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Untersuchungen zur funktionalen Bewertung eines elektrohydraulischen Luftfahrtaktuators am digitalen Prototypen und im virtuellen Raum

van Lier, Volker :
Untersuchungen zur funktionalen Bewertung eines elektrohydraulischen Luftfahrtaktuators am digitalen Prototypen und im virtuellen Raum.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Kapitel 1-6 - PDF
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zur funktionalen Bewertung eines elektrohydraulischen Luftfahrtaktuators am digitalen Prototypen und im virtuellen Raum
Language: German
Abstract:

Gegenstand der Arbeit war die Untersuchung der Frage, inwieweit Methoden der virtuellen Realität dazu genutzt werden können, um im Rahmen der Produktentwicklung mechatronischer Produkte das Potenzial digitaler Prototypen ausschöpfen zu können. Die dem digitalen Prototypen zugrundeliegenden Produktdaten sollen zielgerichtet dazu genutzt werden, die physikalischen Zusammenhänge und die das Produkt beschreibenden charakteristischen Eigenschaften mittels einer interdisziplinären Plattform auf System- und Komponentenebene zu evaluieren. Zu diesem Zweck wurden die notwendigen Grundlagen recherchiert und zunächst das Konzept für den Aufbau einer virtuellen Produktentwicklung und die Nutzung von VR-Methodik erstellt. Grundlage für eine virtuelle Produktentwicklung ist das virtuelle Produkt. Da im vorliegenden Fall eine durchgängige digitale Produktentwicklung nicht etabliert war, wurde die Entwicklung eines Luftfahrtaktuators analysiert und modifiziert. Die vorgestellten Anwendungsszenarien ermöglichen eine vollständig digitale Produktentwicklung durch den Einsatz eines Produktdatenmodells, eines Produktdaten-Managementsystems und neutraler Schnittstellen zwischen den Entwicklungswerkzeugen. Zu einem frühen Zeitpunkt der Entwicklung stehen im Allgemeinen noch keine Messdaten zur Validierung der Modelle zur Verfügung. Mit Hilfe numerischer Verfahren wurde deshalb für das bereits existierende Produkt eine vollständig digitale Modellbildung nachvollzogen. Im Anschluss wurde das Konzept für die Umsetzung einer virtuellen Evaluationsumgebung entwickelt. Die wichtige Interaktion eines Nutzers mit der virtuellen Umgebung wurde den Anforderungen an eine Evaluationsumgebung angepasst und es wurde ein Prozess definiert, mit dem die zu evaluierenden Testfälle generiert werden können. Die Durchführung der Evaluation erfolgt nach dem Classroom-Konzept. Anschließend wurden die Visualisierungsmodule zur Darstellung der Daten, Informationen und Simulationsergebnisse in VR konzipiert. Dem objektorientierten Ansatz folgend wurden die den Modulen hinterlegten Objektsimulationen weitestgehend in C++ programmiert. Die zur Umsetzung des VR-Anteils dieser Arbeit erstellten Strukturen wurden in das bereits bestehende Konzept der virtuellen Produktentwicklung eingebettet. Weiterhin wurde die Gültigkeit des Gesamtkonzeptes untersucht. Hierzu wurden Versuchsreihen geplant und durchgeführt. Die aufgestellte Hypothese "Mit steigender Immersion der Lernumgebung wird die Lernleistung verbessert" konnte durch die durchgeführten Versuche und Tests allerdings nicht bestätigt werden. Im Mittel waren die Ergebnisse der Testformulare nach dem VR-Versuch geringfügig besser als nach dem Kontrollversuch. Eine statistisch abgesicherte Aussage zugunsten des VR-Versuchs war nicht möglich, da die Unterschiede nicht signifikant waren. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Vorteile einer VR-Einbindung in den Produktentwicklungsprozess zumindest theoretisch aufgezeigt werden konnten. Die Auswertung der durchgeführten Versuche lässt den Schluss zu, dass ein nicht unwesentlicher Anteil der konzeptionellen Vorteile der umgesetzten Evaluationsumgebung durch Einschränkungen der VR-Hardware gedämpft wurden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The aim of this thesis was to answer the question, to what extend methods of Virtual Reality can be used to exhaust the potential of digital prototype whitin a mechatronic product development process. The resulting product data should be used aimful to evaluate the pysical relationships and characteristical properties that describe the product with the help of a interdisziplinary platform on a system as well as on component level. In order to reach this aim, the necessary basics were investigated and in the first step a concept for the realization of a virtual product development process and the use of VR methods was created. For the current product such a closed digital product development process was not established. Therefore the development processes were analyzed and modified. The presented application scenarios allows a fully digital product development process due to the use of a product data model, a product data management system and neutral interfaces between the development tools. Normally, in this early state of the development there are no measurement data available to support the validation of the simulation models. Therefore, the allready existing product was re-modeled completely digitally with the help of numerical methods. After that, the concept for therealization of a virtual evaluation environment was developed. The interaction of a user with the virtual environment was adapted to the requirements on an evaluation environment and a process has been defined to create the testcases that will be evaluated. The evaluation is performed using the classroom conecpt. Following the visualization modules have been developed that present the data, informations and simulation results in VR. Following the object oriented idea most of the modules were programmed in C++. The parts of this thesis that has been developed to realize the VR contents have been integrated into the allready existing virtual product development concept. In addition the validity of the total concept was investigated. For this, experiments have been planned and performed. The developed hypothesis „With increasing immersion of the learning environment the lerning performance will become better” could not be proved with the help of the performed experiments and tests. In the mean the results of the testforms after the VR experiment were slightly better than after the control experiment, but his statement could not be supported using statistical means. A statistically significant.difference could not be found. Concluding it can be stated, that the advantages of the integration of VR methods into the product development process could be shown at least theoretically. The evaluation of the performed experiments leads to the conclusion that a considerable part of the the conceptual advantages of the realized evaluation environment has been damped by limitations of the VR hardware.English
Uncontrolled Keywords: Virtual Reality, Product Development, Product Evaluation, Actuation, Modelling
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Virtual Reality, Product Development, Product Evaluation, Actuation, ModellingEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000596
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5967
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Birkhofer, Prof. Dr.- Herbert
Advisors: Kubbat, Prof. Dr.- Wolfgang
Refereed: 11 May 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/596
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