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

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Technische Universität
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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.

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