Functional DMU
Der Begriff Digital Mock-Up
(DMU) bezeichnet ein virtuelles Modell, dass die Struktur und Geometrie eines Produktes repräsentiert. Heute werden DMUs für die geometrische Integration eingesetzt zur
Kollisionsanalyse
Clash and Clearance
Montage Simulation
What is DMU today?
The term Digital Mock-Up (DMU) denotes a virtual model which represents the structure and the geometry of a product. Today, DMUs are used for geometric integration to
analyse collisions
clash and clearance
perform assembling simulation
Was fehlt? - Die Zielsetzung von Functional DMU
In der industriellen Produktentwicklung spielen mechatronische Komponenten eine rapide wachsende Rolle. Mechatronische Komponenten sind dadurch gekennzeichnet, dass elektronische und durch Software geregelte Systeme mechanische Teile beeinflussen. In der mechatronischen Produktentwicklung treffen daher die Disziplinen Software-Entwicklung, Maschinenbau, sowie Elektrik/Elektronik aufeinander.
Zur geometrischen Integration von Produktmodellen hat sich Digital Mock-Up (DMU) in der industriellen Praxis als fester Bestandteil der virtuellen Produktentwicklung etabliert. Allerdings sind DMU und die dazugehörigen Softwarewerkzeuge heute weitgehend auf die Integration der Geometrie beschränkt; es mangelt an Möglichkeiten zur funktionalen Integration.
Dies unterstreicht ein am Fraunhofer IGD durchgeführter Industrieworkshop mit Beteiligung der Adam Opel GmbH, DaimlerChrysler AG, Delphi, Ford AG, Robert Bosch GmbH, Siemens AG und Siemens Medical Solutions. Die Industrie sucht derzeit händeringend nach Softwarewerkzeugen und Method(ik)en zur frühzeitigen funktionalen Integration virtueller mechatronischer Produkte, deren Verhalten sich durch die Kombination und Wechselwirkung des Verhaltens der Teilsysteme definiert.
Um mechatronischer Produkte frühzeitig im Entwicklungsprozess absichern zu können, ist eine Erweiterung von DMU um funktionale Aspekte hin zu einem FunctionalDMU (FDMU) und die Unterstützung der Zusammenarbeit der Domänen Mechanik, Elektronik und Software-Entwicklung zwingend notwendig (siehe Abbildung).
What is missing? The objective of Functional DMU
In industrial product developement mechatronic components play a rapidly increasing role. Mechatronic components are characterized by the fact, that electronic and software controlled systems influence mechanical parts.
Therfore mechatronic product developement contains the domains of software developement, as well as engineering and electronics.
For the geometric integration of product modells Digital Mock-Up (DMU) has been established as an inherent part of virtual product developement in industrial practice. However DMU and the associated software tools nowadays are mostly limited to the integration of geometry - possilbilities of a functional integration are missing.
This is underlined by an industrial workshop at the Fraunhofer IGD with participation of Adam Opel GmbH, Daimler Chrysler AG, Delphi, Ford AG, Robert Bosch GmbH, Siemens AG, Siemens Medical Solutions. The industy is looking intensely for software tools and methods for early functional integration of virtual mechatronic products, whose behaviour is defined by a combination and interaction of the behaviour of the subsystems.
In order to put mechatronic products on a solid base in an early stage of the developement process, an extension of DMU with functional aspects to a Functional DMU (FDMU) and the support of cooperation between the domains of mechanics, electronics and software developement is imperative.
Motivation: Warum FDMUs gebraucht werden
Die Verbreitung mechatronischer Produkte (oder Produkte die mechatronische Teile enthalten) steigt rasant
Produkte werden zunehmend komplex - Komplexität (= Anzahl der Funktionen) kann nur über Software realisiert werden
Anhaltender Druck die Entwicklungszeit zu verkürzen
Neue Werkzeuge werden benötigt , um das Zusammenspiel multipler mechatronischer Kompontenten virtuell zu verifizieren
Bei der Verifizierung innovativer Lösungen, wie. z.B. "x by wire", kann man sich nicht mehr ausschließlich auf Erfahrungswerte verlassen - ohne Functional DMU wird Innovation behindert
Functional DMU wird zunehmend unentbehrlicher für die visuelle Kommunikation und Entscheidungsunterstützung, da verschiedene Disziplinen verstärkt zusammen arbeiten müssen
Software und Elektronik sind heute nahezu unsichtbar während des DMU Entwicklungsprozess
Der Einfluss von Veränderungen in Software und Elektronik muss visualisiert werden, um die Auswirkungen verstehen und kommunizieren zu können
Motivation - why FDMUs are needed
spread of mechatronic products (products containing mechatronic parts) is raising increasingly fast
products are getting increasingly complex – complexity (number of functions) can only be realized in software
continuous pressure to shorten time-to-market
new tools needed to virtually verify the correct interplay of multiple mechatronic components
verification of innovative solutions such as ‘x by wire’ cannot rely on experience knowledge anymore – without functional DMU innovation is hampered
functional DMU becomes crucial for visual communication and decision support as more disciplines have to work together
today, software and electronics are nearly invisible in the DMU process
the impact of changes in SW or electronics have to be visualized to communicate and understand their effects
Beispiel für die Anwendung von FDMUs
Anwendungsfall 1: Domänenübergreifende Systementwicklung
Wer: Ingenieure aus verschiedenen Disziplinen
Warum: Ein gemeinsames Verständnis für widersprüchliche Zielsetzungen und die Entwicklung von Alternativen
Was: Mechatronische Syteme, wie z.B. schlüsselloser Zugang, interaktive Fahrwerke, Fluss-Simulation, Interieur-Design, etc.
Anwendungsfall 2: Entscheidungsunterstützungssysteme für Entscheider
Wer: Manager oder Ingenieure
Warum: Bessere Entscheidungsgrundlage aufgrund verbesserten Verständnisses durch die Visualisierung kausaler Zusammenhänge
Was: Integrierte Simulation von funktionsübergreifenden Wechselwirkungen, Visualisierung von komplexen funktionellen Wechselwirkungen
Anwendungsfall 3: Verständnis für andere Domänen vertiefen
Wer: Ingenieure aus zwei verschiedenen Arbeitsbereichen, z.B. Triebwerk-Ingeniuer (versteht die elekronischen Kontrollen) und Fahrzeugbauer (kennt die mechanischen Komponenten)
Warum: Bessere, umfassende Lösung - nicht optimal für den jew. Arbeitsbereich, aber optimal domänenübergreifend, bessere Integration, frühe Problemerkennung
Was: Alle elektronischen und software-kontrollierten Systeme die mechanische Teile beeinflussen
Examples for the application of FDMUs
Use scenario 1: Cross domain system engineering
Who: Engineers from different disciplines
Why: build common understanding for conflicting objectives and develop alternatives
What: mechatronic systems such as keyless entry, interactive chassis, flow simulation, interior design, etc.
Use scenario 2: decision support for decision maker
Who: Manager and domain engineers
Why: better decisions by improved understanding through visualising functional causalities
What: integrated simulation of cross-functional interdependencies, visualizing complex functional interdependencies
Use scenario 3: Deepen understanding for ‘the other domain’
Who: engineers from two or more different domains, e.g. power train engineer (understand electronic control) and body engineer (knows mechanic components)
Why: better global solution – not domain-optimum, but cross domain-optimum, better integration, early problem detection
What: all electronically and software controlled systems that influence mechanical parts