Untersuchungen zur Industrialisierung der Virtualisierung des Meisterbocks und Weiterentwicklung der Simulationskonzepte

Abstract

In Anbetracht der Mobilitätswende, höheren Klimaschutzanforderungen und andauernder Lieferkettenprobleme müssen Fahrzeughersteller zusätzlichen Fokus auf effiziente Produktanläufe legen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Bisher hat sich in diesem Zusammenhang der sogenannte Außenmeisterbock (AMB) als Mess- und Analysemittel von Exterieur-Bauteilen bewährt, um zunächst Geometrieabweichungen zu erkennen und im Anschluss bei der Festlegung von Abstellmaßnahmen zu unterstützen. Zum Teilespektrum gehören u.a. Blech-Anbauteile wie Kotflügel, Türen, Front- und Heckklappe. Um diese Bauteile und deren Interaktionen im Einbauzustand zu bewerten bzw. zu qualifizieren, wird jedes Teil am AMB montiert und mithilfe der standardisierten Referenz-Punkt-Systematik (RPS) ausgerichtet. Das Ziel dieser Dissertation besteht in der Bereitstellung einer Methode, welche diesen Qualifizierungsprozess durch den Einsatz von numerischer Simulation mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) optimiert und somit den Aufwand physischer Aufbauten sowie die Zahl an notwendigen Korrekturschleifen reduziert. Als Referenz für die Simulationsmodelle können optische Messungen der physischen Bauteile oder Ergebnisse vorgelagerter Simulationen zum Einsatz kommen. Somit lassen sich Einflüsse durch Geometrieabweichungen der aktuellen Bauteilstände berücksichtigen. Entsprechend der Einbaulage erfolgt dann die Modellierung der Montageperipherie (Anschraubpunkte, Dichtungen, Gasdruckfedern, etc.). Die anschließende Ausrichtung der Bauteile nach RPS im gegebenen Bauraum stellt ein Optimierungsproblem dar, welches durch die Quasi-Newton Methode der Sequentiellen Quadratischen Programmierung (SQP) gelöst wird. Die dafür entworfene Zielfunktion erlaubt eine flexible Gewichtung der zu minimierenden Parameter. Neben den Abweichungen an den RPS-Punkten können zusätzlich beispielsweise die durch den Anbau hervorgerufenen Spannungen minimiert werden. Der Virtueller Meisterbock (VMB) ermöglicht eine verfeinerte Bauteilbewertung durch Kenntnisse über den Verformungszustand und umfangreiche Analysemöglichkeiten ohne physische Aufbauten. Je nach Bauteilanforderung können somit verschiedene Einbaukonstellationen virtuell getestet und bewertet werden. Damit einhergehend verbessert sich die Ableitung geeigneter Korrekturmaßnahmen und der Prozess der Bauteilqualifizierung kann hinsichtlich Ressourcen- und Zeitaufwand effizienter gestaltet werden. Zudem werden für den VMB methodische Werkzeuge und Vorge- hensweisen geschaffen, die einen Beitrag leisten, um kostenaufwendige Korrekturschleifen von Exterieur-Bauteilen einzusparen.

Due to the mobility transition, increasing climate protecting requirements and ongoing supply chain problems automotive OEMs have to focus additionaly on efficient product launches in order to maintain their competitiveness. So far, the so-called „Außenmeisterbock“ (VMB), or outside master jig, has proven itself in this context as assistive device for measuring and analysing exterior parts of cars. With its help, geometric deviations can be detected and subsequently, it supports the determination of appropriate corrective actions. The range of parts includes, amongst others, sheet metal add-on parts like fenders, doors, engine hoods and trunk lids. In order to rate the quality of these parts under mounted conditions and their interactions with adjacent components, every part is mounted on the AMB and aligned by the help of the standardized reference-point-systematics (RPS). The aim of this dissertation is to provide a method that optimizes this qualification process by numercial simulation based on the finite-element-method (FEM) and consequently, reduces the effort of physical test build-ups as well as the number of necessary corrections loops. Point clouds of optical measurements or results of previous simulations, e.g. forming simulations, serve as references for the simulation models. Thereby, it is possible to consider influences caused by geometric deviations. Corresponding to the actual mounting conditions the assembly periphery is idealized (fixing points, sealings, gas springs, etc.). The subsequent RPS alignment of the parts within its assembly space poses an optimization problem, which is solved by the quasi-Newton method sequential quadratic programming (SQP). The objective function designed for this purpose enables the created workflow to minimize RPS deviations as well as stresses within the components, which are caused by the assembly. The Virtual Meisterbock (VMB) allows an in-depth evaluation of exterior parts by providing detailed knowledge about the stress and deformation states as well as more comprehensive analysis possibilities without the need of physical build-ups. Depending on the component requirements, different installation constellations can be virtually tested and evaluated. This also improves the derivation of suitable corrective measures and the process of component qualification can be made more efficient in terms of resources and time. In addition, methodological tools and procedures are created for the VMB, which contribute to saving costly correction loops of exterior components.