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Methodisches und Rechnerunterstütztes Konstruieren (MRK)5 ECTS (englische Bezeichnung: Methodical and Computer-Aided Design)
Modulverantwortliche/r: Sandro Wartzack Lehrende:
Sandro Wartzack, Daniel Klein
Startsemester: |
WS 2014/2015 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
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Methodisches und Rechnerunterstütztes Konstruieren
(Vorlesung, 3 SWS, Sandro Wartzack et al., Mo, 14:15 - 15:45, H5; Fr, 12:15 - 13:45, H14)
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Übungen zu Methodisches und Rechnerunterstütztes Konstruieren
(Übung, 1 SWS, Daniel Klein, Fr, 12:15 - 13:45, CIP-Pool MB Konrad-Zuse-Str. 3; Einzeltermin am 15.12.2014, 14:15 - 15:45, CIP-Pool MB Konrad-Zuse-Str. 3)
Inhalt:
I. Der Konstruktionsbereich
II. Konstruktionsmethodik
Grundlagen
Allgemein einsetzbare Lösungs- und Beurteilungsmethoden - Werkzeuge
Vorgehensweise im Konstruktionsprozess
Entwickeln von Baureihen- und Baukastensystemen
III. Rechnerunterstützung in der Konstruktion
Grundlagen des Rechnereinsatzes in der Konstruktion
Durchgängiger Rechnereinsatz im Konstruktionsprozess
Datenaustausch
Konstruktionssystem mfk
Einführung von CAD-Systemen und Systemwechsel
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
IV. Neue Denk- und Organisationsformen
Lernziele und Kompetenzen:
- Fachkompetenz
- Wissen
- Im Rahmen von MRK werden den Studierenden Kenntnisse zum Ablauf sowie zu den theoretischen Hintergründen des methodischen Produktentwicklungsprozesses vermittelt. Wesentlicher Lehrinhalt der Vorlesung sind ebenfalls Theorie und Einsatz der hierfür unterstützend einzuset-zenden rechnerbasierten Methoden und Werkzeuge. Im Bereich Methodik wird im einzelnen Wissen bezüglich der folgenden Themenbereiche vermittelt:
Wissen über intuitive sowie diskursive Kreativitätstechniken: Brainstorming, Methode 6-3-5, Delphi-Methode oder Konstruktionskataloge
Wissen über Entwicklungsmethoden: Reverse Engineering, Patentrecherche, Bionik, Innovationsmethoden (z. B. TRIZ)
Wissen über methodische Bewertungsmethoden: Technisch-Wirtschaftliche Bewertung, Nutzwertanalyse, Wertanalyse
Wissen über Vorgehensmodelle: z. B.: Vorgehen nach Pahl/Beitz, VDI 2221, VDI 2206
Wissen zu Baukasten-, Baureihen- und Plattformstrategien
Im Bereich Rechnerunterstützung sollen den Studierenden die Rationalisierungsmöglichkeiten in der Produktentwicklung durch den Rechnereinsatz vermittelt werden. Um einen entsprechend effizient gestalteten Entwicklungsprozess selbst umsetzen zu können, werden die heute in Wis-senschaft und Industrie eingesetzten, rechnerunterstützen Methoden und Werkzeuge gelehrt. Im Einzelnen wird Wissen für folgende Themenbereiche vermittelt:
Wissen über Rechnerunterstützte Produktmodellierung durch Computer Aided Design (CAD)
Wissen über Theorie und das anwendungsrelevante Wissen der Wissensbasierten Pro-duktentwicklung
Wissen über Rechnerunterstütze Berechnungsmethoden (Computer Aided Engineering – CAE). Hier insbesondere Wissen über Theorie sowie Anwendungsfelder der Finiten Elemente Methode (FEM), Mehrkörpersimulation (MKS), Strömungssimulation (kurze Einführung)
Wissen über Austauschformaten für Konstruktions- und Berechnungsdaten
Wissen über Produktentwicklung durch Virtual Reality
Wissen über Weiterverarbeitung von virtuellen Produktmodellen
Wissen über Migrationsstrategien beim Einsatz neuer CAD/CAE-Werkzeuge
- Verstehen
- Das Verstehen grundlegender Abläufe und Zusammenhänge bei der methodischen Produktentwicklung sowie der Einsatz moderner CAE-Verfahren bei der Entwicklung von Produkten ist ein wichtiges Ziel der Veranstaltung. Im Einzelnen bedeutet dies:
Verstehen der Denk- und Vorgehensweise von Produktentwicklern
Beschreiben von Bewertungsmethoden
Darstellen methodischer Abläufe in der Produktentwicklung (u.a. Pahl/Beitz, VDI2221)
Erklären von Rationalisierungsmöglichkeiten in der Produktentwicklung (z.B. Baukästen und –reihen)
Erklären von CAD-Modellen in Bezug auf Vor- und Nachteile, Aufbau, Nutzen
Verstehen der wissensbasierten Produktentwicklung
Erläutern der Grundlagen der Finite-Elemente-Methoden
Beschreiben von CAE-Methoden und der Nutzen bzw. Einsatzgebiet
Beschreiben der Unterschiede zwischen den CAE-Methoden
Verstehen und beschreiben unterschiedlicher Datenaustauschformate in der Produktentwicklung sowie die Weiterverarbeitung der Daten
Beschreiben von Virtual Reality in der Produktentwicklung
- Anwenden
- Im Rahmen der MRK Methodikübung werden Bewertungsmatrizen aufgestellt und Lösungsvorschläge für das Bewertungsproblem abgeleitet. Weiterhin werden unter Zuhilfenahme methodischer Werkzeuge Konzepte für konkrete Entwicklungsaufgaben erstellt. In der MRK-Rechnerübung werden folgende gestalterische Tätigkeiten ausgeführt:
Erzeugung von Einzelteilen im CAD durch Modellieren von Volumenkörpern unter Berücksichtigung einer robusten Modellierungsstrategie. Dies umschließt folgende Tätigkeiten: Definieren von Geometriereferenzen und zweidimensionalen Skizzen als Grundlage für Konstruktionselemente; Erzeugen von Volumenkörpern mit Hilfe der Konstruktionselemente Profilextrusion, Rotation, Zug und Verbund; Erstellen parametrischer Beziehungen zum Teil mit diskreten Parametersprüngen
Erstellen von Baugruppen durch Kombination von Einzelteilen in einer CAD-Umgebung. Dies umschließt folgende Tätigkeiten: Erzeugung der notwendigen Relationen zwischen den Bauteilen; Steuerung unterschiedlicher Einbaupositionen über Parameter; Mustern wiederkehrender (Norm-)Teile; Steuerung von Unterbaugruppen über Bezugsskelettmodelle
Ableiten norm-, funktions- und fertigungsgerechter Zusammenbauzeichnungen aus den 3D-CAD-Modellen, welche den Regeln der Technischen Darstellungslehre folgen.
Erzeugung von Finite Elemente Analysemodellen der im vorherigen erstellten Baugruppen. Dies umschließt folgende Tätigkeiten: Defeaturing (Reduktion der Geometrie auf die wesentlichen, die Berechnung beeinflussenden Elemente); Erstellung von benutzerdefinierten Berechnungsnetzen; Definition von Lager- und Last-Randbedingungen; Interpretation der Analyseergebnisse
- Analysieren
- Die Studierenden können nach Besuch der Veranstaltung Produktentwicklungsprozesse in Unternehmen analysieren und strukturieren. Zudem sind Sie in der Lage Methoden zur Bewertung und Entscheidung bei der Produktentwicklung anwenden. Sie können zwischen unterschiedlichen CAE-Methoden unterscheiden und einander gegenüberstellen.
- Evaluieren (Beurteilen)
- Anhand der erlernten Methoden und Möglichkeiten zur Rechnerunterstützung werden die Studierenden befähigt, deren Eignung für unbekannte Problemstellungen einzuschätzen und zu beurteilen. Darüber hinaus können Sie nach der Veranstaltung Produktentwicklungsprozesse kritisch hinterfragen und wichtige Entscheidungskriterien bei der Produktentwicklung aufstellen.
- Erschaffen
- Die Studierenden werden durch die erlernten Grundlagen befähigt, CAD- und CAE-Modelle zur Simulation anderer Problemstellung zu erstellen sowie die erlernten methodischen Ansätze in der Entwicklung innovativer Produkte zu nutzen. Darüber hinaus werden spezielle Innovationsmethoden gelehrt, die die Entwicklung neuartiger Produkt unterstützen.
- Lern- bzw. Methodenkompetenz
- Die Studierenden werden befähigt selbständig die vermittelten Entwicklungsmethoden, Vorgehensmodelle sowie die aufgeführten rechnerunterstützten Methoden und Werkzeuge einzusetzen. Grundlage hierfür bildet das in der Vorlesung vermittelte Hintergrundwissen. Der sichere Umgang beim praktischen Einsatz des Lerninhalts wird durch spezielle Übungseinheiten zu den Themen Entwicklungsmethodik sowie Rechnerunterstützung ermöglicht.
- Selbstkompetenz
- Die Studierenden werden im Speziellen im Übungsbetrieb 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. bei der Vorstellung eigener Lösungen im Rahmen des Übungsbetriebs) als auch in sozialer Hinsicht (u. a. bei der Erarbeitung von Lösungen bzw. bei der Kompromissfindung in Gruppenarbeiten).
- Sozialkompetenz
- Die Studierenden organisieren selbstständig die Bearbeitung von Übungsaufgaben in kleinen Gruppen und erarbeiten gemeinsam Lösungsvorschläge für die gestellten Übungsaufgaben. In der gemeinsamen Diskussion erarbeiteter Lösungen geben Betreuer und Kommilitonen wert-schätzendes Feedback.
Literatur:
Pahl/Beitz: Konstruktionslehre, Springer Verlag, Berlin.
Weitere Informationen:
Schlüsselwörter: Konstruktionstechnik, Konstruktionsmethodik, Rechnerunterstütztes Konstruieren, CAD
www: http://www.mfk.uni-erlangen.de
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Berufspädagogik Technik (Master of Education): 3-4. Semester
(Po-Vers. 2010 | Studienrichtung Metalltechnik (Masterprüfungen) | Wahlpflichtmodule Fachwissenschaft | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2007 | Wahlpflichtmodule | 1.-4. Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 3-6. Semester
(Po-Vers. 2009s | Wahlpflichtmodule | 1.-4. Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2009w | Wahlpflichtmodule | 1.-4. Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Wahlpflichtmodule | 1.-5. Wahlpflichtmodul | 1.-5. Wahlpflichtmodul | 1.2 Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Fertigungstechnik | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Fertigungstechnik | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Fertigungstechnik | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Fertigungstechnik | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Rechnergestützte Produktentwicklung | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Rechnergestützte Produktentwicklung | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2007 | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Masterprüfung | Studienrichtung Rechnergestützte Produktentwicklung | Wahlpflicht-/Vertiefungsbereich in der Studienrichtung Rechnergestützte Produktentwicklung | Modulgruppe 1.2 Konstruktionstechnik | Wahlpflichtmodul 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Maschinenbau (Master of Science): 1. Semester
(Po-Vers. 2013 | Studienrichtung International Production Engineering and Management | Masterprüfung | Wahlpflichtmodule)
- Mechatronik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2007 | Wahlpflichtmodule (für alle Studierende des Bachelorstudiums, die vor 01. Oktober 2012 Wahlpflichtmodule begonnen haben) | Wahlpflichtmodule | Katalog | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Mechatronik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2009 | Wahlpflichtmodule (für alle Studierende des Bachelorstudiums, die vor 01. Oktober 2012 Wahlpflichtmodule begonnen haben) | Wahlpflichtmodule | Katalog | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Mechatronik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2009 | Wahlpflichtmodule | 8 Konstruktion)
- Mechatronik (Master of Science): 1-3. Semester
(Po-Vers. 2010 | Wahlpflichtmodule | Katalog | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Mechatronik (Master of Science): 1-3. Semester
(Po-Vers. 2010 | Vertiefungsrichtungen | Rechnerunterstützte Produktentwicklung | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Mechatronik (Master of Science): 1-3. Semester
(Po-Vers. 2010 | Vertiefungsrichtungen | Mikroproduktionstechnik und MID | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Mechatronik (Master of Science): 1-3. Semester
(Po-Vers. 2012 | M1-M2 Vertiefungsrichtungen | 8 Konstruktion)
- Medizintechnik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2009 | Modulgruppen B6 und B8.2 - Kompetenzfeld Gerätetechnik | Modulgruppe B8.2 - Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Medizintechnik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2013 | Kern- und Vertiefungsmodule der Kompetenzfelder | Kompetenzfeld Gerätetechnik | B8 Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Vertiefungsmodule aus dem Kompetenzfeld Gerätetechnik)
- Medizintechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2011 | Modulgruppen M2 - M8 | Fachrichtung "Medizinische Gerätetechnik, Produktionstechnik und Prothetik" | M2 Ingenieurswissenschaftliche Kernfächer I | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Medizintechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2013 | Studienrichtung Medizinische Produktionstechnik, Gerätetechnik und Prothetik | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (GPP))
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2007 | PO-Version 2007 | Bachelorprüfung | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul in der Studienrichtung Maschinenbau | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2008 | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2009 | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2009 | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Studienrichtung Maschinenbau | Wahlpflicht- und Vertiefungsmodul Modulgruppe 1.2 | Wahlpflichtmodul Modulgruppe 1.2 | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2009 | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Studienrichtung Maschinenbau | 2.+3. Wahlpflichtmodul | Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Methodisches und rechnerunterstütztes Konstruieren (Prüfungsnummer: 71601)
(englischer Titel: Methodical and Computer-Aided Design)
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: WS 2014/2015, 1. Wdh.: SS 2015, 2. Wdh.: WS 2015/2016
1. Prüfer: | Sandro Wartzack |
- Termin: 20.03.2015, 15:30 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 21.09.2015, 16:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 18.03.2016, 08:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 26.09.2016, 13:30 Uhr, Ort: Tentoria
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