Softwarel?sungen f¨¹r die digitale Lageuntersuchung von Geometrien

Das Labor Rasand hat als Ziel die Erforschung und Entwicklung von Softwarel?sungen f¨¹r die digitale Lageuntersuchung von Geometrien. Auf diesem Gebiet sollen Forschung und industrielle Praxis vereint werden. Dies bedeutet zum einen, dass die behandelten Fragestellungen an der industriellen Praxis orientiert sind. Alle von uns entwickelten Algorithmen und Datenstrukturen werden in die eigene Software-Bibliothek Rasand integriert und diese soll mittelfristig in der Industrie zum Einsatz kommen. Ein weiteres Ziel von Rasand ist die Ausbildung von Doktorandinnen und Doktoranden in diesem Themengebiet. Es sollen in dem Labor qualitativ hochwertige Forschungsarbeiten entstehen, die die Mitarbeiter:innen zur Promotion f¨¹hren.

Fahrzeuge virtuell konstruieren ¨C Kosten f¨¹r den Bau realer Prototypen sparen

Im Labor Rasand werden Softwarel?sungen f¨¹r den digitalen Prototypenbau erforscht und entwickelt. Bei der Planung eines neuen Fahrzeugs in der Automobilindustrie konstruieren Ingenieurinnen und Ingenieure alle Bauteile zun?chst am Rechner. Im sogenannten Digital MockUp werden sie dann, sowohl einzeln als auch im Zusammenspiel, auf ihre funktionalen und r?umlichen Anforderungen hin ¨¹berpr¨¹ft. Geometrisch ist dabei jedes Bauteil durch eine Menge von Dreiecken gegeben, die seine Oberfl?che approximieren. Die ?berpr¨¹fung geschieht virtuell durch Simulationen am Computer, da der Bau realer Prototypen hohe Kosten verursacht.

Kollisionen zwischen Bauteilen ¨C Fehler in der Konstruktion erkennen

Ein wichtiger Aspekt im Digital MockUp ist zu ¨¹berpr¨¹fen, dass die Bauteile keine Kollisionen untereinander aufweisen, d.h. nicht den gleichen Bauraum einnehmen. Die in der Praxis zuhauf auftretenden Kollisionen zwischen Bauteilen weisen den Ingenieurinnen und Ingenieuren in einigen F?llen relevante Fehler auf, die eine konstruktive Ver?nderung der Bauteile erfordern. Die Mehrzahl ist allerdings f¨¹r die Ingenieurinnen  und Ingenieure irrelevant. Ein h?ufiges Beispiel sind Kollisionen, an denen Schrauben, Bolzen oder Klipse beteiligt sind. Deren Aufgabe ist es, Bauteile aneinander zu befestigen, und die sich ergebenden Konflikte sind gewollt.

Neuronale Netze f¨¹r 3D CAD-Daten - Kollisionen qualifiziert bewerten

Im Projekt GeoCADUp wird an einer KI-gest¨¹tzten statischen Klassifikation und Bewertung der Kollisionen zwischen Bauteilen geforscht. Dazu eignen sich neuronale Netze, die auf Basis von Punktwolken oder Bildern der 3D CAD-Daten arbeiten. Das im Projekt entwickelte neuronale Netz LocALNet erzielt im akademischen Wettbewerb auf dem ModelNet40 Datensatz der Universit?t Princeton eines der weltweit besten Ergebnisse zur Klassifikation von 3D CAD-Daten auf Basis von Punktwolken. Zur Klassifikation von Kleinteilen, wie Schrauben, Muttern und Klipsen, die sehr unterschiedliche Auspr?gungen haben k?nnen, wurden auch bildbasierte Netze bereits erfolgreich trainiert.

Digitale Montageplanung ¨C Kollisionen zwischen Bauteilen vermeiden

Die Vermeidung von Kollisionen zwischen Bauteilen spielt auch bei der digitalen Montageplanung eine gro?e Rolle. Dabei muss zun?chst eine Montagereihenfolge der Bauteile festgelegt werden. In der sogenannten Pfadplanung wird dann f¨¹r jedes Bauteil ein kollisisionsfreier Montageweg von seiner Startposition au?erhalb des Fahrzeugs zu seiner verbauten Endposition im Fahrzeug gefunden. In der Vergangenheit wurden in Rasand geometrische Algorithmen zur schnellen Kollisions- und Toleranzberechnung zwischen Bauteilen und darauf aufbauend zur Pfadplanung f¨¹r 3D CAD-Daten entwickelt und implementiert. Die Algorithmen zur Pfadplanung sind dabei auf Engstellen spezialisiert, wie sie in einem dicht gepackten Bauraum h?ufig vorkommen.

Pfadplanung im Nah- und Fernbereich ¨C Befestigungselemente ber¨¹cksichtigen

Im Projekt Montageplanung wird aktuell die Pfadplanung f¨¹r reale Bauteile erforscht. Nahe ihrer verbauten Position, im sogenannten Nahbereich, sind Bauteile h?ufig durch ihre Befestigungselemente, z.B. angegossene bewegliche Klipse, unvermeidbar in Kollision mit ihrer Umgebungsgeometrie. Zudem sind die Befestigungselemente oft f¨¹r Drehbewegungen bei der Montage verantwortlich. Die im Projekt entwickelte Software ber¨¹cksichtigt angegossen Befestigungselemente. Keine andere akademische oder kommerzielle Software ist zurzeit dazu in der Lage. F¨¹r die auf die Planung im Nahbereich folgende Pfadplanung im Fernbereich werden geeignete Montagepfade zu den Karosserieansprache-Stationen gefunden.

Montageplanung ¨C Teil des Erlebnis-Lern-Trucks Discover Industry

Seit Herbst 2019 ist unsere Montageplanung Teil des Erlebnis-Lern-Trucks Discover Industry, der Schulen in Baden-W¨¹rttemberg anf?hrt, um Sch¨¹lerinnen und Sch¨¹ler f¨¹r den MINT-Bereich zu begeistern. Discover Industry ist Teil des Programms COACHING4FUTURE der Baden-W¨¹rttemberg Stiftung gemeinsam mit dem Arbeitgeberverband S?DWESTMETALL und in Kooperation mit der Regionaldirektion Baden-W¨¹rttemberg der Bundesagentur f¨¹r Arbeit. In dem zweist?ckigen LKW wird an f¨¹nf Arbeitsstationen und mehreren Exponatw?nden die Arbeitswelt von MINT-Berufen aufgezeigt. An der umgesetzten Exponatwand zum Thema digitale Assistenten l?sen die Sch¨¹lerinnen und Sch¨¹ler ein Nagel-Puzzle im Wettlauf gegen den Computer.

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