CAD-Expertensystem: Kunststoff — Metall — Kleben

162 Pages·1989·3.582 MB·German

by  R. Chemnitius (auth.), Prof. Dr. rer. nat. Helmut Käufer (eds.)

Helmut Käufer
(Hrsg.)
CAD-Expertensystem
Kunststoff - Metall- Kleben
Mit 30 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork
London Paris Tokyo Hong Kong 1989
Prof. Dr. rer. nato Helmut Käufer
Kunststofftechnikum derTU Berlin
Kaiserin-Augusta-Allee 5
1000 Berlin 21
CI P-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
CAD-Expertensystem Kunststoff-Metall-Kleben / Helmut Käufer (Hrsg.).
Berlin : Heidelberg : NewYork : London : Paris: Tokyo : Hong Kong : Springer, 1989
ISBN 978-3-540-51697-2 ISBN 978-3-642-52334-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52334-2
NE: Käufer, Helmut [Hrsg.)
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2068/3020-543210 -Gedruckt auf säurefreiem Papier
Autorenliste
Bolst, Klaus, Or.-Ing.,
Market Manager Forschung und Lehre, Prime Computer GmbH,
Friedrich-Bergius-Straße 9, 0-6200 Wiesbaden
Bonau, Klaus, stud.-Ing.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Chemnitius, Reiner, Oipl.-Ing.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Oorfstecher, Gabi, cand.-Inf.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechnikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Elsner, Helmut, Oipl.-Ing.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Frey, Gerhard, Oipl.-Ing.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechn ikl Kunststofftechn ikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Käufer, Helmut, Prof. Or.,
Technische Universität Berlin, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe,
Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechnikum,
Kaiserin-Augusta-Allee 5, 0-1000 Berlin 21
Vorwort
HKäufer
Die Entwicklung von Expertensystemen ist voll im Gange. Neben einfa
chen CAD-Expertensystemen nimmt der Komfort mit gleichzeitig zuneh
mendem Leistungsvermögen bei normalen Expertensystemen zu, so daß
es heute schon solche für relativ komplexe Aufgabenlösungen gibt.
Wenn die Techniken bei der Expertensystem-Entwicklung für die Lösung
komplexer Aufgaben mit einem CAD-System kombiniert werden, dann ist
es möglich, eine Entwicklung nicht mehr vor der Konstruktion, sondern
konstruktionsbegleitend durchzuführen. Dies erschien uns bei der Be
handlung der Entwicklung und der Konstruktion einer optimalen Kunst
stoff-Metall-Klebung als wünschenswert. Die chemischen und verfah
renstechnischen Entwicklungen zur Durchführung der Klebung können
dabei am besten mit der konstruktiven Ausführung abgestimmt werden,
weil die optimale Gestaltung von der angewandten Chemie und Verfah
renstechnik abhängt.
Deshalb wurde ein Entwicklungs-Expertensystem, das Probleme der
Kunststoff-Metall-Klebung lösen kann, mit einem CAD-Expertensystem,
das die Fügebereichsgestaltung und dessen Einbau in das Bauteil be
handelt, so kombiniert, daß ein gemeinsames ineinanderarbeitendes Ex
pertensystem entstanden ist. Dieses von uns so benannte Innovative
CAD-Expertensystem (I CX), das am Beispiel der Kunststoff-Metall-Kle
bung realisiert wurde, dürfte aber auch für viele andere Anwendungen,
bei denen Entwicklungsüberlegungen aus mehreren Gebieten und kon
struktives Arbeiten zur optimalen Lösungsfindung ineinandergreifend die
besten und schnellsten Lösungen ermöglichen.
VIII
Für das Kunststoff-Metall-Kleben liegen aufgrund eigener Arbeiten viele
Unterlagen und Versuchsergebnisse sowie Praxiserfahrungen vor, so
daß wir Regeln und Datenbanken einbauen konnten, die es ermöglichen,
gute Lösungen zu erreichen. Die Anwendung hinsichtlich der konstruk
tiven Gestaltung macht die Mitarbeit eines Konstrukteurs erforderlich.
Er muß immer wieder entscheiden, ob die Lösungen, die er in der Kon
struktion anwendet und die konstruktiven Wege, die das Expertensystem
vorschlägt, auch benützt werden sollen, oder ob abgewandelte Daten
nötig sind. Diese Daten bekommt der Konstrukteur, der keine spezielle
Klebeerfahrung zu haben braucht, vom System. Dagegen können Ver
fahrenstechniker und Chemiker ohne Konstrukteur arbeiten, wenn es
sich nur um die Lösung technischer oder chemischer Probleme handelt.
Wir sind uns im klaren, daß diese Entwicklung ein Vorstoß in Neuland
ist und daher noch Fehler und Ungereimtheiten aufweisen kann. Desha Ib
wünschen sich der Herausgeber und die Autoren, daß Sie uns kritische
Anmerkungen mitteilen, damit wir entsprechende Überlegungen und
eventuelle Verbesserungen durchführen können.
Wir haben mit diesem Vorstoß in eine neue Modifikation des Ex
pertensystems mit dem interessanten Gebiet des technischen Klebens viel
Freude gehabt und wünschen uns, daß auch Ihnen diese Arbeit Ver
gnügen bereitet und daß Sie daraus hinsichtlich des neuen Expertensy
stem-Typs, aber auch hinsichtlich der hier vorgestellten Technik des
Kunststoff-Metall-Klebens Nutzen ziehen können.
Das Kleben von Kunststoffen mit Metallen aber auch von anderen ver
schiedenen neuen Werkstoffen ist die einzige Möglichkeit ihres stoff
schlüssigen Verbindens . Da diese Klebverbindungen , gerade in komple
xen anspruchsvollen Produkten, nun mit dem I CX wesentlich schneller
und mit weniger Aufwand optimal entwickelt und gestaltet werden kön
nen, wird dies dazu beitragen, der zu unrecht zu wenig angewandten
Klebeverbindung in der Technik den ihr gebührenden Platz in der An
wendung zukommenzulassen.
Berlin, im Herbst 1989 H. Käufer
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
2 Konzeption und Arbeitsphasen des ICX-Projekts 4
2.1 Der Anwenderkreis 4
2.2 Das Leistungsprofil 5
2.3 Die Arbeitsphasen des Projekts 7
3 Stand der Technik 9
3.1 Klebtechnik 9
3.1. 1 Herkunft und Entwicklungsschritte der Klebtechnik 9
3.1.2 Klebtechnische Anwendungen 11
3.1.3 Klebtechnische Forschung 13
3.2 CAD-Technik 16
3.2.1 Der CAD-Begriff 16
3.2.2 Bisherige Entwicklung 16
3.2.3 Entwicklungstendenzen 17
3.3 Expertensysteme 20
3.3.1 Einführung 20
3.3.2 Aufbau und Struktur 22
3.3.3 Entwicklungstendenzen 23
4 Verwendete KI-Techniken 26
4.1. Ausgewählte Methoden der Wissensaquisition 26
4.1.1 Konstruktgitter-Verfahren 27
4.1 .2 Protokollanalyse 27
4.1.3 Skalierung 27
4.1.4 Stru kturlege-Techn i ken 28
x
4.2 KADS - ein Konzept für methodisches Knowledge
Engineering 28
4.2.1 Akquisitionsphase 28
4.2.2 Designphase 29
5 Analyse der ingenieurwissenschaftlichen Ausgangs
situation beim Entwickeln von Kunststoff-Metall
Klebverbindungen 31
5.1 Die Datenbasis 31
5.1.1 Entwicklungs-Ausgangsdaten 33
5.1.2 Klebstoffe 34
5.1.2.1 Werkstoff-System 34
5.1.2.2 Eigenschaften 37
5.1.2.3 Verarbeitungs technik 38
5.1.3 Kunststoffe 40
5.1.3.1 Werkstoffsystem, Additive 41
5.1.3.2 Fertigung 42
5.1.3.3 Formteil konstruktion 43
5.1.3.4 Adhäsive Eigenschaften, Oberfläche 44
5.1.4 Metalle 47
5.1.4.1 Fertigung 47
5.1.4.2 Oberflächeneigenschaften 48
5.2 Der Entwicklungsprozeß 49
5.3 Der Einfluß unterschiedlicher CAD/CIM-Konzepte
auf den Entwicklungsprozeß 50
5.4 Fügebereichsgestaltung 55
5.4.1 Entwicklungssystematik für die Fügebereichs
gestaltung 56
5.4.2 Formulierung der Gestaltungsziele 60
5.4.3 Auswahl der optimalen Gestaltungsmerkmale 61
5.4.4 Benutzung der Entwickungssystematik 63
6 Die Strukturlerung der Wissensbasis 69
6.1 Folgerungen aus den Protokollen 69
6.2 Optimale Vorgehensweise aus Expertensicht 71
6.3 Folgerungen aus der Literatur 73
XI
6.11 Folgerungen für die Struktur des Expertensystems 711
6.11.1 Vorgehensweise bei der Konstruktion 711
6.11.2 Erfassung der Anforderungen an den Fügebereich 78
6.11.3 Behandlung der Gesamtbelastung und Koordinaten
transformation 79
6.11.11 Auswahl und Kombination der Gestaltungsmerkmale 80
6.11.5 Charakterislerung des mechanischen Verhaltens 80
6.11.6 Auswahl der Oberflächenvorbehandlungsverfahren 81
6.11.7 Auswahl des Klebstoffes 81
6.5 Kommunikation der Teilbereiche 81
7 Beschreibung des ICX-Systems 83
7.1 Systemstruktur 83
7.1. 1 Verbindung zur CAD-Umgebung 811
7.1.2 ICX 85
7.2 Entwurfsstrategie 87
8 Auswahl der Software-Systeme 88
8.1 Expertensystem 88
8.1.1 Möglichkeiten der Wissensrepräsentation 88
8.1.2 Der Einsatz von Tools 89
8.1.3 PRIME-KES als Tool zur Wissensrepräsentation 89
8.2 Auswahl des CAD-Systems für ICX 91
8.2.1 Anforderungsprofil 91
8.2.2 Folgerungen 911
9 Die erste Ausbaustufe von ICX 95
9.1 Das Leistungsprofil 95
9.1.1 Werkstoffseite 96
9.1.2 Wissensbereiche 97
9.2 Die Verbindung mit dem CAD-System 98
9.2.1 Die Struktur von Prime-MEDUSA 98
9.2.2 Die Daten-Schnittstellen von Prime-MEDUSA 98
9.2.3 Die Daten-Schnittstellen des Expertensystems 100
9.2.11 Die Geometriedatenselektion 102
XII
9.3 Die Datenbanken 102
9.3.1 Die interne Datenbank 103
9.3.2 Der Import von Daten 105
9.3.3 Der Zugriff auf externe Datenbanken 105
10 Benutzung von I CX 106
10.1 Die duale Benutzerschnittstelle 106
10.1.1 Einführung 106
10.1.2 Inhaltliche Beschreibung der Benutzeroberfläche 108
10.1.3 Die alphanumerische Eingabe 108
10.1.3.1 Anforderungen an die alphanumerische Eingabeeinheit 108
10.1.3.2 Aufbau von Alphainput 109
10.1.4 Die graphische Eingabe 110
10.1.4.1 Anforderungen an die graphische Eingabe 110
10.1.4.2 Aufbau von Graphinput 111
10.2 Bedienung 112
10.2.1 Darstellung der Bedienerführung 112
10.2.2 Eingabe des Anforderungsprofils der Klebung 116
10.2.3 Fügebereichsdefinition 118
11 Beispiele aus der Praxis 119
11. 1 Kunststoff-Metall-Leichtbau-Träger 120
11.2 Folgerungen 123
12 Ausblick 125
12. 1 Klebtechnik 125
12.2 ICX 126
12.3 CAD-Systeme 128
13 Zusammenfassung 129
14 Literatur 133
Glossar 141
Index 149