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