Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung (P-KTmfk)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Practical Computer Aided Engineering)
(Prüfungsordnungsmodul: Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung)

Lehrveranstaltungen:

• • Praktikum Rechnerunterstützte Produktentwicklung
    (Praktikum, 2 SWS, Martin Roth (geb. Hallmann), Mi, 8:30 - 14:00, CIP-Pool MB Konrad-Zuse-Str. 3; Praktikumstermine werden in der Vorbesprechung bekannt gegeben)

Empfohlene Voraussetzungen:

Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

Technische Darstellungslehre I (WS 2021/2022)

Inhalt:

Mehrkörpersimulation, CAD-Modellierung, Bildkorrelation, Data Mining, Toleranzsimulation

Lernziele und Kompetenzen:

Fachkompetenz

Wissen

Im Rahmen des Praktikums RPE werden den Studierenden Kenntnisse über die rechnerunterstützte Produktentwicklung durch Computer Aided Engineering (CAE) vermittelt. Wesentlicher Lehrinhalt des Praktikums sind ebenfalls Theorie und Einsatz der rechnerbasierten Werkzeuge. In den fünf Versuchen wird ein Grundwissen zu den eingesetzten rechnergestützten Werkzeugen vermittelt, insbesondere Wissen über:

• rechnerunterstütze Berechnungsmethoden (Computer Aided Engineering – CAE)

• rechnerunterstützte Produktmodellierung durch Computer Aided Design (CAD) (Varianten, Parametrik, Produktfamilien, Regeln)

• Verfahren der Mehrkörpersimulation (MKS)

• Verfahren zur rechnerunterstützten Auswertung von optischen Messungen mittels Bildkorrelationsverfahren

• Methoden des Data Minings und deren Einsatz für die datengetriebene Produktentwicklung

• rechnerunterstützte Methoden der statistischen Toleranzanalyse zur virtuellen Überprüfung und Absicherung der Produktfunktion
  

Verstehen

Die Studierenden erwerben Verständnis auf Basis des gewonnenen Wissens, indem sie im Rahmen der praktischen Tätigkeiten Aufgabenstellungen abstrahieren und wesentliche Inhalte herausstellen. Im Rahmen der fünf Versuche sind vor allem folgende Erkenntnisse bedeutend:

• Verstehen von parametrischen CAD-Modellen

• Verstehen von Mehrkörpermodellen und -simulationen

• Verstehen von optischen Messverfahren und deren Ergebnisauswertung

• Verstehen von Regressions- und Klassifikationsmethoden

• Verstehen von statistischen Toleranzsimulationen

Anwenden

Im Rahmen des Praktikums RPE wenden die Studierenden das Gelernte an, um virtuelle Produktmodelle zu analysieren sowie Modelle zu parametrisieren. Grundlage für derartige Berechnungen ist das in den Theorieteilen der Versuchsbeschreibungen vermittelte Wissen. Im Rahmen der fünf Versuche wenden die Studierenden unter Anleitung folgende Verfahren an:

• Versuch 1: Modellierung von Bauteilen und Baugruppen. Parametrisierung von CAD-Modellen. Erstellen von Familientabellen (Varianten ableiten). Implementieren von Regeln.

• Versuch 2: Modellierung eines Mehrkörpermodells. Parametrisieren des Modells. Erzeugen der kinematischen Verbindungen. Einpflegen von Formeln. Durchführen einer Kinematiksimulation. Erstellen von Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung-Zeit-Diagrammen.

• Versuch 3: Aufbereiten von Messdaten. Erzeugen von Hilfskomponenten. Ausrichten der Messungen über Referenzmesspunkte relativ zur CAD-Nominalgeometrie. Durchführen von Messungen zur flächenbasierten Untersuchung von Deformationen und punktbasierten Bewegungsanalysen. Erstellen von Diagrammen zur Beurteilung von Dehnungen, Verschiebungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.

• Versuch 4: Aufbereiten der Daten. Anwenden von Regressions- und Klassifikationsalgorithmen. Trainieren der Vorhersagemodelle. Interpretation der Ergebnisse und Beurteilung der Prognosefähigkeit der Vorhersagemodelle.

• Versuch 5: Definition von Toleranzanalysemodellen. Durchführen von arithmetischen und statistischen Toleranzanalysen und Sensitivitätsanalysen. Repräsentation der Ergebnisse mit Hilfe von Histogrammen und Balkendiagrammen. Interpretation der Ergebnisse unter Zuhilfenahme von statistischen Kennwerten wie Standardabweichung und Ausschussrate.
  

Analysieren

Die Studierenden verstehen Zusammenhänge durch das Aufzeigen von Querverbindungen zu den Kompetenzen, die in Fächern wie Technische Produktgestaltung, Methodisches und Rechnerunterstütztes Konstruieren, Praktische Produktentwicklung mit 3D-CAD-Systemen, Mehrkörperdynamik oder Technischer Mechanik erworben werden.

Evaluieren (Beurteilen)

Die Studierenden erlernen Möglichkeiten und Verfahren zur Auswertung von Simulations- und Messergebnissen aus der MKS, Toleranzsimulation oder optischen Messtechnik. Diese beinhalten insbesondere das Lesen und Bewerten von Diagrammen wie beispielsweise Kraft-Weg-Kurven, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufen oder Häufigkeitsverteilungen:

• Überprüfen der Laufruhe von Kurbeltrieben anhand von Ergebnissen numerischer Integration

• Beurteilen günstiger Positionen von Messpunkten

• Beurteilen des Dehnungs- und Bewegungsverhaltens von Baugruppen und -teilen

• Beurteilen der Prognosegüte von Vorhersagemodellen

• Beurteilen des Einflusses der Wahl der Stichprobengröße auf die Aussagekraft statistischer Toleranzsimulationen

• Beurteilen des Beitrags einzelner Toleranzen und Bauteile zur Erfüllung der Gesamtfunktion der Baugruppe
  

Erschaffen

Die Studierenden werden befähigt, anhand der erlernten Grundlagen CAD- und CAE-Modelle zur Simulation anderer Problemstellung zu erstellen. Dies beinhaltet insbesondere:

• Erstellen parametrisierter CAD-Modelle

• Erstellen von Mehrkörpersimulationsmodellen

• Erstellen von Strategien zur rechnerunterstützten Auswertung optischer Messungen

• Erstellen von Regressions- und Klassifikationsmodellen für ihren Einsatz in der datengetriebenen Produktentwicklung

• Erzeugen von Toleranzanalysemodellen zur Untersuchung der Auswirkungen von Abweichungen der Einzelbauteile auf die Funktionserfüllung der Baugruppe

Lern- bzw. Methodenkompetenz

Die Studierenden werden befähigt, selbständig die aufgeführten rechnerunterstützten Werkzeuge einzusetzen. Grundlage hierfür bilden die theoretischen Grundlagen und Versuchsanleitungen der Praktikumsunterlagen. Der sichere Umgang beim praktischen Einsatz des Lerninhalts wird durch die Unterstützung der Betreuer und studentischen Tutoren ermöglicht.

Selbstkompetenz

Die Studierenden werden im Praktikumsbetrieb zur selbständigen Arbeitseinteilung und Einhaltung von Meilensteinen befähigt. Weiterhin erlernen die Studierenden eine objektive Beurteilung sowie Reflexion der eigenen Stärken und Schwächen sowohl in fachlicher (u. a. beim Kolloquium zum Beginn jeder Übungseinheit) als auch in sozialer Hinsicht (u. a. bei der Diskussion von Lösungen in Kleinstgruppen).

Sozialkompetenz

Die Studierenden erarbeiten selbstständig die Praktikumsziele, wobei die Möglichkeit besteht, in Kleinstgruppen gemeinsam Lösungswege für die gestellten Praktikumsaufgaben zu erarbeiten. In der gemeinsamen Diskussion geben Betreuer, studentische Tutoren und Kommilitonen wertschätzendes Feedback.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Berufspädagogik Technik (Master of Education)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Berufspädagogik Technik (Master of Education) | Gesamtkonto | Praktikum der Fachwissenschaft | Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Praktikum KTmfk/Rechnerunterstützte Produktentwicklung (Prüfungsnummer: 48901)

Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet, 2.5 ECTS

weitere Erläuterungen:
Für den Erwerb des Scheins als Dokumentation der erbrachten Studienleistung muss eine in digitaler Form vorliegende, eigenständig erstellte Ausfertigung, bestehend aus einem virtuellem Produktmodell (ein CAD-Modell oder ein MATLAB-Skript) und einem Abgabebogen (ca. 3 Seiten) je Versuch vorliegen. Die Ausarbeitung erfolgt eigenständig unter tutorieller Betreuung. Die in den jeweiligen fünf Versuchen geforderten Unterlagen sind in digitaler Form über StudOn verbindlich zu vorab definierten Terminen fristgerecht abzugeben und bilden die Grundlage für die Testaterteilung. Der Fortschritt der Ausarbeitung wird kontinuierlich während des Praktikums nach der vorab definierten Unterlagenabgabe zu vorab definierten Terminen von den Betreuenden testiert und kann von den Studierenden während des Praktikums über StudOn eingesehen werden

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Sandro Wartzack