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
[email protected] Constructeursdag 2014 Dinsdag 18 november 2014
Hoe maakt U het? Dat zeg ik niet, want anders maakt U het na!
19/11/2014
2
HOE ONTWERPT U HET?
Intuitief Origineel / Disruptief
Eenvoudig
Repetitief / Procedureel Incrementeel / Voorspelbaar Complex
11/19/2014
3
Roy Damgrave
19-11-2014
4
COMPLEX SYSTEEM: BAGAGEAFHANDLING
Vele mogelijke oplossingen
Ontwerpmethoden en gereedschappen
11/19/2014
5
11/19/2014
6
MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN VEREIST SYSTEM ENGINEERING
Verschillen in achtergrond::
• Werktuigbouwers denken in CAD • Elektrotechnici denken in schemas • Informatici denken in klassen en objecten • Marketeers denken in opportunities • … Mechanical Engineering
• Maar ze moeten samenwerken aan
Electrical Engineering
…
een gemeenschapplijk
Successful Systems
doel System Design & Engineering
Industrial Design Engineering
Software Engineering
7
STYLING
11/19/2014
8
INDUSTRIELE MACHINES MOGEN OOK MOOI ZIJN!
11/19/2014
9
ONTWERPMETHODEN
Pahl & Beitz (VDI 2221) Prescriptief
11/19/2014
10
ONTWERPMETHODEN
Andreasen
Descriptief
11/19/2014
11
ONTWERPMETHODEN
Ullman
Computational
11/19/2014
12
EEN GOEDE ONTWERPER WERKT ZOWEL INTUITIEF ALS GESTRUCTUREERD
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
CIRP Design Conference 2011
11/19/2014
13
Lateraal Denken Edward de Bono
TRIZ: Theorie van het oplossen van ontwerpproblemen
Altshuller
Generalisatie Hergebruik Gegeneraliseerd probleem
Gegeneraliseerde oplossing
Specifiek probleem
Specifieke oplossing
ONTWERPGEREEDSCHAPPEN
GEREEDSCHAPPEN VOOR HET MAKEN VAN PROTOTYPEN
EN COMPUTERGEREEDSCHAPPEN...
Eisen
Topsnelheid Brandstofverbruik
Eisen
Eisen
Ontwerp Strategie
?
V8 Automaat? 4 Wiel aandrijving?
PP
P P PP PP P P P P P P P PP P P P PPPP P P P PP P Eisen PPPP P PPP P P PP P P P P P P PPP P P P P P P
Afmetingen Oppervlaktekwaliteit Spelingen Toleranties
Bottom-up Top-down Combinatie
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) 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
de vader van APT uitvinder van de term CAD: Computer Aided Design
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
Gewenste specificaties
Synthese
CDS Evaluatie
Ontwerpkennis
Model van de ontwerpoplossing
CAE
Behaalde performance
Analyse / Optimalisering CAD 11/19/2014
33
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
Geometrie
Bedrijfsmiddelen
Materiaal
Proces
19/11/2014
37
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
Fixed Wing Leading Edge
Nacelle Liner
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 Task Allocation Module DDS Peripheral Device
CAD2CAM Capability Software Module Monitor Data-Gathering Sensor System
Operator
Monitor
Data-Gathering Sensor System
19/11/2014
48
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
Helemaal niet 3D geprint!
19/11/2014
61
Helemaal niet 3D geprint!
19/11/2014
62
MOGELIJKE TOEKOMSTEN VIRTUAL REALITY ALS ONTWERPGEREEDSCHAP?
CONSUMENTEN VERSIE KOMT ERAAN!
VRLAB
11/19/2014
65
BETER GESCHIKT VOOR HET MULTIDISCIPLINAIR ONTWERPEN IN GROEPEN: HET VRLAB
VRLAB AANPAK
Exploreer het probleemdomein
1 Defineer de gedeelde visie en inzichten over de (expliciete and impliciete) problemen die samen de basis vormen van het ontwerpproject
Exploreer de oplossingsruimte
2 Maak de (gemeenschappelijke) ideeen over mogelijke toekomstscenarios helder door allerlei types van visualisaties en interacties
VRLAB
VOORBEELDEN
WERELDWIJDE VIRTUELE SAMENWERKING
Distance Collaboration Table - R. Damgrave & E. Lutters
19/11/2014
69
Armen en handen van alle deelnemers worden afgebeeld op de tafel • Virtuele objecten aanwijzen • Fysieke objecten delen
Distance Collaboration Table - R. Damgrave & E. Lutters
19/11/2014
70
VAN VIRTUEEL NAAR REEEL EN TERUG: SCANNEN EN PRINTEN
11/19/2014
71
HAPTISCHE INTERACTIE
11/19/2014
72
METHODOLOGIE
Synthetische ontwerpomgeving Hardware
Gebruikers
Software
Informatie
Kennis
Middelen
Omgeving
Workflow
Werkmethoden
19-11-2014
73
NIEUWE BUSINESSMODELLEN – THE FAST EAT THE SLOW ALEX HEURKENS, RENE STOKWIELDER EN BART SALVERDA
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.
$99 74
Bedankt voor uw aandacht Vragen? 75
