Virtuelle Produktentwicklung A Kapitel 2

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Author:
toebber
ID:
261771
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Virtuelle Produktentwicklung A Kapitel 2
Updated:
2014-02-20 04:16:42
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Virtuelle Produktentwicklung
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Virtuelle Produktentwicklung A Grundlagen der Produktdatentechnologie
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  1. Differenzieren sie den Begriff Produktmodell und Produktdatenmodell.
    • Produktdatenmodell ist die Abbildung der
    • produktrelevanten Daten in ein formales Modell, das aus dem Producktdatenmodellentwicklungsprozess hervorgeht.

    Produktmodell ist die Abbildung der produktrelevanten Eigenschaften des Produkts in ein formales Modell, das aus dem Produktentwicklungsprozess resultiert und durch Instanziierung des Produktdatenmodells entsteht.
  2. Welche Kernpunkte verfolgt die Anforderung des "Integrierten Produktdatenmodells"?
    • Abbildung von Produktinformationen aus allen Phasen des Produktlebenszyklus
    • Abbildung verschiedener physikalischer Produkteigenschaften
    • Berücksichtigung der Sichtweise eines Anwendungsgebietes
  3. Hinsichtlich welcher drei Aspekte kann man Produktdaten unterscheiden?
    • Produktdefinition: Klassifikation und Identifikation des Produktes, zusätzliche Zustandsdefinition möglich
    • Produktrepräsentation: Rechner interne produktspezifische Daten (technisch und organisatorisch). Genormte Datenmodelle (B-Rep, CSG)
    • Produktpräsentation: Visualisierung der Produktdaten durch Graphiken, Animationen, Druckwerk (Technische Zeichnung, Stückliste, etc)
  4. Welche Datenarten von Produktdefinitionen unterscheiden sich? Nennen sie jeweils zwei Beispiele.
    • Administrative Daten:
    • Sachnummer
    • Bennenung
    • Organisatorische Daten:
    • Version
    • Sachmerkmalskennung
  5. Differenzierung von Geometriemodellen anhand von Beschreibungsverfahren.
    • Dimension des Elements (0-1-2-3 dim)
    • Dimension des Elementraums (1-2-3 dim)
    • analytisches oder parametrisches Modell
  6. Wie unterscheiden sich die analytische und die parametrische Beschreibung von Geometrieelementen voneinander?
    • Analytisch: bezieht sich direkt auf ein Koordinatensystem, implizit oder explizit, aufgebaut aus Punkten > Linien > Flächen > Volumina
    • Parametrisch: erlaubt beliebig gekrümmte Kurven zu beschrieben. Punkte > Freiformkurven/-flächen > Volumina (Bezieht sich auf lokales u,v,m-Koordinatensystem)
  7. Welche beiden mathematischen Prinzipien liegen den parametrischen Beschreibungsverfahren zugrunde?
    • Interpolation: Kurvenverlauf durch Stützpunkte beliebiger Anzahl
    • Approximation: Ersatzfunktion, die sich "so nahe wie möglich" an die gegebenen Stützstellen annähert
  8. Warum werden Geometrielemente idealerweise parametrisch beschrieben?
    • beliebig gekrümmte Kurven darstellbar
    • glatte Kurven und Flächenverbindungen durch Stetigkeitsbedingungen
    • mehr Freiheitsgrade realisierbar als bei analytischer Beschreibung
    • DV-gerechte Vektor- und Matrixschreibweise
    • nachträgliche Änderungen einfach möglich
  9. Für welchen Zweck werden Transformationsmatritzen eingesetzt?
    Transformationsmatritzen stellen sämtliche Linearkombinationen dar (Translation, Rotation, Skalierung)
  10. Geben sie die Transformationsmatritzen für die Translation eines Volumenkörpers an.
  11. Geben sie die Transformationsmatrix für die Rotation eines Volumenkörpers an.
    • Rotation um x-Achse
    • Rotation um y-Achse
    • Rotation um z-Achse
  12. Geben sie die Transformationsmatrix für die Skalierung eines Volumenkörpers an.
    • für Sx=Sy=Sz=S
    • S>1: Vergrößerung
    • 0<S<1: Verkleinerung
    • S<0: Spiegelung
  13. Für die einfachste parametrisch beschriebene Kurve, die Zweipunktkurve oder Hermite-Kurve, existieren die sogenannten algebraische und die vektorielle Darstellungsform. Können sie diese angeben?
  14. Welche Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kurfenform gibt es bei der Zweipunktkurve? Skizzieren sie ein Beispiel.
  15. Erklären sie die Beziér-Kurve (mathematische Beschreibung und Merkmale bei Modifikation).
    • Die Beziér-Kurve interpoliert (geht durch) den Anfangs- und Endpunkt des Beziér-Polygons
    • Die Beziér-Kurve liegt innerhalb der vom Polygon eingehüllten Fläche
    • Die Tangente im Anfangspunkt entspricht der ersten Polygonseite und die Tangente im Endpunkt entspricht der letzten Polygonseite
    • Stetigkeit der Kurve an den Endpunkten
    • Zählrichtung der Stützpunkte kann ohne Gestaltänderung der Kurve umgekehrt werden
    • Bei Verschiebung eines Stützpunktes verschiebt sich die ganze Kurve
  16. Erklären sie die rationale B-Spline-Kurve (mathematische Beschreibung und Merkmale bei Modifikation).
    • Es gelten die Eigenschaften die auch bei der Beziér-Kurve gelten
    • In die Berechnung der Bindefunktionen gehen Knotenvektoren mit ein
  17. Vergleichen sie die B-Spline-Kurve mit der Beziér-Kurve.
    • B-Spline bietet mehr Modifikationsmöglichkeiten
    • Interpolation an Stützstellen erzwingbar
    • weniger Stützstellen nötig als bei Beziér -> geringerer Rechenaufwand
    • ->B-Spline besser als Beziér
  18. Was verstehen sie unter den Begriffen URBS und NURBS?
    • B-Spline-Kurven mit folgenden Eigenschaften:
    • URBS: (uniform rational basis spline) Knotenvektor t=äquidistant
    • NURBS: (non uniform rational basis spline) Knotenvektor t=nicht äquidistant
  19. Wie werden die parametrischen Verfahren auf die Beschreibung zweidimensionaler und dreidimensionaler Geometrieelemente ausgedehnt?
    • Durch hinzufügen eines zweiten oder dritten Richtungsparameters
    • -> es entstehen 2- oder 3-dimensionale Polygonnetze, die sowohl durch Beziér- als auch B-Splines angenähert werden können
  20. Bei der Beschreibung der Gestalt eines Produktes unterscheidet man zwischen der geometrischen und der topologischen Beschreibung. Grenzen sie die Begriffe Geometrie und Topologie gegeneinander ab.
    • Geometrie: Geometriedaten geben die Gestalt eines Objektes wieder (Länge, Fläche, Volumen, ...) sind mathematisch beschrieben
    • Toologie: Beschreibt die Nachbarschaftsbeziehungen von Elementen innerhalb von Modellen oder von Modellen untereinander (Lage im Raum)
  21. Welche geometrischen und topologischen Elemente kennen sie und wie sind diese miteinander verknüpft?
  22. Wie lautet die Euler-Poincaré-Formel und was bedeutet sie? Können sie sie auf ein einfaches Beispiel anwenden?
    V - E + F = 2 * (S - R) + H

    • V=Anzahl der Ecken
    • E=Anzahl der Kanten
    • F=Anzahl der Flächen
    • S=Anzahl der Oberflächen
    • R=Anzahl der Volumendurchbrüche
    • H=Anzahl der Löcher
    • Richtigkeit der Gleichung bedeutet topologische Korrektheit -> bringt die einzelnen topologischen Elemente in Verbindung
  23. Der Aspekt der Produktrepräsentation wird durch die sogenannten rechnerinternen Modelle beschrieben. Welche Arten von rechnetinternen Modellen zur Beschreibung der Produktgestalt (Geometriemodelle) kennen sie?
    • Linienmodelle: meist bei 2-dim Darstellungen (TZ), bestehen aus Linien und Punkten
    • Flächenmodelle: basieren auf der Darstellung ebener und gekrümmter Flächen im Raum (Beziér, B-Spline, NURBS), meist im Karosseriebau und in der Luftfahrt
    • Volumenmodelle: liefern ein reales Abbild, gibt Aufschluss über Realisierbarkeit, kann mit Materialgesetzen zu einem Körpermodell ergänzt werden
  24. Hinsichtlich welcher Kriterien können Volumenmodelle klassifiziert werden?
    • generativ: Verknüpfungsmodelle (CSG), Produktionsmodelle (Sweep), Elementenfamilienmodelle
    • akkumulativ: topologisch geometrische Strukturmodelle (B-Rep), Binäre Zellmodelle, Finite Elemente Modelle
    • hybrid: Modelle mit generativer Primär- und akkumulativer Sekundärstruktur
  25. CSG-Modelle benutzen sogenannte Primitive, die durch bestimmte Funktionen miteinander verknüpft werden. Nennen sie diese Funktionen und einige Primitiva. Was bedeuten in diesem Zusammenhang die Begriffe Binärbaum (CSG-Baum) und Halbraumverfahren?
    • Funktionen: (Bool'sche Operationen) Vereinigung, Durchschnitt, Differenz
    • Primitiva: Quader, Zylinder, Kegel, Kugel, Torus
    • Binärbaum: protokolliert die Entstehung des Volumenmodells (Welche Primitiva mit welchen Operationen)
    • Halbraumverfahren: bezeichnet die Aufteilung des Volumens in begrenzte Flächenstücke mit vektorieller Definition des Volumeninneren
  26. Welche mengentheoretischen Verknüpfungen werden zur Verknüpfung der Volumenelemente eingesetzt? Anhand gegebenen Beispiels bilden sie den entsprechenden Binärbaum ab.
  27. Was versteht man unter einem Produktionsmodell und unter den Produktionsverfahren?
    • Produktionsmodell (Sweep): durch Verschiebung eines definierten Querschnitts in die dritte Raumrichtung wird ein Volumen erzeugt
    • Produktionsverfahren: Translation, Rotation, Trajektion
  28. Was sind Elemtenfamilien-Modelle?
    Vordefinierte einfache Volumina ähnlicher Gestalt werden zu komplexen Modellen kombiniert -> heute Anwendung bei Features
  29. Erklären sie das B-Rep-Modelle.
    Boundary Representation -> Das Wesen der B-Rep-Modelle wird durch das Zusammenwirken von Geometrie und Topologie bestimmt. Das heißt alle Modellierungsfunktionen haben dualen Charakter
  30. Nennen sie die verschiedenen Arten von B-Rep-Modellen.
    • B-Reps auf Basis analytisch exakt beschriebener Begrenzungsflächen (Splines, NURBS)
    • B-Reps auf Basis facettierter, angenäherter Begrenzungsflächen. Approximation von komplexen Oberflächen durch Tesselierung oder Triangulation
  31. B-Rep-Modelle zeichnen sich durch eine spezielle Datenstruktur aus (Stichwort: geometrisch-topologisches Strukturmodell). Können sie diese Struktur grob aufzeichnen und erklären?
    B-Rep-Modelle sind durch das Zusammenspiel von Topologie und Geometrie bestimmt -> alle Modellierungsfunktionen haben einen dualen Charakter. Beruhen auf Flächen- und Kantenprimitiven. Nach der Erstellung folgt eine Verifikation durch Prüfalgorithmen.

    • Erzeugung der Begrenzungsflächen
    • -> Anordnen der Flächen zueinander
    • -> Erzeugen eines Volumens über die geschlossenen Oberfläche
  32. Welche weiteren Modelle kennen sie? Erläutern sie diese.
    • Binäre Zellmodelle: Das Grundprinzip ist es, zwei- bzw. dreidimensionale geometrische Objekte in Form einer hierarchischen Struktur immer feiner werdender Grundelemente (Zellen) anzunähern. Dies geschieht über einen Zerlegungsalgorithmus.
    • FE-Modelle: Approximation in fomrgerechte (beanspruchungsgerechte) Einzelelemente (Volumen, Schale, Platte, Scheibe, Balken, Stab) die für sich einfach über lineare Gleichungssysteme zu lösen und über Knotenpunkte miteinander verbunden sind
  33. Was versteht man unter einem Hybridmodel?
    • Hybridmodelle haben eine primäre CSG- und einen sekundäre B-Rep-Struktur

    • Unterscheidung:
    • CSG enthält alle Modellinformationen und B-Rep ist nur für die schnelle Visualisierung zuständig
    • CSG und B-Rep sind gleichberechtigt
  34. Inwiefern unterscheiden sich die Datenstrukturen der verschiedenen Volumenmodelle? Wie wirken sich gleiche Generierungstechniken in verschiedenen Volumenmodellen aus?
    • Generativ
    • Akkumulativ
    • Hybrid

    Die Generierungstechnik ist unabhängig von der Datenstruktur. Unterschiede gibt es hier im Umfang dervProgrammmöglichkeiten. Rechnerintern besteht eine typologisch-geometrische Datenstruktur, egal welche Generierungstechnik (ob generativ oder akkumulativ)
  35. Welche Farbmodelle kennen sie? Für welchen Zweck werden die einzelnen Farbmodelle angewandt?
    • RGB (Red Green Blue): additive Farbmischung (Bildschirme)
    • CYMK (Cyan Magenta Yellow Keycolor): subtraktive Farbmischung (Drucker)
    • HSV (Hue Saturation Value): intuitive Farbmischung (nahe menschliche Wahrnehmung)
  36. Welche Verfahren dienen zur Ausprägung der Präsentationsformen der Computergraphik?
    • Visualisierungsverfahren: Bei den Visualisierungsverfahren handelt es sich um räumliche, realistische Darstellungen. Die dargestellten Objekte sind dabei unabhängig vom Parameter Zeit.
    • Animationsverfahren: Die Objekte werden als Sequenz aus Einzelbildern bewegt dargestellt.
    • Simulationsverfahren: Methoden der Simulation berechnen die zeitabhängige Repräsentation des Objektverhaltens. Aus dieser zeitabhängigen Repräsentation wird dann die Präsentation deduziert.
    • Methoden der erweiterten Realität (augmentet reality): Mit den Methoden der erweiterten Realität können physikalisch noch nicht existierende, virtuelle Objekte in eine reale Szene eingeblendet werden.
    • Methoden der virtuellen Realität (direkt erfahrbare Simulation des Produkts): Mit den Methoden der virtuellen Realität wird das Objektverhalten in einer immersiven Umgebung simuliert. Der Benutzer steht im Mittelpunkt einer Szene und steuert den Ablauf dieser Szene.
  37. Welche Informationen enthalten technische Zeichnungen hinsichtlich technischer und organisatorischer Gesichtspunkte?
  38. Erklären sie den Begriff Arbeitsplan sowie den Aufbau eines Arbeitsplans.
    • Arbeitsplan: chronologischer Ablauf der Arbeitsschritte
    • -> Angaben für den Gesamtplan (Material, Auftrag)
    • -> Angaben für den Arbeitsvorgang (Kostenstelle, Vorgabezeit)

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