriteriums Kommunikationsfähigkeit an diesem Punkt der Arbeit nicht berücksichtigt. Ein Analyseergebnis ist die Entscheidung zur Erhöhung des Erfüllungsgrads des Kriteriums Aufgabenspektrum durch die Entwicklung von Simulationsmethoden für die Tätigkeit Kinematiksimulation von Fertigungssystemen. Ein weiteres Ergebnis ist die Entscheidung zur Erhöhung des Erfüllungsgrads des Kriteriums Kommunikationsfähigkeit durch die Entwicklung von Visualisierungsverfahren in der virtuellen Realität für bestimmte Tätigkeiten der Produktentstehung der Gießtechnik. Ziel dieser Entwicklungen ist die Erweiterung der Simulations- und Visualisierungskompetenz in der Produktentstehung der Gießtechnik. Den Abschluss dieser Arbeitet bildet die Formulierung eines Anforderungsprofils an die Einbindung der virtuellen Realität in die Produktentstehung der Gießtechnik in Form von Funktionen auf Basis der zuvor erarbeiteten Ergebnisse. Aus diesen Funktionen geht hervor, dass die Notwendigkeit zur Verwendung und Visualisierung von Informationen für die Erhöhung der Analysefähigkeit in der virtuellen Realität besteht. Zur Festlegung der Informationsquellen kommen die Tätigkeiten in Betracht, von denen aufgrund der Analyse potentialbehaftete Verknüpfungen ausgehen. Für diese Tätigkeiten wird ein Informationsmanagement-System entwickelt. Im weiteren Verlauf werden die abgeleiteten bzw. entwickelten Funktionen größtenteils tätigkeitsneutral verallgemeinert und anschließend in übergeordneten Funktionskategorien zusammengefasst. Das Ergebnis ist die Beschreibung der Visualisierung von Daten und Informationen aus der Produktentstehung der Gießtechnik in der virtuellen Realität im Gesamtsystem Visualisierung. Die Beschreibung der Visualisierung begründet sich auf die Funktionskategorien, die in den Produktentstehungssystemen dieser Arbeit verankert sind. Die Funktionskategorien stellen die Verbindungen zu den zuvor erarbeiteten Ergebnissen dieser Arbeit her. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für die Realisierung des Gesamtsystems Visualisierung. Die erfolgreiche Realisierung des Gesamtsystems Visualisierung befähigt zur Durchführung eines VR-basierten Projektmanagements in der Produktentstehung der Gießtechnik. Die Durchführung des VR-basierten Projektmanagements wird eine verbesserte Unterstützung der Produktentstehung der Gießtechnik durch die in dieser Arbeit entwickelten Methoden und Verfahren aus dem Gebiet der virtuellen Produktentstehung erzielen.

This thesis is from the field of product creation of casting technology and virtual product creation. The assistance of simultaneous procedures during product creation processes can be improved by developing methods, procedures and tools from the field of virtual product creation. Thus the aim of this thesis is the development of simulation-based methods and visualisation procedures of virtual reality (VR) for providing assistance to product creation of casting technology. To attain this goal the state of the art in product creation and in virtual product creation is extensively worked out. Subsequently the currently used procedures, operating techniques and working methods in product creation of casting technology are gathered. The result is the description of the product creation processes of casting technology and the links between the processes. The product creation processes describe the activities which are carried out during product creation of casting technology. For the purpose of developing simulation-based methods and visualisation procedures the product creation processes are analysed. Besides the two criteria task range and ability to communicate are established. In account to these two criteria the derivation of the potentials for improvement for the links of the product creation processes is done. Simultaneously to that the product creation processes and their links are used to generate technical product creation systems. The main focus during system generation is the allocation of the software application systems and of the input and output variables. Finally the processes are derived in the product creation systems. These processes represent the basis for analysing the degree of fulfilment of the two criteria task range and ability to communicate. The analysis yields potentials for improvement for visualisation of result values in some processes and furthermore the cognition that there is no process that enables to accomplish kinematics simulation of manufacturing systems. The results of the analysis of the product creation processes and the processes in the product creation systems are relating to the same activities. Therefore the analysed potentials for improvement are compared to each other concerning the correlation of the activities. The comparison offers a correlation of some activities and no correlation of two activities. By reason of that there is no significant digital data processing of results values these two activities are not considered for the improvement of the criteria ability to communicate. On the basis of the analysis one result is the decision to increase the degree of fulfilment of the criteria task range by the development of simulation-based methods for the activity kinematics simulation of manufacturing systems. Another result is the decision to increase the degree of fulfilment of the criteria ability to communicate by the development of visualisation procedures in virtual reality systems for the determined activities of product creation of casting technology. The goal of these developments is the extension of the expertise in simulation and visualisation in product creation of casting technology. The final part of this thesis represents the formulation of demands for the involvement of virtual reality in product creation of casting technology. The formulation of the demands is predicated in terms of activity-related operations based on the former worked out results. From the operations the exigency for application and visualisation of information from the activities emanates to increase the ability to analyse in the virtual reality environment. Hence an information management system that transmits information between the activities and the virtual reality system is developed. In the broader course the derived and developed operations, respectively are generalized in most instances. The generalisation is characterized by the dissociation of the operations from the activities. Afterwards the generalized operations are captured in superior operation-related categories. The benefit is the description of the state of visualisation of result values and information of the product creation processes of casting technology in virtual reality systems on basis of the complete visualisation system. The description of the visualisation process refers to the operation-related categories which are allocated to the results of this thesis. The results of this thesis are the fundamentals to realise the involvement of virtual reality in product creation of casting technology. The successful realisation of the complete visualisation system capacitates to execute virtual reality-based project management in product creation processes of casting technology. The execution of virtual reality-based project management will achieve an improved assistance of product creation of casting technology regarding to the developed methods and procedures from the field of virtual product creation.