out of the box ontwerpen · out of the box ontwerpen ontwerpen en maakbaarheid: hoe maakt u het?...

OUT OF THE BOX ONTWERPEN

Ontwerpen en Maakbaarheid: Hoe maakt U het?

Prof. Dr. Ir. F.J.A.M. van Houten

Design Engineering

Universiteit Twente

f.j.a.m.vanhouten@utwente.nl

Constructeursdag 2014

Dinsdag 18 november 2014

Hoe maakt U het?

Dat zeg ik niet, want anders maakt U het na!

19/11/2014 2

Intuitief

Origineel / Disruptief

Eenvoudig

Repetitief / Procedureel

Incrementeel / Voorspelbaar

Complex

11/19/2014 3

HOE ONTWERPT U HET?

19-11-2014 Roy Damgrave 4

Vele mogelijke

oplossingen

Ontwerp-

methoden en

gereedschappen

11/19/2014 5

COMPLEX SYSTEEM: BAGAGEAFHANDLING

11/19/2014 6

Verschillen in achtergrond::

• Werktuigbouwers denken in CAD

• Elektrotechnici denken in schemas

• Informatici denken in klassen en objecten

• Marketeers denken in opportunities

• …

• Maar ze moeten

samenwerken aan

een gemeenschapplijk

doel

MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN

VEREIST SYSTEM ENGINEERING

Successful Systems

Mechanical Engineering

Electrical Engineering

Software Engineering

Industrial Design

Engineering

…

System Design &

Engineering 7

11/19/2014 8

STYLING

11/19/2014 9

INDUSTRIELE MACHINES MOGEN OOK MOOI ZIJN!

Pahl & Beitz (VDI 2221) Prescriptief

11/19/2014 10

ONTWERPMETHODEN

11/19/2014 11

ONTWERPMETHODEN

Andreasen Descriptief

11/19/2014 12

ONTWERPMETHODEN

Ullman Computational

Creatief, OUT OF THE BOX denken

Kritisch: “Is dit wel het juiste uitgangspunt?”

Analytisch (convergent)

Associatief (divergent)

Kennis, breed en diep

Abstractievermogen

Ervaring, leren van fouten

Teamgeest, samen lukt het beter

Methodische aanpak

Geschikte gereedschappen

11/19/2014 CIRP Design Conference 2011 13

EEN GOEDE ONTWERPER WERKT ZOWEL

INTUITIEF ALS GESTRUCTUREERD

Lateraal Denken

Edward de Bono

TRIZ: Theorie van het oplossen van ontwerpproblemen

Altshuller

Hergebruik

Generalisatie

Specifiek

probleem

Gegeneraliseerde

oplossing Gegeneraliseerd

probleem

Specifieke

oplossing

ONTWERPGEREEDSCHAPPEN

GEREEDSCHAPPEN VOOR HET MAKEN VAN PROTOTYPEN

EN COMPUTERGEREEDSCHAPPEN...

P P

P P

P

P

P

P

P

P

P P

P P

P P

P

P

P

P

P

P

P P

P

P P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P P

P P

P P

P

P

P

Topsnelheid

Brandstofverbruik

V8

Automaat?

4 Wiel

aandrijving?

Afmetingen

Oppervlaktekwaliteit

Spelingen

Toleranties

Eisen

Eisen

Eisen

Ontwerp

Strategie

Top-down Bottom-up Combinatie

?

Eisen

Ontwerpen voor Maakbaarheid

Dr. Ir. Eric Tempelman

Ontwerp

Geometrie

Materiaal

Informatie (embedded software)

Productstructuur (voor alle levenscyclusfasen)

Maakbaarheid

Materiaal (product vs. proces)

Proces

Resources (Mensen, Robots, Machines,Transportmiddelen etc.)

Informatie (werkvoorbereiding)

Financiering

19/11/2014 21

Design for X

Levenscyclus gericht ontwerpen:

Onderdelenproductie

Assemblage

Testen

Installatie / Levering

Gebruiksfase

Onderhoud

Reparatie

Hergebruik van onderdelen

Recycling

19/11/2014 22

Complexe Machines ---- Multidiciplinaire ontwerpklus!

Dick van Hees

Maakbaarheid heeft grote invloed op het ontwerpen

Historisch perspectief:

Eenduidige specificatie van onderdelen en samenstellingen

Nauwkeurigheid en Reproduceerbaarheid in de fabrikage

Computerbesturing van fabrikage en assemblage

Nieuwe processen

Contactloos

Additief

Nieuwe materialen

19/11/2014 24

1815 Eenduidige specificatie van geometrie

Gaspard Monge (1746-1818)

Directeur van de Ecole Polytechnique

Uitvinder van de Descriptieve Geometrie:

Orthografische projectie van voorwerpen

in sets van 2D aanzichten

Maakte eenduidige specificatie en

reproduceerbare productie van uitwisselbare onderdelen mogelijk

Gereedschapswerktuigen

1820-1850: De 1e Industriële revolutie

Ontstaan van de Gereedschapswerktuigenindustrie (maakte hogere

nauwkeurigheden en reproduceerbaarheid mogelijk

Aanvankelijk centrale aandrijving met stoommachine

Vanaf 1915 individuele elektrische aandrijving

1952 Numerieke Besturing

John T. Parsons (1913 – 2007)

“Vader” van de Numerieke Besturing

Berekening van de instelling van machinecoordinaten met een

computerprogramma

Electrische aandrijving van de

instellingsbewegingen door middel van

een ponskaartlezer

Patent:

Motor Controlled Apparatus for Positioning

Machine Tool

(ingediend 1952, verleend 1958)

APT: Programmertaal voor Gereedschapswerktuigen 1960

Douglas Taylor "Doug" Ross (1929 – 2007)

de vader van APT

uitvinder van de

term CAD:

Computer Aided Design

PARTNO / APT-1

CLPRNT

UNITS / MM

NOPOST

CUTTER / 10.0

$$GEOMETRY DEFINITION

SETPT = POINT / 0.0, 0.0, 0.0

STRTPT = POINT / 70,70,0

P1 = POINT / 50, 50, 0

P2 = POINT / 20, -20, 0

C1 = CIRCLE / CENTER, P2, RADIUS, 30

P3 = POINT / -50, -50, 0

P4 = POINT / -30, 30, 0

C2 = CIRCLE / CENTER, P3, RADIUS, 20

P5 = POINT / 50, -20, 0

L1 = LINE / P1, P5

L2 = LINE / P3, PERPTO, L1

L3 = LINE / P3, PARLEL, L1

L4 = LINE / P1, PERPTO, L1

PLAN1 = PLANE / P1, P2, P3

PLAN2 = PARLEL, PLAN1, ZSMALL, 16

$$MOTION COMMANDS

SPINDL / 3000, CW

FEDRAT / 100, 0

FROM / STRTPT

GO/TO L1, TO, PLAN2, TO, L4

TLLFT, GOFWD / L1, TANTO, C1

GOFWD / C1, TANTO, L2

GOFWD / L2, PAST, L3

GORGT / L3, TANTO, C2

GOFWD / C2, TANTO, L4

GOFWD / L4, PAST, L1

NOPS

GOTO / STRTPT

FINI

Midden 60er jaren:

IBM Bill Of Material Planning - Het begin van ERP

29

3D CAD Modellering

Patrick Hanratty

Pronto NC programmeertaal (1957)

Oprichter van MCS

“Vader” van 3D CAD (1971)

Hanratty code (ADAM) was de basis van bijna alle

CAD systemen van de 70er jaren

Pierre Bezier (1910-1999)

Curves en dubbelgekromde oppervlakken

voor CAD systemen (1968)

Ian Braid, Alan Grayer, en Charles Lang

“Vaders” van Boundary Representation Solid Modelling (Romulus 1978, ACIS 1985)

Analysegereedschappen – Modelleren van materiaalgedrag

prof. Ton van den Boogaard

1960-1970 Analyse van constructies en fabricageprocessen

Argyris (Universiteit Stuttgart), Clough (Berkeley), Zienkiewicz (Swansea)

NASTRAN open source project gesponsord door NASA

19/11/2014 31

Geometrieoptimalisatie

19/11/2014 32

Ontwerpsynthese

Dr. Ir. Juan Jauregui Becker

11/19/2014 33

Gewenste

specificaties

Model van de

ontwerp-

oplossing

Synthese

Analyse / Optimalisering Behaalde

performance

CAD

Evaluatie Ontwerpkennis

CAE

CDS

Industriele Laser Toepassingen

1958 Uitvinding

1965 Laserboren

1970 Lasersnijden

19/11/2014 34

1983 Additive Manufacturing

Chuck Hull richtte 3D systems op

Stereolithografie

Uitharden fotopolymeer met laser.

19/11/2014 35

1982 3D printen

19/11/2014 36

Materiaalkeuze

ing. Erik Schuring

19/11/2014 37

Geometrie

Materiaal Proces

Bedrijfsmiddelen

Nieuwe materialen: drivers voor beter ontwerpen

Percentage vezelversterkte kunststoffen in vliegtuigen

Ten Cate Aerospace Composites

• Marktleider in Continuous Fiber Reinforced

Thermoplastics for Commercial Aerospace

1991: First series

production: Fairchild

Dornier ribs

1995: First primary

structure: GV

pressure floors

1997: First welded

assembly:

MUC door Fo50

Waarom thermoplasten?

Goedkopere fabricage

Lassen en samenbouwen

Sneller proces

Materiaalkarakteristieken

Drie toepassingen in de A380

1. Fixed Wing Leading Edge A380

Technologie al toegepast in A340-500/600

In Nederland toegepast in delen van de Fokker 50

Idee van een thermoplastische D-Nose stamt al uit de 90er jaren

2. Compression Moulded Structural Parts

3. Nacelle Liner Door Airbus ontwikkelde technologie voor geluidsreductie

Nacelle Liner

Fixed Wing Leading Edge

Strategisch hoogtepunt – Airbus A30X

TAPAS: Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structures; Consortium met Nederlandse Industrie en Kennisinstituten

Robots, 3D printers en Digitale Systemen

Argun Cencen

19/11/2014 47

Slimme fabriek

19/11/2014 48

DDS

Data-GatheringSensor System

Data-GatheringSensor System

PeripheralDevice

Task AllocationModule

CapabilitySoftware Module

Monitor

CAD2CAM

Monitor Operator

19/11/2014 49

AUGUSTUS 2013

VOLKSWAGEN INSTALLEERT DE EERSTE COOPERTIEVE ROBOTS IN HAAR PRODUCTIELIJN IN SALZGITTER VEILIGHEIDSNORM EN ISO 10218, ISO/TS 15066

50

19/11/2014 51

3D printen is volwassen geworden

Persoonlijk en Industrieel gebruik

19/11/2014 52

Functionele metalen producten: LaserCusing of SLM

19/11/2014 53

3D voedsel “printers”

3D bio “printers”

3D tandprothese “printers”

3D beton “printers”

Productie als dienstverlening?

Creativiteit wordt niet meer gehinderd door fabrikageproces

19/11/2014 59

Schaal is geen problem: 3D grachtenpand printer

19/11/2014 60

19/11/2014 61

Helemaal niet 3D geprint!

Helemaal niet 3D geprint!

19/11/2014 62

MOGELIJKE TOEKOMSTEN

VIRTUAL REALITY ALS ONTWERPGEREEDSCHAP?

63

CONSUMENTEN VERSIE KOMT ERAAN!

11/19/2014 65

VRLAB

BETER GESCHIKT VOOR HET MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN IN GROEPEN: HET VRLAB

Exploreer het probleemdomein Exploreer de oplossingsruimte

VRLAB AANPAK

Defineer de gedeelde visie

en inzichten over de

(expliciete and impliciete)

problemen die samen de

basis vormen van het

ontwerpproject

1

Maak de

(gemeenschappelijke)

ideeen over mogelijke

toekomstscenarios helder

door allerlei types van

visualisaties en interacties

2

VRLAB VOORBEELDEN

19/11/2014 Distance Collaboration Table - R. Damgrave & E. Lutters 69

WERELDWIJDE VIRTUELE SAMENWERKING

19/11/2014 Distance Collaboration Table - R. Damgrave & E. Lutters 70

Armen en handen van alle deelnemers worden

afgebeeld op de tafel

• Virtuele objecten aanwijzen

• Fysieke objecten delen

11/19/2014 71

VAN VIRTUEEL NAAR REEEL EN TERUG:

SCANNEN EN PRINTEN

11/19/2014 72

HAPTISCHE INTERACTIE

METHODOLOGIE

Hardware Software Gebruikers

Omgeving

Informatie Kennis

Workflow

Middelen

Werkmethoden

Synthetische ontwerpomgeving

19-11-2014 73

Kickstarter Pebble toucheert in 2012 10 M$ binnen een paar weken

We have grown a lot -- from one founder, to nine employees, to a team somewhere around

130. But we still make the same watch we thought was cool back in 2011. It is used for more

things everyday and big and serious companies are partnering with us. But we are still Pebble.

We are making a watch that people love using everyday.

NIEUWE BUSINESSMODELLEN – THE FAST EAT THE SLOW

ALEX HEURKENS, RENE STOKWIELDER EN BART SALVERDA

74

$99

Bedankt voor uw aandacht Vragen?

75