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DE102019214526A1 - Virtual product qualification by aligning virtual component models - Google Patents

Virtual product qualification by aligning virtual component models Download PDF

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DE102019214526A1
DE102019214526A1 DE102019214526.4A DE102019214526A DE102019214526A1 DE 102019214526 A1 DE102019214526 A1 DE 102019214526A1 DE 102019214526 A DE102019214526 A DE 102019214526A DE 102019214526 A1 DE102019214526 A1 DE 102019214526A1
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DE
Germany
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component
position information
alignment
model
virtual
Prior art date
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Application number
DE102019214526.4A
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German (de)
Inventor
Andreas Händler
Santiago Bernal Martinez
Hennadiy Netuzhylov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Priority to CN202011018183.1A priority patent/CN112632691B/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur virtuellen Produktqualifizierung, insbesondere bei einer Bauteilanordnung eines Fahrzeugs, mit:- Erhalten wenigstens eines virtuellen Bauteilmodells (1) von einem Bauteil des Produkts;- Erhalten von Soll-Lageinformationen (xt) des Bauteils;- Ausrichten des Bauteilmodells (1) und Bestimmen von Ist-Lageinformationen (xa) in Abhängigkeit der gewählten Ausrichtung;- automatisches Ermitteln wenigstens einer geänderten Ausrichtung des Bauteilmodells (1) unter Berücksichtigung einer Abweichung (ΔRPS) der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt).Ferner betrifft die Erfindung eine Computervorrichtung zur virtuellen Produktqualifizierung.The invention relates to a method for virtual product qualification, in particular in the case of a component arrangement of a vehicle, with: - receiving at least one virtual component model (1) from a component of the product; - receiving target position information (xt) of the component; - aligning the component model ( 1) and determining actual position information (xa) as a function of the selected orientation; - automatic determination of at least one changed orientation of the component model (1) taking into account a deviation (ΔRPS) of the actual position information (xa) from the target position information (xt The invention also relates to a computer device for virtual product qualification.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Computervorrichtung zur virtuellen Produktqualifizierung , wobei das Produkt insbesondere eine Anbauteilanordnung eines Fahrzeugs sein kann. Allgemein richtet sich die Erfindung auf das Gebiet der virtuellen Prozessoptimierung und insbesondere der virtuellen Optimierung des Herstellungs- und, genauer gesagt, Anbauprozesses von Anbauteilen an ein Fahrzeug.The invention relates to a method and a computer device for virtual product qualification, wherein the product can in particular be an add-on component arrangement of a vehicle. In general, the invention is directed to the field of virtual process optimization and in particular the virtual optimization of the manufacturing process and, more precisely, the mounting process of add-on parts to a vehicle.

Fahrzeuge weisen eine Vielzahl sogenannter Anbauteile auf, die an eine Fahrzeugstruktur und insbesondere Fahrzeugkarosserie angebracht werden und das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs prägen. Beispiele sind eine Motorhaube, sämtliche Türen und Klappen, Kotflügel, Stoßstangen und dergleichen. Im Rahmen der Fahrzeugentwicklung muss gewährleistet werden, dass diese Anbauteile auch im angebauten Zustand sämtliche z.B. mechanischen und dimensionellen Erfordernisse erfüllen. Es ist bekannt, hierfür einen realen sogenannten Meisterbock zu verwenden. Hierbei handelt es sich um eine in der Regel aus Metallprofil hergestellte Struktur, deren Lagetoleranzen für Verbindungspunkte sehr eng bemessen sind, sodass die Ausmaße und Abmessungen nahezu dem CAD-Modell entsprechen. An dieser Struktur werden dann die Anbauteile montiert und in einem Referenz-Punkt-System ausgerichtet. Auf diese Weise kann z.B. ermittelt werden, ob die Bauteile sämtliche Toleranzforderungen erfüllen, unzulässig deformiert werden oder in gewünschter Weise relativ zu benachbarten Bauteilen positionierbar sind. Ist dies nicht der Fall, kann der Fertigungsprozess und/oder kann die grundlegende Konstruktion des Bauteils angepasst werden.Vehicles have a large number of so-called add-on parts that are attached to a vehicle structure and in particular vehicle body and shape the external appearance of the vehicle. Examples are a hood, all doors and flaps, fenders, bumpers and the like. As part of the vehicle development, it must be ensured that these add-on parts also meet all mechanical and dimensional requirements, for example, when installed. It is known to use a real so-called master jig for this. This is a structure usually made of a metal profile, the position tolerances of which for connection points are very tight, so that the dimensions and dimensions almost correspond to the CAD model. The add-on parts are then mounted on this structure and aligned in a reference point system. In this way it can be determined, for example, whether the components meet all tolerance requirements, are impermissibly deformed or can be positioned in the desired manner relative to neighboring components. If this is not the case, the manufacturing process and / or the basic design of the component can be adapted.

Derartige reale Untersuchungen sind zeitaufwendig und können erst in relativ späten Entwicklungsphasen durchgeführt werden, wenn z.B. Werkzeuge für die Bauteilfertigung bereits existieren. Allgemein wird daher angestrebt, eine entsprechende Produktqualifizierung so weit wie möglich vorab virtuell durchzuführen, um frühestmöglich erforderliche Anpassungen der Bauteile zu identifizieren.Such real investigations are time-consuming and can only be carried out in a relatively late phase of development, e.g. when tools for component production already exist. In general, the aim is therefore to carry out a corresponding product qualification virtually in advance as far as possible in order to identify any necessary adjustments to the components as early as possible.

Aus der DE 103 57 413 A1 ist es beispielsweise bekannt, CAD-Modelle von Bauteilen zu erzeugen und deren Einbausituation auf Basis dieser Modelle zu simulieren. Dabei können z.B. Geometrieveränderungen aufgrund von Einbau-Randbedingungen und/oder während dem Einbau durchgeführter Fügeverfahren simuliert werden. Auch kann eine Toleranzanalyse durchgeführt werden, bei der die Einbaulage eines Bauteils über zulässige Toleranzen variiert wird, um die Gefahr unerwünschter Kollisionen mit benachbarten Bauteilen zu kontrollieren. Erst anschließend, nachdem die Bauteillage entsprechend variiert wurde, werden dann auch etwaige Deformationen mittels sogenannter Ersatzmodelle ermittelt, welche Effekte von äußeren Krafteinflüssen auf die Bauteile modellieren.From the DE 103 57 413 A1 it is known, for example, to generate CAD models of components and to simulate their installation situation on the basis of these models. For example, changes in geometry due to installation boundary conditions and / or joining processes carried out during installation can be simulated. A tolerance analysis can also be carried out in which the installation position of a component is varied via permissible tolerances in order to control the risk of undesired collisions with neighboring components. Only then, after the component position has been varied accordingly, are any deformations determined using so-called substitute models, which model the effects of external forces on the components.

Die Variation der Einbaulage (was allgemein auch als ein Ausrichten der Bauteile bezeichnet werden kann) findet manuell durch Ausrichten der entsprechenden virtuellen Modelle statt. Das anschließende Ermitteln etwaiger Deformationen wird dazu verwendet, die grundlegende Konstruktion der Bauteile anzupassen. Ein weiter wesentlicher Gedanke der DE 103 57 413 A1 ist es zudem, die virtuellen Bauteilmodelle und auch Ersatzmodelle durch Vermessen real hergestellter Bauteile zu verifizieren und geeignet anzupassen.The variation in the installation position (which can generally also be referred to as aligning the components) takes place manually by aligning the corresponding virtual models. The subsequent determination of any deformations is used to adapt the basic construction of the components. Another essential thought of the DE 103 57 413 A1 it is also to verify the virtual component models and also substitute models by measuring real manufactured components and to adapt them appropriately.

Insgesamt zeichnet sich diese Lehre also durch einen nach wie vor erforderlichen hohen manuellen Bedienaufwand aus. Um eine ausreichende Genauigkeit zu erzielen, sind reale Bauteilvermessungen erforderlich, was das Vorhandensein dieser Bauteile und somit das Vorab-Anfertigen von Werkzeugen erfordert.Overall, this teaching is thus characterized by the high level of manual operating effort that is still required. In order to achieve sufficient accuracy, real component measurements are required, which requires the presence of these components and thus the preparation of tools in advance.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Produktqualifizierungen insbesondere für die Fahrzeugentwicklung und ferner insbesondere für Anbauteile einer Fahrzeugkarosserie sowie Karosserieteile selbst zu verbessern und vorzugsweise zu beschleunigen und/oder zu verbilligen. Insbesondere bietet die vorliegende virtuelle Lösung gegenüber physischen Produktqualifizierungen eine höhere Wiederholgenauigkeit sowie flexiblere Analysemöglichkeiten, da Fallstudien oder Variationsrechnungen deutlich schneller durchgeführt werden können als die Neu- oder Änderungskonstruktion von physischen Bauteilen.One object of the present invention is therefore to improve product qualifications in particular for vehicle development and also in particular for add-on parts of a vehicle body and body parts themselves, and preferably to accelerate and / or make them cheaper. In particular, compared to physical product qualifications, the present virtual solution offers a higher level of repeatability and more flexible analysis options, since case studies or variation calculations can be carried out significantly faster than the construction of new or modified physical components.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass sämtliche einleitend erwähnten Erläuterungen und Merkmale auch auf die vorliegende Erfindung zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein können.This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments are given in the dependent claims. It goes without saying that all of the explanations and features mentioned in the introduction also apply to the present invention or can be provided in it.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass neben den bereits erläuterten Nachteilen kein methodisches Vorgehen zum Ermitteln einer geeigneten Ausrichtung (d.h. Einbauposition oder auch Einbaulage) innerhalb des übergeordneten Produktes zur Verfügung steht. Insbesondere sollte ein Bediener soweit wie möglich von manuellen Eingaben entlastet werden, was bisher nicht der Fall ist. Stattdessen schlägt die Erfindung vor, eine Ausrichtung (vorzugsweise entlang bzw. um sämtliche sechs räumlichen Freiheitsgrade) eines virtuellen Bauteilmodells automatisch zu ermitteln und zu berechnen, insbesondere in Anbetracht von Abweichungen einer derzeitigen Lage (also einer dreidimensionalen Position und Orientierung) von einer gewünschten Lage. Anders ausgedrückt kann also eine Abweichung zwischen einer Ist-Lage und einer Soll-Lage betrachtet und darauf basierend die Ausrichtung computergesteuert geeignet angepasst werden. Der Bediener muss dann nicht unter Überwachung einzuhaltender Toleranzgrenzen das Bauteilmodell manuell in ein übergeordnetes Produktmodell einfügen und dort ausrichten. Stattdessen wird ihm eine geeignete Ausrichtung vorzugsweise automatisch vorgeschlagen und/oder wird diese Ausrichtung automatisch in einem virtuellen Bauteilmodell umgesetzt.According to the invention, it was recognized that, in addition to the disadvantages already explained, there is no methodical procedure available for determining a suitable alignment (ie installation position or also installation position) within the higher-level product. In particular, an operator should be relieved of manual entries as much as possible, which has not been the case up to now. Instead, the invention proposes to automatically determine and calculate an orientation (preferably along or around all six spatial degrees of freedom) of a virtual component model, in particular in consideration of deviations of a current position (i.e. a three-dimensional position and orientation) from a desired position. In other words, a deviation between an actual position and a target position can be considered and the alignment can be suitably adapted based on this in a computer-controlled manner. The operator then does not have to manually insert the component model into a higher-level product model and align it there, while monitoring the tolerance limits to be observed. Instead, a suitable alignment is suggested to him, preferably automatically, and / or this alignment is automatically implemented in a virtual component model.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen kann die geschilderte Soll-Ist-Abweichung minimiert werden, z.B. mittels einer Optimierungsberechnung und/oder eines Optimierungsalgorithmus. Gemäß ebenfalls bevorzugter Ausführungsformen kann eine geeignete Ausrichtung auch unter einer Berücksichtigung von Spannungszuständen (also Deformationszuständen) eines Bauteilmodells ermittelt werden. Insbesondere kann dann nicht nur die geschilderte Soll-Ist-Abweichung minimiert werden, sondern auch der entsprechende Spannungszustand. Auf diese Weise kann eine Ausrichtung des Bauteils ermittelt werden, welche eine Soll-Ausrichtung möglichst präzise einnimmt, gleichzeitig aber auch beim Einbau auftretende Bauteilspannungen reduziert und vorzugsweise minimiert. Auch hierfür können Optimierungsberechnungen durchgeführt werden. Als eine Randbedingung können dabei Bewegungsspielräume von Verbindungspunkten zur Fahrzeugkarosserie (z.B. von Schraublöchern) berücksichtigt und ausgenutzt werden. Ebenso kann berücksichtigt und ausgenutzt werden, dass gewisse Abweichungen von einer gewünschten Sollausrichtung inkaufnehmbar sind, wenn dafür die Spannungen möglichst gering ausfallen. In an sich bekannter Weise können Spannungen eingebauter Bauteile aus dem Eigengewicht resultieren oder aber dem Montieren der Bauteile an ein übergeordnetes Produkt, wobei Verbindungspunkte der Bauteile relativ zueinander bewegt werden müssen und somit die dazwischenliegende Bauteilstruktur deformiert wird.According to preferred embodiments, the described target / actual deviation can be minimized, e.g. by means of an optimization calculation and / or an optimization algorithm. According to likewise preferred embodiments, a suitable alignment can also be determined taking into account stress states (ie deformation states) of a component model. In particular, not only the described target / actual deviation can then be minimized, but also the corresponding voltage state. In this way, an alignment of the component can be determined which assumes a target alignment as precisely as possible, but at the same time also reduces and preferably minimizes component stresses occurring during installation. Optimization calculations can also be carried out for this. As a boundary condition, the scope for movement of connection points to the vehicle body (e.g. of screw holes) can be taken into account and used. It can also be taken into account and exploited that certain deviations from a desired target alignment can be accepted if the stresses are as low as possible for them. In a manner known per se, tensions in built-in components can result from their own weight or from the assembly of the components to a higher-level product, the connection points of the components having to be moved relative to one another and thus the component structure lying between them being deformed.

Die Erfindung kann insbesondere im Rahmen eines virtuellen Anbauprozesses von Anbauteilen oder allgemeinen Bauteilen, die über Verbindungspunkte der hierin geschilderten Art auszurichten sind, an einen virtuellen Meisterbock durchgeführt werden. Es kann also vorab der bisher real durchgeführte Vorgang simuliert werden, bei dem Anbauteile an einer zugrundeliegenden Fahrzeugstruktur (die gleichzusetzen ist mit einem übergeordneten Produkt) angebracht werden, um z.B. deren Passgenauigkeit und Deformationsfreiheit zu gewährleisten.The invention can in particular be carried out on a virtual master jig in the context of a virtual attachment process of add-on parts or general components that are to be aligned via connection points of the type described here. The process previously carried out in real life can therefore be simulated in advance, in which add-on parts are attached to an underlying vehicle structure (which is to be equated with a higher-level product) in order to ensure, for example, its accuracy of fit and freedom from deformation.

Die Erfindung kann mittels einer Computervorrichtung ausgeführt werden, vorzugsweise vollautomatisch oder aber mit nur begrenzten Benutzereingaben. Beispielsweise können sämtliche hierin geschilderten Verfahrensmaßnahmen oder auch Verfahrensschritte automatisch durchgeführt werden, aber gegebenenfalls von einem Benutzer ausgelöst oder geprüft werden. Beispielsweise kann der Benutzer pauschal angeben, welches Bauteil aktuell hinsichtlich deren Einbausituation zu verifizieren ist. Der Benutzer kann gegebenenfalls auch angeben, in welchem Bereich eines übergeordneten Produkts (z.B. eines CAD-Modells, eines vermessenen Meisterbocks oder einer simulierten Fahrzeugkarosserie) dieses Bauteil eingefügt werden soll und gegebenenfalls auch eine grobe Erstausrichtung definieren. Dann kann jedoch bevorzugt automatisch eine geeignete Ausrichtung und somit Einbaulage des Bauteils ermittelt werden, wobei hierin geschilderte Optimierungsberechnungen durchgeführt werden können oder allgemein Soll-Ist-Lageabweichungen als auch Spannungszustände reduziert und gegebenenfalls auch minimiert werden.The invention can be carried out by means of a computer device, preferably fully automatically or with only limited user input. For example, all of the procedural measures or procedural steps described herein can be carried out automatically, but if necessary triggered or checked by a user. For example, the user can specify in general which component is currently to be verified with regard to its installation situation. If necessary, the user can also specify in which area of a higher-level product (e.g. a CAD model, a measured master jig or a simulated vehicle body) this component is to be inserted and, if necessary, also define a rough initial alignment. Then, however, a suitable alignment and thus installation position of the component can preferably be determined automatically, with the optimization calculations described here being able to be carried out or generally target / actual position deviations as well as stress states being reduced and possibly also minimized.

Die virtuellen Bauteilmodelle, die verfahrensgemäß betrachtet werden, können keine idealen bzw. fehlerfreien Bauteilmodelle sein. Stattdessen kann es sich um toleranzbehaftete Bauteilmodelle handeln und/oder um Bauteilmodelle, die mittels simulierter Herstellverfahren erzeugt wurden. Auf diese Weise kann also der spätere reale Montageprozess besonders realitätsnah angenähert werden, bei dem ebenfalls toleranzbehaftete und nicht ideale Bauteile verwendet werden. Prinzipiell ist es aber ebenso möglich, die Bauteilmodelle aus dem Vermessen von realen Bauteilen zu erzeugen, beispielsweise mittels einer dreidimensionalen Koordinatenvermessung der realen Bauteile.The virtual component models that are considered according to the method cannot be ideal or error-free component models. Instead, they can be component models with tolerances and / or component models that have been generated by means of simulated manufacturing processes. In this way, the subsequent real assembly process can be approximated in a particularly realistic manner, in which components that are also subject to tolerances and not ideal are used. In principle, however, it is also possible to generate the component models from the measurement of real components, for example by means of a three-dimensional coordinate measurement of the real components.

Insbesondere schlägt die Erfindung ein Verfahren zur virtuellen Produktqualifizierung vor, wobei das Produkt insbesondere ein Fahrzeug und ferner insbesondere eine (An-)Bauteilanordnung des Fahrzeugs sein kann. Das Verfahren kann Folgendes umfassen:

  • - Erhalten wenigstens eines virtuellen Bauteilmodells (z.B. ein CAD-Modell oder ein FEM) von einem Bauteil des Produkts (beispielsweise einem Anbauteil des Fahrzeugs);
  • - Erhalten von Soll-Lageinformationen des Bauteils bzw. Bauteilmodells, vorzugsweise in einem vorbestimmten Referenzkoordinatensystem;
  • - (virtuelles) Ausrichten des Bauteilmodells (z.B. in einem virtuellen Produktmodell (z.B. einem virtuellen Fahrzeugmodell) und/oder in dem Referenzkoordinatensystem) und Bestimmen von Ist-Lageinformationen in Abhängigkeit der gewählten Ausrichtung;
  • - automatisches Ermitteln oder, mit anderen Worten, Berechnen (insbesondere auf Basis einer Optimierungsberechnung) wenigstens einer geänderten Ausrichtung des Bauteilmodells unter Berücksichtigung einer Abweichung der Ist-Lageinformationen von den Soll-Lageinformationen.
In particular, the invention proposes a method for virtual product qualification, wherein the product can in particular be a vehicle and furthermore in particular an (attached) component arrangement of the vehicle. The procedure may include:
  • - Obtaining at least one virtual component model (for example a CAD model or an FEM) from a component of the product (for example an add-on part of the vehicle);
  • - Obtaining nominal position information of the component or component model, preferably in a predetermined reference coordinate system;
  • - (virtual) alignment of the component model (for example in a virtual product model (for example a virtual vehicle model) and / or in the reference coordinate system) and determining actual position information as a function of the selected alignment;
  • - automatic determination or, in other words, calculation (in particular on the basis of an optimization calculation) at least one changed alignment of the component model, taking into account a deviation of the actual position information from the target position information.

Sämtliche hierin erwähnten Lageinformationen können in dem Referenzkoordinatensystem ermittelt werden bzw. auf dieses bezogen definiert sein. Lageinformationen können allgemein die dreidimensionale Lage eines Bauteilmodells bzw. Bauteils beschreiben, also dessen dreidimensionale Position und dreidimensionale Orientierung. Anders ausgedrückt können sämtliche sechs räumlichen Freiheitsgrade eines Bauteils oder Bauteilmodells durch die Lageinformationen definiert werden.All of the positional information mentioned herein can be determined in the reference coordinate system or be defined in relation to it. Position information can generally describe the three-dimensional position of a component model or component, that is, its three-dimensional position and three-dimensional orientation. In other words, all six spatial degrees of freedom of a component or component model can be defined by the position information.

Die Soll-Lageinformationen können z.B. durch eine gewünschte und vorzugsweise fehlerfreie ideale Ausrichtung des Bauteils im übergeordneten Produkt definiert sein. Es kann sich um eine Lage handeln, bei der das Bauteil sämtliche zulässigen Deformationsgrenzen einhält, sämtliche geforderten Spaltmaße und/oder sämtliche anderweitigen Anforderungen erfüllt.The target position information can be defined, for example, by a desired and preferably error-free ideal alignment of the component in the higher-level product. It can be a position in which the component complies with all permissible deformation limits, all required gap dimensions and / or all other requirements.

Zum Erhalten des virtuellen Bauteilmodells kann verfahrensgemäß ein solches Bauteilmodell geladen werden, z.B. aus einem Speicher. Es kann auch von einer entsprechenden Speichereinrichtung angefordert werden, z.B. wenn ein Benutzer ein auszurichtendes Bauteil identifiziert hat. Gleiches gilt für die Soll-Lageinformationen, die insbesondere nach Maßgabe eines erhaltenen Bauteilmodells aus einem Speicher ausgelesen werden können.In order to obtain the virtual component model, according to the method, such a component model can be loaded, e.g. from a memory. It can also be requested from a corresponding storage device, e.g. if a user has identified a component to be aligned. The same applies to the target position information, which can be read from a memory in particular in accordance with a received component model.

Das initiale Ausrichten des Bauteilmodells kann automatisch durch Einnehmen einer vorbestimmten Position in dem Referenzkoordinatensystem mit einer z.B. standardgemäß vorgegebenen Ausrichtung (z.B. von einem Bauteil-Koordinatensystem relativ zum Referenzkoordinatensystem) durchgeführt werden. Alternativ kann ein Bediener das Bauteilmodell zumindest grob initial ausrichten. Die Ist-Lageinformationen können dann vorzugsweise im Referenzkoordinatensystem automatisch ermittelt werden, beispielsweise anhand hierin erläuterter vorbestimmter Referenzpunkte.The initial alignment of the component model can be carried out automatically by assuming a predetermined position in the reference coordinate system with, for example, a standard predefined alignment (e.g. of a component coordinate system relative to the reference coordinate system). Alternatively, an operator can align the component model at least roughly initially. The actual position information can then preferably be determined automatically in the reference coordinate system, for example on the basis of predetermined reference points explained herein.

Die geänderte Ausrichtung kann mittels nachstehend erläuterter Optimierungsalgorithmen berechnet werden. Allgemein kann dabei bestimmt werden, welcher Freiheitsgrad des Bauteils und insbesondere welcher etwaige Referenzpunkt hiervon in welcher Weise lageverändert werden soll, um die Soll-Ist-Abweichung zu reduzieren. Insbesondere kann die geänderte Ausrichtung derart erfolgen, dass die Soll-Ist-Abweichung reduziert oder sogar minimiert wird. The changed alignment can be calculated using the optimization algorithms explained below. In general, it can be determined which degree of freedom of the component and in particular which possible reference point is to be changed in which way in order to reduce the target / actual deviation. In particular, the changed alignment can take place in such a way that the target / actual deviation is reduced or even minimized.

Allgemein kann die Soll-Ist-Abweichung infolge der Ausrichtungsanpassung aber auch zumindest innerhalb einer vorgegebenen akzeptablen Toleranzbreite von z.B. weniger als 1 mm und z.B. +/-0,0 mm liegen.In general, the target / actual deviation as a result of the alignment adjustment can also be at least within a specified acceptable tolerance range of e.g. less than 1 mm and e.g. +/- 0.0 mm.

Automatisch kann die geänderte Ausrichtung z.B. dadurch ausgeführt werden, dass diese computergestützt berechnet wird.The changed alignment can be carried out automatically, e.g. by calculating it with the aid of a computer.

Bei der Ermittlung der geänderten Ausrichtung können auch, wie nachstehend erläutert, mechanische Verbindungspunkte des Bauteilmodells berücksichtigt werden. Insbesondere kann berücksichtigt werden, dass diese in Übereinstimmung mit korrespondierenden Verbindungspunkten des übergeordneten Produkts gebracht werden müssen, beispielsweise um eine vorbestimmte Relativanordnung und insbesondere Überdeckung und/oder konzentrische Anordnung hierzu bzw. hiermit zu erreichen. Beispielsweise kann es sich um Bohrlöcher handeln, die mit korrespondierenden Bohrlöchern des Produkts bzw. der Fahrzeugkarosserie in Überdeckung gebracht werden müssen. Auch in diesem Fall können aber gewisse Toleranzen hinsichtlich der Genauigkeit der geschilderten Relativanordnungen zulässig sein. Je nach gewählter konkreter Ausrichtung und/oder je nach Abweichung von einer idealen Relativanordnung können dann z.B. nachstehend erläuterte Spannungszustände auftreten.When determining the changed alignment, mechanical connection points of the component model can also be taken into account, as explained below. In particular, it can be taken into account that these must be brought into agreement with corresponding connection points of the superordinate product, for example in order to achieve a predetermined relative arrangement and, in particular, overlap and / or concentric arrangement with this or with this. For example, it can be boreholes which have to be brought into overlap with corresponding boreholes in the product or the vehicle body. In this case too, however, certain tolerances with regard to the accuracy of the relative arrangements described may be permissible. Depending on the specific alignment selected and / or depending on the deviation from an ideal relative arrangement, the stress states explained below can then occur, for example.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Spannungszustand des Bauteilmodells auf Basis der Ist-Lageinformationen ermittelbar ist und die geänderte Ausrichtung des Bauteilmodells auch unter Berücksichtigung des Spannungszustands ermittelt wird.According to a further development, it is provided that a stress state of the component model can be determined on the basis of the actual position information and the changed alignment of the component model is also determined taking into account the stress state.

In diesem Fall kann das Bauteilmodell insbesondere ein FEM (Finite-Elemente-Modell) sein und der Spannungszustand kann mit Hilfe dieses FEMs bestimmt werden. Je nach einer gewählten Ausrichtung kann sich dann z.B. ein Eigengewicht andersartig auswirken und können andere Spannungszustände auftreten. Auch können andere Spannungszustände dadurch auftreten, dass mechanische Verbindungspunkte dann unterschiedlich relativ zu korrespondierenden Verbindungspunkten am übergeordneten Produkt (z.B. am Fahrzeug) ausgerichtet sind und das Anbringen des Bauteils am Produkt dann eine gewisse Deformation zum z.B. konzentrischen Anordnen dieser Verbindungspunkte erfordert.In this case, the component model can in particular be an FEM (finite element model) and the stress state can be determined with the aid of this FEM. Depending on the chosen alignment, e.g. a dead weight can have a different effect and other stress states can occur. Other stress states can also occur because mechanical connection points are then aligned differently relative to corresponding connection points on the higher-level product (e.g. on the vehicle) and the attachment of the component to the product then requires a certain deformation, e.g. for concentric arrangement of these connection points.

Insbesondere kann die Ausrichtung derart geändert werden, dass der Spannungszustand reduziert und vorzugsweise minimiert wird. Dabei kann als zusätzliche Randbedingungen auch erneut das Einhalten gewünschter Relativanordnungen von Verbindungspunkten berücksichtigt werden und/oder das allgemein gewünschte Reduzieren der Soll-Ist-Abweichung der Lageinformationen.In particular, the alignment can be changed in such a way that the stress state is reduced and preferably minimized. In this case, compliance with desired relative arrangements of connection points and / or the generally desired reduction in the target / actual deviation of the position information can be taken into account as additional boundary conditions.

Allgemein kann die Ausrichtung zufällig oder regelbasiert (z.B. mittels Optimierungsalgorithmen) geändert werden und können dann jeweils die Abweichungen und/oder der Spannungszustand berechnet werden. Dies kann so oft erfolgen, bis eine gewünschte Reduzierung der Soll-Ist-Abweichung und/oder des Spannungszustandes eintritt (z.B. ein bevorzugt globales Minimum gefunden wurde). Bevorzugt wird ein Ermitteln der geänderten Ausrichtung mittels nachstehend erläuterten Optimierungsberechnungen. Zum Ermitteln einer gewünschten Ausrichtung kann die Lage von mechanischen Verbindungspunkten (Fügepunkte) variiert werden, z.B. im Rahmen einer Optimierungsberechnung.In general, the alignment can be changed randomly or based on rules (e.g. by means of optimization algorithms) and the deviations and / or the stress state can then be calculated in each case. This can be done until a desired reduction in the target / actual deviation and / or the stress state occurs (e.g. a preferably global minimum has been found). It is preferred to determine the changed alignment by means of optimization calculations explained below. To determine a desired alignment, the position of mechanical connection points (joining points) can be varied, e.g. as part of an optimization calculation.

Zusammengefasst kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtung derart geändert wird, dass der Spannungszustand abnimmt und die Abweichung der Ist-Lageinformationen von den Soll-Lageinformationen innerhalb eines akzeptablen Wertespektrums (oder auch eines zulässigen Toleranzbereichs, wie vorstehend erläutert) liegt. Das Wertespektrum kann z.B. weniger als 1 mm und vorzugsweise +/-0,05 mm betragen.In summary, it can be provided that the alignment is changed in such a way that the voltage state decreases and the deviation of the actual position information from the target position information is within an acceptable range of values (or also a permissible tolerance range, as explained above). The range of values can be, for example, less than 1 mm and preferably +/- 0.05 mm.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Ausrichtung auf Basis der Lösung eines Optimierungsproblems geändert wird, wobei als Zielfunktion die Abweichung der Ist-Lageinformation von den Soll-Lageinformationen und der Spannungszustand minimiert werden sollen. Beispiele für ein solches Optimierungsproblem werden nachstehend erläutert, insbesondere anhand der Formel 6. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Optimierungsproblem ohne Berücksichtigung dieses Spannungszustandes und nur mit der Zielfunktion, die Soll-Ist-Abweichungen zu reduzieren. Hierzu kann z.B. nachstehend erläuterte Formel 4 verwendet werden. In an sich bekannter Weise kann das Optimierungsproblem mittels gängiger Optimierungsalgorithmen gelöst werden.A further development provides that the alignment is changed on the basis of the solution to an optimization problem, with the objective function being to minimize the deviation of the actual position information from the target position information and the voltage state. Examples of such an optimization problem are explained below, in particular with the aid of formula 6. However, it can also be provided that an optimization problem can be implemented without taking this stress state into account and only with the objective function of reducing the target / actual deviations. For example, formula 4 explained below can be used for this purpose. In a manner known per se, the optimization problem can be solved by means of common optimization algorithms.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lageinformationen anhand von einem Referenzpunktesystem (RPS) definiert werden. Das Referenzpunktesystem kann in an sich bekannter Weise die Lage eines Bauteils bzw. Bauteilmodells eindeutig bestimmen, insbesondere in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem, das allgemein auch ein globales Koordinatensystem sein kann (z.B. ein globales Fahrzeugkoordinatensystem). Die Referenzpunkte können einem Bauteil fest zugeordnet sein. Sie können über unterschiedliche Simulationsstufen oder Simulationsanwendungen beibehalten werden, beispielsweise wenn zunächst ein Herstellverfahren des Bauteils und anschließend das Einbauen und Ausrichten des Bauteilmodells simuliert wird. Vorzugsweise sind wenigstens sechs Referenzpunkte je Bauteil vorgesehen, wobei z.B. an drei unterschiedlichen Seiten des Bauteilmodells jeweils wenigstens ein Referenzpunkt vorhanden sein kann.A further development provides that the location information is based on a reference point system ( RPS ) To be defined. The reference point system can uniquely determine the position of a component or component model in a manner known per se, in particular in relation to a reference coordinate system, which can generally also be a global coordinate system (eg a global vehicle coordinate system). The reference points can be permanently assigned to a component. They can be retained through different simulation levels or simulation applications, for example if a manufacturing process for the component is simulated first and then the installation and alignment of the component model. At least six reference points are preferably provided per component, with at least one reference point being able to be present, for example, on three different sides of the component model.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die geänderte Ausrichtung ferner unter Berücksichtigung von Bewegungsrandbedingungen des Bauteils (bzw. Bauteilmodells) ermittelt. Diese Bewegungsrandbedingungen können sich z.B. aus den Abmessungen benachbarter Bauteile ergeben oder allgemein aus dem für dieses Bauteil bzw. Bauteilmodell verfügbaren Einbauraum. Statt von Bewegungsrandbedingungen könnte auch von Verschiebungsrandbedingungen, Bewegungsfreiheitsgraden oder Bewegungsfreiräumen gesprochen werden.According to a further embodiment, the changed alignment is also determined taking into account motion boundary conditions of the component (or component model). These motion boundary conditions can result, for example, from the dimensions of neighboring components or generally from the installation space available for this component or component model. Instead of movement boundary conditions, one could also speak of displacement boundary conditions, degrees of freedom of movement or freedom of movement.

Gemäß einer Variante können die Bewegungsrandbedingungen für das Bauteilmodell und speziell für Referenzpunkte dieses Bauteilmodells gelten. Je Referenzpunkt kann z.B. wenigstens ein zulässiger und/oder wenigstens ein unzulässiger räumlicher Freiheitsgrad als Bewegungsrandbedingung vorgegeben sein. Hierfür können an einem oder zumindest nahe eines Referenzpunkt(es) (z.B. in oder am selben finiten Element) Knotenpunkte eines Finite-Elemente-Modells definiert werden und können für diese entsprechende Verschiebungsrandbedingungen vorgegeben werden.According to one variant, the motion boundary conditions can apply to the component model and specifically to reference points of this component model. For each reference point, for example, at least one permissible and / or at least one impermissible spatial degree of freedom can be specified as a boundary condition for movement. For this purpose, at one or at least near a reference point (es) (e.g. in or on the same finite element) Nodes of a finite element model can be defined and corresponding displacement boundary conditions can be specified for these.

Die Soll-Ist-Abweichungen können unter Berücksichtigung dieser Bewegungsrandbedingungen durch Lösen eines Optimierungsproblems der hierin geschilderten Art reduziert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, mechanische Verbindungspunkte der hierin geschilderten Art räumlich zu fixieren (d.h. Bewegung hiervon z.B. mittels dortiger Bewegungsrandbedingungen und insbesondere Verschiebungsrandbedingungen zu blockieren). Hingegen können Koordinaten der Referenzpunkte unter Berücksichtigung von deren Bewegungsrandbedingungen variiert werden, bspw. bis im Rahmen eines Optimierungsproblems ein zumindest lokales Minimum der Soll-Ist-Abweichungen und/oder eines Spannungszustands gefunden ist.The target / actual deviations can be reduced by solving an optimization problem of the type described here, taking these motion boundary conditions into account. In particular, provision can be made to spatially fix mechanical connection points of the type described here (i.e. to block movement thereof e.g. by means of movement boundary conditions there and in particular displacement boundary conditions). On the other hand, coordinates of the reference points can be varied taking into account their motion boundary conditions, for example until an at least local minimum of the target / actual deviations and / or a stress state is found in the context of an optimization problem.

Es hat sich gezeigt, dass mit diesem Ansatz insbesondere die Einbausituation von formstabilen Bauteilen zuverlässig erfassbar ist, bspw. da Deformationen des Bauteils über die Referenzpunkte relativ gering ausfallen. Alternativ kann ferner vorgesehen sein, dass die Bewegungsrandbedingungen basierend auf Bewegungsfreiheitsgraden von mechanischen Verbindungspunkten des Bauteilmodells relativ zum Produktmodell ermittelt werden. Die mechanischen Verbindungspunkte können Punkte des Bauteilmodells sein, an denen mechanische Verbindungen (insbesondere mittels Werkzeugen und/oder Fügeverfahren hergestellte Verbindungen) zum übergeordneten Produkt ausgebildet werden sollen oder die zum Ausbilden dieser mechanischen Verbindungen vorbestimmt sind. Ein einfaches Anlegen, ohne darüber hinausgehendes Ausbilden eines Kraft- und/oder Formschlusses, kann nicht als mechanische Verbindung gelten. Dabei kann berücksichtigt werden, dass diese Verbindungspunkte mit korrespondierenden Verbindungspunkten des übergeordneten Produkts in vorstehend bereits diskutierte vorbestimmte Relativanordnungen gebracht werden müssen (z.B. um Schraubenverbindungen ausbilden zu können). Insofern können die Bewegungsfreiheitsgrade der mechanischen Verbindungspunkte des Bauteilmodells begrenzt werden und das Bauteil kann insgesamt nicht beliebig ausgerichtet werden (d.h. nicht beliebig von den korrespondierenden Verbindungspunkten des Produktmodells entfernt werden).It has been shown that with this approach, in particular, the installation situation of dimensionally stable components can be reliably detected, for example since deformations of the component over the reference points are relatively small. Alternatively, it can also be provided that the movement boundary conditions are determined based on degrees of freedom of movement of mechanical connection points of the component model relative to the product model. The mechanical connection points can be points of the component model at which mechanical connections (in particular connections produced by means of tools and / or joining processes) to the superordinate product are to be formed or which are predetermined for the formation of these mechanical connections. A simple application without further developing a force fit and / or form fit cannot count as a mechanical connection. It can be taken into account that these connection points with corresponding connection points of the superordinate product must be brought into predetermined relative arrangements already discussed above (e.g. in order to be able to form screw connections). In this respect, the degrees of freedom of movement of the mechanical connection points of the component model can be limited and the component as a whole cannot be aligned as desired (i.e. not removed as desired from the corresponding connection points of the product model).

Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Spannungszustand auf Basis eines Finite-Elemente-Modells (FEM) des Bauteils ermittelt wird und insbesondere wobei den mechanischen Verbindungspunkten jeweils ein Knotenpunkt des Finite-Element-Modells zugeordnet wird und die Bewegungsfreiheitsgrade über Verschiebungsrandbedingungen eines jeweiligen Knotenpunkts (also einem jeweiligen mechanischen Verbindungspunkt zugeordneten Knotenpunkt) definiert werden.A further development provides that the stress state is determined on the basis of a finite element model (FEM) of the component and, in particular, a node of the finite element model is assigned to the mechanical connection points and the degrees of freedom of movement are determined via the displacement boundary conditions of a respective node (i.e. a respective mechanical connection point assigned node) can be defined.

Allgemein kann das Finite-Elemente-Modell das Bauteilmodell sein, also auch das anfänglich erhaltene Bauteilmodell. Alternativ kann ein CAD-Modell erhalten werden und kann das Finite-Elemente-Modell auf Basis dieses CAD-Modells erzeugt werden. In an sich bekannter Weise bestehen Finite-Elemente-Modelle typischerweise aus finiten Elementen (die im Gegensatz zur Infinitesimalrechnung endlich kleine Elemente sind), die über Knotenpunkte miteinander verbunden sind. Den Knoten können Verschiebungsrandbedingungen zugeordnet sein, die in entsprechenden Bewegungs-, Deformations- und Verschiebungsmöglichkeiten resultieren. Durch Vorsehen gesonderter Knotenpunkte für die mechanischen Verbindungspunkte und Definieren von deren Verschiebungsrandbedingungen wird ein effizienter Weg geschaffen, um Möglichkeiten zur Ausrichtung des Bauteils (insbesondere bei einer nach wie vor einzuhaltenden Verbindbarkeit mit korrespondierenden Verbindungspunkten des Produktmodells) auszuloten und insbesondere automatisch zu ermitteln. Insbesondere kann hierdurch eine Berechnungszeit zum Auffinden geeigneter geänderter Ausrichtungen reduziert werden.In general, the finite element model can be the component model, i.e. also the component model initially obtained. Alternatively, a CAD model can be obtained and the finite element model can be generated on the basis of this CAD model. In a manner known per se, finite element models typically consist of finite elements (which, in contrast to infinitesimal calculus, are finitely small elements) that are connected to one another via nodes. The nodes can be assigned displacement boundary conditions, which result in corresponding possibilities of movement, deformation and displacement. Providing separate nodes for the mechanical connection points and defining their displacement boundary conditions creates an efficient way of exploring and, in particular, automatically determining possibilities for aligning the component (especially if the connection with corresponding connection points of the product model is still to be maintained). In particular, a calculation time for finding suitable changed alignments can be reduced as a result.

Das Verfahren sieht ferner vor, dass der Einfluss der Bewegungsfreiheitsgrade der Verbindungspunkte auf die Abweichungen der Ist-Lageinformationen von den Soll-Lageinformationen ermittelt wird (beispielsweise mittels einer Sensitivitätsanalyse, basierend auf dem sogenannten Latin-Hypercube Sampling und der Berechnung von Korrelationskoeffizienten mit nachstehender Formel 8 nach Pearson oder gleichermaßen mit der Rangkorrelation nach Spearman). Insbesondere kann ein Einfluss von Veränderungen der Koordinaten der Verbindungspunkte, welche entsprechend durch die zur Verfügung stehenden Bewegungsfreiheitsgrade begrenzt sind, auf die Soll-Ist-Abweichung ermittelt werden.The method also provides that the influence of the degrees of freedom of movement of the connection points on the deviations of the actual position information from the target position information is determined (for example by means of a sensitivity analysis based on so-called Latin hypercube sampling and the calculation of correlation coefficients with the following formula 8 according to Pearson or equally with the rank correlation according to Spearman). In particular, an influence of changes in the coordinates of the connection points, which are limited accordingly by the available degrees of freedom of movement, on the target / actual deviation can be determined.

Allgemein können dann nur diejenigen Bewegungsfreiheitsgrade beim Ermitteln einer geänderten Ausrichtung berücksichtigt werden (also können Änderungen der Ausrichtungen z.B. nur entlang bzw. mittels dieser entsprechenden Bewegungsfreiheitsgrade erfolgen), deren Einfluss oberhalb einer Mindestgrenze liegt. Beispielsweise können nur die 10 einflussreichsten Verbindungspunkte oder Bewegungsfreiheitsgrade berücksichtigt werden. Dies reduziert die Anzahl von Optimierungsparametern (oder genauer gesagt Eingangsparametern eines Optimierungsproblems), sodass die Lösungsfindung des vorstehend geschilderten Optimierungsproblems vereinfacht werden kann. Auch unabhängig von dem Durchführen einer Optimierungsberechnung kann auf diese Weise schnell eine verbesserte Ausrichtung gefunden werden, da weniger Parameter variiert werden müssen.In general, only those degrees of freedom of movement can then be taken into account when determining a changed orientation (that is, changes to the orientations can only take place along or by means of these corresponding degrees of freedom of movement) whose influence is above a minimum limit. For example, only the 10 most influential connection points or degrees of freedom of movement can be taken into account. This reduces the number of optimization parameters (or more precisely input parameters of an optimization problem), so that finding a solution to the optimization problem described above can be simplified. Also regardless of whether a In this way, an improved alignment can be found quickly in the optimization calculation, since fewer parameters have to be varied.

Die Erfindung betrifft auch eine Computervorrichtung (z.B. umfassend wenigstens eine Prozessoreinrichtung) zum Durchführen einer virtuellen Produktqualifizierung, insbesondere einer Anbauteilanordnung eines Fahrzeugs, wobei die Computervorrichtung dazu eingerichtet ist,

  • - wenigstens ein virtuelles Bauteilmodell von einem Bauteil des Produkts zu erhalten (und/oder aus einem Speicher der Computervorrichtung auszulesen);
  • - Soll-Lageinformationen des Bauteils zu erhalten oder zu ermitteln (beispielsweise in einem vorbestimmten Referenzkoordinatensystem);
  • - das Bauteilmodell auszurichten und Ist-Lageinformationen in Abhängigkeit der gewählten Ausrichtung zu bestimmen;
  • - wenigstens eine geänderte Ausrichtung des Bauteilmodells unter Berücksichtigung (bevorzugt des Spannungszustands und) einer Abweichung der Ist-Lageinformation von den Soll-Lageinformationen automatisch zu ermitteln.
The invention also relates to a computer device (e.g. comprising at least one processor device) for performing a virtual product qualification, in particular an add-on component arrangement of a vehicle, the computer device being set up to
  • to obtain at least one virtual component model of a component of the product (and / or to read it from a memory of the computer device);
  • To obtain or determine target position information of the component (for example in a predetermined reference coordinate system);
  • - align the component model and determine actual position information depending on the selected alignment;
  • to automatically determine at least one changed alignment of the component model, taking into account (preferably the stress state and) a deviation of the actual position information from the target position information.

Die Computervorrichtung kann allgemein dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglichem hierin geschilderten Aspekt durchzuführen. Insbesondere kann sie jegliche Weiterbildungen und Merkmale aufweisen, um sämtliche Verfahrensmaßnahmen oder Verfahrensschritte bereitstellen zu können. Allgemein kann die Computervorrichtung durch Ausführen von Programmanweisungen und/oder Algorithmen zum Ausführen der hier geschilderten Maßnahmen eingerichtet sein. Insbesondere kann die geänderte Ausrichtung auf Basis eines von der Computervorrichtung ausgeführten Optimierungsalgorithmus bestimmt werden.The computing device can generally be set up to carry out a method in accordance with any aspect described herein. In particular, it can have any further developments and features in order to be able to provide all procedural measures or procedural steps. In general, the computer device can be set up by executing program instructions and / or algorithms for executing the measures described here. In particular, the changed alignment can be determined on the basis of an optimization algorithm executed by the computer device.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert.

  • 1 und 2 zeigen ein Referenzpunktesystem nach dem Stand der Technik, wie es bei der hierin geschilderten Lösung vorzugsweise zur Anwendung kommt; die Figuren basieren auf folgender Fundstelle: Rai, B.; Shenglan, L.: RPS Alignment of Automotive Body Parts in Virtual Assembly and Deviation Analyses. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016 ;
  • 3 und 4 zeigen als Beispiel eines Bauteilmodells ein Kotflügelmodell samt dessen mechanischer Verbindungspunkte und Referenzpunkte;
  • 5 zeigt eine Detailansicht eines mechanischen Verbindungspunktes des Kotflügels aus 3 und 4;
  • 6 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained below with reference to the attached schematic figures.
  • 1 and 2 show a reference point system according to the prior art, as it is preferably used in the solution described herein; the figures are based on the following reference: Rai, B .; Shenglan, L .: RPS Alignment of Automotive Body Parts in Virtual Assembly and Deviation Analyzes. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016 ;
  • 3rd and 4th show, as an example of a component model, a fender model including its mechanical connection points and reference points;
  • 5 FIG. 11 shows a detailed view of a mechanical connection point of the fender from FIG 3rd and 4th ;
  • 6th shows a flow chart of a method according to the invention.

In 1 und 2 ist ein Referenzkoordinatensystem für ein beispielhaftes virtuelles Bauteilmodell 1 gezeigt. Dieses ist schematisch als ein Würfel ausgebildet, kann jedoch auch ein nachstehender Kotflügel sein. Gezeigt ist auch ein Referenzkoordinatensystem 2, bei dem es sich z.B. um ein globales Koordinatensystem eines übergeordneten Produktmodells und insbesondere eines Fahrzeugmodells handeln kann.In 1 and 2 is a reference coordinate system for an exemplary virtual component model 1 shown. This is designed schematically as a cube, but can also be a fender below. A reference coordinate system is also shown 2 , which can be, for example, a global coordinate system of a superordinate product model and in particular of a vehicle model.

Gezeigt ist, dass eine Mehrzahl von Referenzpunkten P an verschiedenen Seiten und vorliegend an mindestens drei verschiedenen Seiten des Bauteilmodells 1 verteilt ist. Hierüber wird sukzessive ein mögliches Wertespektrum der Freiheitsgrade des Bauteilmodells 1 beschränkt. Anders ausgedrückt wird durch die Lage dieser Referenzpunkte P die räumliche Lage (also die Position und Orientierung) des Modells 1 im Referenzkoordinatensystem 2 des Bauteilmodells 1 eindeutig definiert.It is shown that a plurality of reference points P on different sides and in the present case on at least three different sides of the component model 1 is distributed. A possible range of values for the degrees of freedom of the component model is then successively displayed 1 limited. In other words, the position of these reference points is used P the spatial location (i.e. the position and orientation) of the model 1 in the reference coordinate system 2 of the component model 1 clearly defined.

Im Detail sind in 1 die einzelnen Referenzpunkte P gezeigt und anhand von 2 werden Abweichungen von Soll- und Ist-Koordinaten dieser Punkte P erläutert. Die Figuren stellen Grundprinzipien dar, wie sie im Stand der Technik bereits Anwendung finden.In detail are in 1 the individual reference points P shown and based on 2 there are deviations from the nominal and actual coordinates of these points P explained. The figures represent basic principles as they are already used in the prior art.

Zunächst Bezug nehmend auf 1 ist gezeigt, dass drei Punkte P1-P3 in einer gemeinsamen Ebene bzw. an einer gemeinsamen Seite des Bauteilmodells 1 angeordnet sind. Die Punkte P1-P3 definieren eine Basisebene, welche im gezeigten Fall eine Translationsbewegung in y-Richtung blockiert (d.h. den Freiheitsgrad in y festlegt) sowie auch den Rotationsfreiheitsgrad um die x- und z-Achse. Die weiteren Referenzpunkte P4-P5, welche sich auf einer gemeinsamen Seite und insbesondere auf einer in einem Winkel zu und bevorzugt orthogonal zur Basisebene verlaufenden Ebene befinden, legen den translatorischen Freiheitsgrad in z fest sowie die Rotation bzw. Orientierung um die y-Achse. Der verbleibende noch nicht begrenzte Freiheitsgrad (Translation in x) wird durch den Punkt P6 begrenzt. Dieser liegt auf einer Ebene, die in einem Winkel zu beiden vorangehenden Ebenen steht und bevorzugt orthogonal zu diesen verläuft. Eine solche Definition von Referenzpunkten P stellt die Mindestanzahl von Referenzpunkten P zum Definieren der räumlichen Lage eines dreidimensionalen Objekts dar, wobei die Referenzpunkte P gemäß der sogenannten 3-2-1-Regel verteilt sind. Es können auch deutlich mehr Referenzpunkte P vorgesehen sein, wie nachstehend noch gezeigt.First referring to 1 it is shown that three points P1-P3 in a common plane or on a common side of the component model 1 are arranged. The points P1-P3 define a base plane which, in the case shown, blocks a translational movement in the y-direction (ie defines the degree of freedom in y) as well as the degree of freedom of rotation about the x- and z-axes. The further reference points P4-P5, which are on a common side and in particular on a plane running at an angle to and preferably orthogonally to the base plane, define the translational degree of freedom in z and the rotation or orientation around the y-axis. The remaining one is not yet limited Degree of freedom (translation in x) is limited by point P6. This lies on a plane which is at an angle to the two preceding planes and preferably runs orthogonally to them. Such a definition of reference points P represents the minimum number of reference points P to define the spatial position of a three-dimensional object, the reference points P are distributed according to the so-called 3-2-1 rule. Significantly more reference points can also be used P be provided as shown below.

Bezugnehmend auf 2 ist gezeigt, dass eine Soll-Lage des Modells 1 sich von einer Ist-Lage unterscheiden kann, z.B. aufgrund einer Deformation unter Eigengewicht oder einer Deformation aufgrund einer bestimmten Einbausituation. Beispielhaft wird dabei eine Soll-Ist-Abweichung für den Referenzpunkt P6 gezeigt, wobei der abweichende Ist-Referenzpunkt mit P6a bezeichnet ist. Man erkennt, dass die Abweichung entlang der x-Achse vorliegt, wobei eine Soll-Position mit xt und eine Ist-Position mit xa bezeichnet ist. Die Koordinaten des Ist-Referenzpunkts P6a werden durch Projizieren der Soll-Koordinaten von P6 auf die Oberfläche des tatsächlichen Bauteilmodells erhalten, und zwar bevorzugt entlang einer Normalenrichtung auf der Ebene P6. Eine Soll-Ist-Abweichung kann dann als Differenz der entsprechenden Koordinaten xt und xa gebildet werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass gemäß einer allgemein bevorzugten und gängigen Definition die Referenzpunkte P jeweils in wenigstens eine spezifizierte Richtung frei verschieblich sind bzw. in diese Richtung als verschiebbare Lager definiert sind. Grund ist, dass sie jeweils nur die Lage entlang der vorstehend anhand von 1 erläuterten Achsen bzw. um diese Achsen eingrenzen und festlegen sollen. Insofern wird eine translatorische Abweichung in x auch nur für den hierfür vorgesehenen bzw. definierten Referenzpunkt P6 ermittelt, nicht aber für die weiteren Punkte P, die in x nicht verschieblich sind.Referring to 2 is shown that a target location of the model 1 can differ from an actual position, for example due to a deformation under its own weight or a deformation due to a certain installation situation. A setpoint / actual deviation for reference point P6 is shown as an example, the deviating actual reference point being denoted by P6a. It can be seen that the deviation is present along the x-axis, a target position being denoted by xt and an actual position being denoted by xa. The coordinates of the actual reference point P6a are obtained by projecting the nominal coordinates of P6 onto the surface of the actual component model, to be precise preferably along a normal direction on the plane P6. A target / actual deviation can then be expressed as the difference between the corresponding coordinates xt and xa are formed. It must be taken into account that, according to a generally preferred and common definition, the reference points P are each freely displaceable in at least one specified direction or are defined as displaceable bearings in this direction. The reason is that they are each only based on the location along the above 1 should limit and define the axes explained or around these axes. In this respect, a translational deviation in x is only determined for the reference point P6 provided or defined for this purpose, but not for the other points P that cannot be moved in x.

Allgemein können entsprechende Soll-Ist-Abweichungen gemäß nachstehender Formel 1 ermittelt werden: Δ R P S = { x a x t y a y t z a z t

Figure DE102019214526A1_0001
In general, corresponding target / actual deviations can be determined using Formula 1 below: Δ R. P S. = { x a - x t y a - y t z a - z t
Figure DE102019214526A1_0001

In 3 und 4 sind Bauteilmodelle 1 gemäß einem realen Anwendungsfall gezeigt. Es handelt sich hierbei um ein Modell eines Kotflügels und genauer gesagt ein Finite-Elemente-Modell (FEM). Dieses soll an einem nicht gesondert dargestellten übergeordneten Produktmodell von einem Fahrzeug bzw. einer Fahrzeugkarosserie angebracht werden, an der auch mehrere andere Anbauteile angebracht sein können oder im Rahmen der Produktqualifizierung noch angebracht werden. Der gesamte Prozess kann dabei virtuell erfolgen und/oder automatisch mittels einer symbolisch eingetragenen Computereinrichtung 100 in 1. Gezeigt sind Positionen ausgewählter mechanischer Verbindungspunkte 10, die mit korrespondierenden Verbindungspunkten der Karosseriestruktur (bzw. deren virtuellen Modell) verbunden werden sollen. Hierzu müssen diese Verbindungspunkte 10 z.B. mit diesen korrespondierenden Verbindungspunkten innerhalb zulässiger Toleranzen in Überdeckung gebracht werden. Dann können z.B. Verschraubungen auch unter realen Bedingungen realisiert werden. Bei den Verbindungspunkten 10 kann es sich um Bohrungen, Rastvorsprünge oder dergleichen handeln.In 3rd and 4th are component models 1 shown according to a real application. This is a model of a fender and, more precisely, a finite element model (FEM). This is to be attached to a higher-level product model of a vehicle or a vehicle body, which is not shown separately, to which several other add-on parts can also be attached or are still attached as part of the product qualification. The entire process can take place virtually and / or automatically by means of a symbolically entered computer device 100 in 1 . Positions of selected mechanical connection points are shown 10 that are to be connected to corresponding connection points of the body structure (or its virtual model). To do this, these connection points must 10 For example, they can be brought into overlap with these corresponding connection points within permissible tolerances. Then, for example, screw connections can also be realized under real conditions. At the connection points 10 it can be holes, locking projections or the like.

In 4 sind ferner Referenzpunkte P eingetragen. Diese sind jeweils über eine eigene Nummer identifiziert (von 001 bis 105). Zudem ist die Bedeutung gekennzeichnet, also beispielsweise ob es sich um einen mit Großbuchstaben bezeichneten Haupt-Referenzpunkt oder einen sogenannten Hilfsreferenzpunkt (Kleinbuchstaben) handelt. Letzterer kann in bekannter Weise zum Erfassen lokaler Deformationen dienen. Auch die jeweils dazugehörige x-, y-, z-Achse ist bezeichnet, in der eine Festlegung des Modells erfolgt. Die Definition dieser Referenzpunkte P kann bauteilmodellabhängig vorab erfolgen und ist prinzipiell im Stand der Technik bekannt. Die Referenzpunkte P können als Bestandteil eines Modelldatensatzes abgespeichert und dann bedarfsweise ausgelesen werden.In 4th are also reference points P registered. These are each identified by their own number (from 001 to 105). In addition, the meaning is indicated, for example whether it is a main reference point designated with uppercase letters or a so-called auxiliary reference point (lowercase letters). The latter can be used in a known manner to detect local deformations. The associated x, y, and z axes are also designated, in which the model is defined. The definition of these reference points P can be done in advance depending on the component model and is known in principle in the prior art. The reference points P can be saved as part of a model data set and then read out as required.

In 5 ist eine Detailansicht des Bauteilmodells 1 aus 3 gezeigt. Genauer gesagt ist ein Ausschnitt gezeigt, der einen Verbindungspunkt 10 in Form einer Ausnehmung umfasst. Diese Ausnehmung kann z.B. zum Ausbilden einer Verschraubung verwendet werden. Angedeutet ist auch die Vernetzung des Finite-Elemente-Modells. Optional können diese Verschraubungen mithilfe von Ersatzelementen noch realitätsnäher modelliert werden, indem z.B. Anzugsmomente integriert werden.In 5 is a detailed view of the component model 1 out 3rd shown. More precisely, a section is shown which has a connection point 10 comprises in the form of a recess. This recess can be used, for example, to form a screw connection. The networking of the finite element model is also indicated. Optionally, these screw connections can be modeled more realistically with the help of replacement elements, for example by integrating tightening torques.

Ein geometrisches Zentrum der Ausnehmung und somit des Verbindungspunktes 10 ist als ein zusätzlicher Knotenpunkt der Vernetzung bzw. des übergeordneten Finite-Elemente-Modells definiert. An diesem Punkt ist auch ein Referenzkoordinatensystem 3 eingetragen und können in an sich bekannter Weise Verschiebungsrandbedingungen definiert sein, welche zulässige Bewegungen um und entlang der Achsen dieses Referenzkoordinatensystems 3 definieren. Auch kann das Ausmaß dieser zulässigen Bewegungen um und entlang der Achsen vorgegeben werden. Dieses Ausmaß kann z.B. durch zulässige Toleranzen beim Relativanordnen des Verbindungspunktes 10 zu einem nicht gezeigten korrespondierenden Verbindungspunkt an der Fahrzeugkarosserie definiert werden.A geometric center of the recess and thus the connection point 10 is defined as an additional node of the network or the superordinate finite element model. At this Point is also a reference coordinate system 3rd entered and can be defined in a known manner displacement boundary conditions, which allowable movements around and along the axes of this reference coordinate system 3rd define. The extent of these permissible movements around and along the axes can also be specified. This extent can be achieved, for example, by permissible tolerances in the relative arrangement of the connection point 10 be defined to a corresponding connection point, not shown, on the vehicle body.

Anhand von 6 und den nachstehenden Formeln wird nun ein möglicher Berechnungsweg zum Ermitteln einer geänderten Ausrichtung und insbesondere einer optimalen Ausrichtung, bei der Soll-Ist-Abweichungen, aber auch ein Spannungszustand eines Bauteilmodells 1 in gewünschter Weise reduziert werden, erläutert. In einer Maßnahme S1 wird zunächst der nachstehende Vektor gemäß Formel 2 aufgestellt. Darin sind die translatorischen Freiheitsgrade eines jeden Punktes (der auch eine gewisse zweidimensionale Erstreckung aufweisen kann (z.B. ein Bohrloch sein kann)) mit x, y, z bezeichnet und die drei rotatorischen Freiheitsgrade mit α, β, γ. Die Anzahl der Verbindungspunkte 10 ist mit n bezeichnet und betrifft beispielhaft neun (siehe auch 3). Es ergeben sich also 54 Einträge bzw. Freiheitsgrade innerhalb des Vektors gemäß Formel 2. φ T = ( x 1 ' ,  y 1 ' ,  z 1 ' ,   α 1 ' ,   β 1 ' ,   γ 1 ' , ,   x n ' ,  y n ' ,  z n ' ,   α n ' ,   β n ' ,   γ n ' )

Figure DE102019214526A1_0002
Based on 6th and the following formulas are now a possible calculation method for determining a changed alignment and in particular an optimal alignment, with the target-actual deviations, but also a stress state of a component model 1 are reduced in a desired manner, explained. In a measure S1, the following vector is first set up according to formula 2. The translational degrees of freedom of each point (which can also have a certain two-dimensional extension (e.g., a borehole)) are designated by x, y, z and the three rotational degrees of freedom by α, β, γ. The number of connection points 10 is denoted by n and relates, for example, to nine (see also 3rd ). This results in 54 entries or degrees of freedom within the vector according to formula 2. φ T = ( x 1 ' , y 1 ' , z 1 ' , α 1 ' , β 1 ' , γ 1 ' , ... , x n ' , y n ' , z n ' , α n ' , β n ' , γ n ' )
Figure DE102019214526A1_0002

Bei einer Maßnahme S2 wird eine Ausrichtung des Bauteilmodells 1 in dem Referenzkoordinatensystem 2 bestimmt (z.B. basierend auf einem analogen Zustand, wie in 3 und 4 gezeigt). Hierbei wird die Ist-Lage über die Koordinaten der Referenzpunkte P aus 4 definiert. Die Soll-Lage (bzw. die Soll-Lageinformationen) werden aus einem Speicher der Computereinrichtung 100 ausgelesen und sind dort z.B. in einer Datenbank hinterlegt und/oder aus einem idealen virtuellen Fahrzeugmodell ermittelbar. Es werden dann für jeden der Referenzpunkte P aus 4 die vorstehend allgemein anhand von 2 erläuterten Abweichungen ΔRPS, wie auch in Formel 1 definiert, ermittelt. Für sämtliche Referenzpunkte P (m = 11) kann daher ein Vektor δ gemäß der nachstehenden Formel 3 bestimmt werden. δ T = ( Δ R P S 1 , , Δ R P S M )

Figure DE102019214526A1_0003
In the case of a measure S2, the component model is aligned 1 in the reference coordinate system 2 determined (e.g. based on an analog state, as in 3rd and 4th shown). The actual position is based on the coordinates of the reference points P out 4th Are defined. The target position (or the target position information) is read out from a memory of the computer device 100 and is stored there, for example, in a database and / or can be determined from an ideal virtual vehicle model. There will then be for each of the reference points P out 4th which are generally based on 2 explained deviations ΔRPS as defined in Formula 1. For all reference points P (m = 11), therefore, a vector δ can be determined according to Formula 3 below. δ T = ( Δ R. P S. 1 , ... , Δ R. P S. M. )
Figure DE102019214526A1_0003

Hierbei kann es sich um einen allgemeinen Ausgabevektor einer durchgeführten Einbausimulation des Bauteilmodells 1 in ein übergeordnetes Fahrzeugmodell handeln.This can be a general output vector of an installation simulation carried out for the component model 1 act in a superordinate vehicle model.

Im Folgenden wird nun ein Vorgehen zum Ändern der Ausrichtung erläutert. Hierfür wird in einer Maßnahme S3 ein Optimierungsproblem gemäß der nachstehenden Formel 6 definiert und gelöst. Diese Formel leitet sich aus der unten wiedergegebenen Formel 4 ab, in die der Wert Φ gemäß der nachstehenden Formel 5 einzusetzen ist. ω 1 * ( φ 1 * ) = m i n φ { ω 1 ( φ ) φ Φ } = m i n φ { e = 1 m ω e Δ R P S e 2 ( φ ) s 2 | φ Φ }

Figure DE102019214526A1_0004
Φ = { φ i φ i l φ i φ i u     i = 1, ,54 }
Figure DE102019214526A1_0005
A procedure for changing the orientation is now explained below. For this purpose, an optimization problem according to the following formula 6 is defined and solved in a measure S3. This formula is derived from formula 4 shown below, into which the value Φ according to formula 5 below is to be inserted. ω 1 * ( φ 1 * ) = m i n φ { ω 1 ( φ ) φ Φ } = m i n φ { e = 1 m ω e Δ R. P S. e 2 ( φ ) s 2 | φ Φ }
Figure DE102019214526A1_0004
Φ = { φ i φ i l φ i φ i u i = 1, ... , 54 }
Figure DE102019214526A1_0005

Formel 4 definiert als Ausgangsoptimierungsproblem zunächst, dass die Abweichungen, wie sie anhand von 3 erläutert wurden, minimiert werden sollen. Hierfür wird die Zielfunktion gemäß der entsprechenden Formel 4 definiert. Sämtliche Abweichungen der vorstehend erläuterten Art ΔRPS werden mit 2 potenziert und dann mit einem Gewichtungsfaktor w, der optional aber bevorzugt ist, multipliziert. Der Gewichtungsfaktor w kann die vorstehend erläuterten Hauptreferenzpunkte P gegenüber Hilfsreferenzpunkten P stärker gewichten. Für eine Kontrollmöglichkeit über die erhaltene Dimension bzw. Einheit kann der Koeffizient s als Skalierungsfaktor optional ergänzt werden. Dieser ist besonders im Rahmen nachstehender ergänzter Formel 5 sinnvoll, bei der die Dimensionen der Abweichungen ΔRPS (typischerweise in Millimeter) und der Spannungen (typischerweise in Pascal) vereinheitlicht werden sollten.Formula 4 initially defines as the output optimization problem that the deviations, as they are based on 3rd should be minimized. For this purpose, the objective function is defined according to the corresponding formula 4. All deviations from the aforementioned Art ΔRPS are raised to the power of 2 and then multiplied by a weighting factor w, which is optional but preferred. The weighting factor w can be the main reference points explained above P towards auxiliary reference points P weight more heavily. The coefficient s can optionally be added as a scaling factor to enable control of the dimension or unit obtained. This is particularly useful in the context of the following supplementary formula 5, in which the dimensions of the deviations ΔRPS (typically in millimeters) and the voltages (typically in pascals) should be unified.

Man erkennt aus Formel 5, dass jedem Wert φ eine Untergrenze φl und eine Obergrenze φu zugeordnet ist und somit der konkrete Wert φi zwischen diesen Grenzen liegt oder diesen maximal entsprechen kann. Hierdurch wird berücksichtigt, dass eine Lage der Verbindungspunkte 10 aufgrund der vorstehend geschilderten erforderlichen Relativanordnung zu korrespondierenden Anordnungspunkten am Fahrzeug nicht beliebig variierbar ist.It can be seen from formula 5 that every value φ has a lower limit φ l and an upper limit φ u is assigned and thus the specific value φi lies between these limits or can maximally correspond to them. This takes into account that a position of the connection points 10 due to the above The required relative arrangement described in relation to corresponding arrangement points on the vehicle cannot be varied at will.

Prinzipiell kann mittels Formel 4 die Ausrichtung geeignet geändert werden und auch die Soll-Ist-Abweichung unter Berücksichtigung der beschränkten Bewegungsfreiheitsgrade der Anordnungspunkte 10 minimiert werden. Hierfür werden im nachstehenden S5 z.B. iterativ φi-Werte innerhalb der genannten Grenzen gewählt, woraus jeweils eine geänderte Ausrichtung resultiert, und werden dann die dazugehörigen Abweichungen ΔRPS bestimmt. Dies kann bis zum Auffinden eines lokalen oder globalen Minimums erfolgen. Allerdings kann dies dazu führen, dass eine Lösung gefunden wird, bei der ein Spannungszustand des Bauteilmodells 1 unerwünscht erhöht wird.In principle, the alignment can be suitably changed using formula 4, as can the target / actual deviation, taking into account the limited degrees of freedom of movement of the arrangement points 10 be minimized. For this purpose, in S5 below, for example, iteratively φi values are selected within the stated limits, which results in a changed alignment in each case, and the associated deviations are then determined ΔRPS certainly. This can be done until a local or global minimum is found. However, this can lead to the fact that a solution is found in which a stress state of the component model 1 is undesirably increased.

Deshalb sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, im Rahmen von Maßnahme S3 auch Spannungszustände des Bauteilmodells 1 zu ermitteln und zu berücksichtigen. Konkret wird als eine weitere optionale Maßnahme definiert, dass die Soll-Ist-Abweichungen ΔRPS in einem Wertespektrum von +/-0,05 mm variieren dürfen, damit diese noch als akzeptabel angesehen werden. Andererseits sollen aber Spannungen möglichst gering ausfallen.A preferred development therefore provides for stress states of the component model as part of measure S3 1 to be determined and taken into account. Specifically, another optional measure is defined as the target / actual deviations ΔRPS may vary within a range of values of +/- 0.05 mm so that they can still be viewed as acceptable. On the other hand, however, tensions should be as low as possible.

In der nachstehenden Formel 6, in die der Ausdruck nach Formel 7 einzusetzen ist, wird der Spannungszustand in an sich bekannter Weise als eine Vergleichsspannung nach von Mises berechnet, und zwar als 0,95-Quantil σQ95 von sämtlichen Elementen innerhalb des Bauteilmodells 1. Hierdurch wird der Einfluss von Singularitäten begrenzt. Die entsprechende Zielfunktion gemäß 6 ist nachstehend wiedergegeben: ω 2 * ( φ 2 * ) = m i n φ { ω 2 ( φ ) φ Φ } = m i n φ { e = 1 m ω e Δ R P S e 2 ( φ ) s 2 + ω σ σ Q 95 2 ( φ ) s σ 2 | φ Φ }

Figure DE102019214526A1_0006
Φ = { φ i φ i l φ i φ i u     i = 1, ,54 }
Figure DE102019214526A1_0007
In formula 6 below, in which the expression according to formula 7 is to be inserted, the stress state is calculated in a manner known per se as a comparison stress according to von Mises, namely as a 0.95 quantile σ Q95 of all elements within the component model 1 . This limits the influence of singularities. The corresponding objective function according to 6th is reproduced below: ω 2 * ( φ 2 * ) = m i n φ { ω 2 ( φ ) φ Φ } = m i n φ { e = 1 m ω e Δ R. P S. e 2 ( φ ) s 2 + ω σ σ Q 95 2 ( φ ) s σ 2 | φ Φ }
Figure DE102019214526A1_0006
Φ = { φ i φ i l φ i φ i u i = 1, ... , 54 }
Figure DE102019214526A1_0007

Auf diese Weise kann also die Spannung minimiert werden, während gleichzeitig auch die Soll-Ist-Abweichungen reduziert werden können bzw. zumindest in dem vorstehend erläuterten zulässigen Wertespektrum liegen können.In this way, the voltage can thus be minimized, while at the same time the target / actual deviations can also be reduced or at least lie within the permissible range of values explained above.

In einer optionalen Maßnahme S4, die auch vor S3 oder zumindest dessen Lösung durchführbar ist, wird die Lösungsfindung des geschilderten Optimierungsproblems durch Vorbereitungsmaßnahmen vereinfacht. Genauer gesagt wird berücksichtigt, dass der Eingangsvektor φ eine hohe Anzahl von Variablen (nämlich 54) umfasst, welche das Optimierungsproblem zunächst deutlich erschweren. Es wird daher mittels eines sogenannten Latin-Hypercube-Sampling (LHS) eine Sensitivitätsuntersuchung durchgeführt, um zu ermitteln, welchen Einfluss diese Variablen auf die Soll-Ist-Abweichungen z.B. gemäß der vorstehenden Formel 3 haben. Dieses Vorgehen ist in mathematischer Hinsicht prinzipiell bekannt und wird daher nicht detailliert erläutert. Es kann auf diese Weise aber ermittelt werden, welche Änderungen von einer dieser Variablen mit welchen Änderungen der Soll-Ist-Abweichungen besonders stark korrelieren. Bildlich gesprochen können also diejenigen Verbindungspunkte 10 ermittelt werden, deren geänderte Lage einen größten Einfluss auf die Soll-Ist-Abweichungen hat bzw. das größte Verbesserungspotential bieten. Die Korrelationsermittlung kann in an sich bekannter Weise nach Pearson gemäß der nachstehenden Formel 8 erfolgen, wobei I die Anzahl an Samples ist. Zwecks Vereinfachung können Korrelationen in diesem Fall als linear angenommen werden. Außerdem können Rangkorrelationen nach Spearman berechnet werden, welche im vorliegenden Beispiel jedoch nahezu identische Ergebnisse liefern, obwohl nach dieser Methode keine linearen Zusammenhänge vorausgesetzt werden. C P ( φ i , δ j ) = k = 1 l ( φ i , k φ ¯ i ) ( δ j , k δ ¯ j ) k = 1 l ( φ i , k φ ¯ i ) 2 k = 1 l ( δ j , k δ ¯ j ) 2

Figure DE102019214526A1_0008
In an optional measure S4, which can also be carried out before S3 or at least its solution, finding a solution to the described optimization problem is simplified by means of preparatory measures. More precisely, it is taken into account that the input vector φ comprises a large number of variables (namely 54), which initially make the optimization problem significantly more difficult. A sensitivity study is therefore carried out by means of what is known as Latin hypercube sampling (LHS) in order to determine what influence these variables have on the target / actual deviations, for example according to formula 3 above. This procedure is known in principle from a mathematical point of view and is therefore not explained in detail. In this way, however, it can be determined which changes in one of these variables correlate particularly strongly with which changes in the target / actual deviations. Figuratively speaking, those connection points can 10 whose changed position has the greatest influence on the target / actual deviations or offers the greatest potential for improvement. The correlation can be determined in a manner known per se according to Pearson according to the following formula 8, where I is the number of samples. For the sake of simplicity, correlations can be assumed to be linear in this case. In addition, rank correlations according to Spearman can be calculated, which in the present example deliver almost identical results, although this method does not assume any linear relationships. C. P ( φ i , δ j ) = k = 1 l ( φ i , k - φ ¯ i ) ( δ j , k - δ ¯ j ) k = 1 l ( φ i , k - φ ¯ i ) 2 k = 1 l ( δ j , k - δ ¯ j ) 2
Figure DE102019214526A1_0008

Als Ergebnis können im Schritt S4 nur diejenigen Variablen weiter betrachtet werden, welche den größten Einfluss auf die Soll-Ist-Abweichungen besitzen bzw. deren Einfluss oberhalb einer festgelegten Mindestgrenze liegen. Beispielsweise können lediglich die 10 Variablen mit den größten Einflüssen betrachtet werden.As a result, only those variables can be further considered in step S4 which have the greatest influence on the target / actual deviations or whose influence is above a specified minimum limit. For example, only the 10 variables with the greatest influences can be considered.

In einem nachfolgenden Schritt S5 kann dann das Optimierungsproblem (also insbesondere die vorstehende Formel 6) vollständig gelöst werden. Hierfür kann insbesondere ein sogenannter Sequential Quadratic Programming (SQP)-Algorithmus verwendet werden, welcher auf dem Quasi-Newton-Verfahren beruht. Da im Schritt S4 die Anzahl an zu berücksichtigenden (einflussreichen) Variablen reduziert wurde, vereinfacht sich die Lösung des Optimierungsproblems entsprechend.In a subsequent step S5, the optimization problem (that is to say in particular the above formula 6) can then be completely solved. In particular, a so-called Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm, which is based on the quasi-Newton method, can be used for this purpose. Since the number of (influential) variables to be taken into account was reduced in step S4, the solution of the optimization problem is simplified accordingly.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BauteilmodellComponent model
2,32.3
ReferenzkoordinatensystemReference coordinate system
1010
VerbindungspunktConnection point
PP
ReferenzpunktReference point
xtxt
Soll-LageinformationenTarget position information
xaxa
Ist-LageinformationenCurrent situation information
ΔRPSΔRPS
Soll-Ist-AbweichungTarget / actual deviation
RPSRPS
ReferenzpunktesystemReference point system
w1*, w2*w1 *, w2 *
ZielfunktionObjective function
φl, φu φ l , φ u
BewegungsrandbedingungenMotion boundary conditions

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Rai, B.; Shenglan, L.: RPS Alignment of Automotive Body Parts in Virtual Assembly and Deviation Analyses. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016 [0040]Rai, B .; Shenglan, L .: RPS Alignment of Automotive Body Parts in Virtual Assembly and Deviation Analyzes. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016 [0040]

Claims (10)

Verfahren zur virtuellen Produktqualifizierung, insbesondere bei einer Bauteilanordnung eines Fahrzeugs, mit: - Erhalten wenigstens eines virtuellen Bauteilmodells (1) von einem Bauteil des Produkts; - Erhalten von Soll-Lageinformationen (xt) des Bauteils; - Ausrichten des Bauteilmodells (1) und Bestimmen von Ist-Lageinformationen (xa) in Abhängigkeit der gewählten Ausrichtung; - automatisches Ermitteln wenigstens einer geänderten Ausrichtung des Bauteilmodells (1) unter Berücksichtigung einer Abweichung (ΔRPS) der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt).Method for virtual product qualification, in particular for a component arrangement of a vehicle, with: - Obtaining at least one virtual component model (1) from a component of the product; - Obtaining nominal position information (xt) of the component; - Alignment of the component model (1) and determination of actual position information (xa) as a function of the selected alignment; - Automatic determination of at least one changed alignment of the component model (1), taking into account a deviation (ΔRPS) of the actual position information (xa) from the target position information (xt). Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: - Ermitteln eines Spannungszustands des Bauteilmodells (1) auf Basis der Ist-Lageinformationen (xa); und - Ermitteln der geänderten Ausrichtung des Bauteilmodells (1) auch unter Berücksichtigung des Spannungszustands.Procedure according to Claim 1 , further characterized by : - determining a stress state of the component model (1) on the basis of the actual position information (xa); and - determining the changed alignment of the component model (1) also taking into account the stress state. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung derart geändert wird, dass der Spannungszustand abnimmt und die Abweichung der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt) innerhalb eines akzeptablen Wertespektrums liegt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the alignment is changed in such a way that the voltage state decreases and the deviation of the actual position information (xa) from the target position information (xt) lies within an acceptable range of values. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung auf Basis der Lösung eines Optimierungsproblems geändert wird, bei dem als Zielfunktion (w1*, w2*) die Abweichung der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt) und auch der Spannungszustand minimiert werden sollen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the alignment is changed on the basis of the solution to an optimization problem in which the target function (w1 *, w2 *) is the deviation of the actual position information (xa) from the target position information (xt) and also the state of tension should be minimized. Verfahren nach Anspruch nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- und Ist-Lageinformationen (xt, xa) anhand von einem Referenzpunktesystem (RPS) definiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the target and actual position information (xt, xa) are defined on the basis of a reference point system (RPS). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geänderte Ausrichtung ferner unter Berücksichtigung von Bewegungsrandbedingungen (φl, (φu) des Bauteils ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the changed alignment is also determined taking into account motion boundary conditions (φ l , (φ u ) of the component. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrandbedingungen (φl, (φu) basierend auf Bewegungsfreiheitsgraden von mechanischen Verbindungspunkten (10) des Bauteilmodells (1) relativ zu einem Produktmodell ermittelt werden.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the movement boundary conditions (φ l , (φ u ) are determined based on degrees of freedom of movement of mechanical connection points (10) of the component model (1) relative to a product model. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungszustand auf Basis eines Finite-Elemente-Models des Bauteils ermittelt wird, und insbesondere wobei den mechanischen Verbindungspunkten (10) jeweils wenigstens ein Knotenpunkt des Finite-Elemente-Models zugeordnet wird und die Bewegungsfreiheitsgrade über Verschiebungsrandbedingungen eines jeweiligen Knotenpunkts definiert werden.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the stress state is determined on the basis of a finite element model of the component, and in particular with the mechanical connection points (10) each being assigned at least one node of the finite element model and defining the degrees of freedom of movement via displacement boundary conditions of a respective node will. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Bewegungsfreiheitsgrade (φl, (φu) der Verbindungspunkte (10) auf die Abweichungen (ΔRPS) der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt) ermittelt wird, und nur diejenige Bewegungsfreiheitsgerade beim Ermitteln einer geänderten Ausrichtung berücksichtigt werden, deren Einfluss oberhalb einer Mindestgrenze liegt.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the influence of the degrees of freedom of movement (φ l , (φ u ) of the connection points (10) on the deviations (ΔRPS) of the actual position information (xa) from the target position information (xt) is determined, and only that straight line of freedom of movement be taken into account when determining a changed alignment, the influence of which is above a minimum limit. Computervorrichtung (100) zum Durchführen einer virtuellen Produktqualifizierung, insbesondere bei einer Bauteilanordnung eines Fahrzeugs, die dazu eingerichtet ist, - wenigstens ein virtuelles Bauteilmodell (1) von einem Bauteil des Produkts zu erhalten; - Soll-Lageinformationen (xt) des Bauteils zu erhalten; - das Bauteilmodell (1) auszurichten und von Ist-Lageinformationen (xa) in Abhängigkeit der gewählten Ausrichtung zu bestimmen; - wenigstens eine geänderte Ausrichtung des Bauteilmodells (1) unter Berücksichtigung und einer Abweichung (ΔRPS) der Ist-Lageinformationen (xa) von den Soll-Lageinformationen (xt) automatisch zu ermitteln.Computer device (100) for performing a virtual product qualification, in particular in the case of a component arrangement of a vehicle, which is set up to - To obtain at least one virtual component model (1) of a component of the product; - To obtain target position information (xt) of the component; - to align the component model (1) and to determine it from actual position information (xa) as a function of the selected alignment; - to automatically determine at least one changed alignment of the component model (1) taking into account and a deviation (ΔRPS) of the actual position information (xa) from the target position information (xt).
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