Florian Gerhardt

Efficient Computation and Visualization of Coherent Structures in Fluid Flow Applications

The recently introduced notion of Finite-Time Lyapunov Exponent to characterize Coherent Lagrangian Structures provides a powerful framework for the visualization and analysis of complex technical flows. Its definition is simple and intuitive, and it has a deep theoretical foundation. While the application of this approach seems straightforward in theory, the associated computational cost is essentially prohibitive. Due to the Lagrangian nature of this technique, a huge number of particle paths must be computed to fill the space-time flow domain. In this paper, we propose a novel scheme for the adaptive computation of FTLE fields in two and three dimensions that significantly reduces the number of required particle paths. Furthermore, for three-dimensional flows, we show on several examples that meaningful results can be obtained by restricting the analysis to a well-chosen plane intersecting the flow domain. Finally, we examine some of the visualization aspects of FTLE-based methods and introduce several new variations that help in the analysis of specific aspects of a flow.

Integrated visualisation for supporting decision-making in engineering processes, based on JT

A complex engineering network requires an efficient deployment of product lifecycle management (PLM) concepts in order to meet the challenges that dominate todays globally competitive markets. Hereby, mechanisms that support making the right decisions at the right time can be an essential gain in the scope of an intelligent management of product relevant data and their governing processes. Interrelating engineering processes and decision processes, this paper introduces the results of a prototypical engineering change management (ECM) process implementation, using the workflow component of a minimum cost product data management (PDM) system. In doing so, the JT format was integrated as means to assist in decision-making, based on easily accessible three-dimensional product data.

Extensible JT Open Tool for prototypical process support, based on OpenSceneGraph and QT

In todays globalized markets, effectivity in the way that product development information is communicated and transparently interpreted by a diversity of divisions and disciplines in an enterprise has an essential impact on the key factors time, cost and quality. Against the background of current activities in the automotive industry, we have conducted a process chain analysis at multiple OEMs and suppliers, analyzing application potentials of JT as the format of origin specifically for CAx processes, such as Digital Mock-Up, Simulation and Downstream production. In this context, a simple application to investigate and manipulate JT data in terms of structure and properties would provide the means for prototypical integration tests. Connecting containers available in the JT Open Toolkit to those provided in the OpenSceneGraph (OSG) graphics toolkit, the fundamentals of such an application were developed and are presented in this paper.

Grundlagen der Softwareentwicklung

Die Software erzeugt einen standig wachsenden Teil der gesamten Kosten sowohl in Produkten selbst, als auch in der Produktentwicklungs-Prozesskette. Daher ist eine kosteneffiziente und nachhaltige Entwicklung von Softwaresystemen unabdingbar. Die Softwareentwicklung ist eine noch junge, zugleich fortgeschrittene Disziplin, die sich einer grosen Aufmerksamkeit erfreut. Daruber hinaus bilden die in der Softwareentwicklung gangigen Methoden eine Basis fur die in Kap. 3 beschriebenen Methoden des Systems Engineering.

Einleitung – Informationstechnologie im Ingenieurwesen

Viele technische Produkte sind heute in hohem Mase mit elektrotechnischen bzw. elektronischen Komponenten ausgestattet und die Bedeutung der Steuerungs- und Regelungssoftware nimmt entsprechend stark zu. Eine interdisziplinare Zusammenarbeit der ingenieurwissenschaftlichen Gebiete Maschinenbau, Elektrotechnik/Elektronik und Informatik ist die absolute Voraussetzung fur eine innovative Produktentwicklung. Derartige technische Systeme mussen von Beginn an als integrierte Systeme geplant werden. Parallel haben sich in den letzten Jahren die technischen IT-Anwendungen standig weiterentwickelt. Dem Ingenieur werden intelligente Werkzeuge bereitgestellt, die Entwicklung (Computer Aided Design), die Berechnung und Simulation (Computer Aided Engineering), die Administration (Product Lifecycle Management) und die Visualisierung abdecken.

Grundlagen der Informationstechnologie

Viele der heutigen Produktinnovationen in verschiedenen Industriebranchen werden auf das Vorhandensein von informationsverarbeitenden Komponenten in Produkten zuruckgefuhrt. Dank der atemberaubenden Fortschritte der Rechnertechnologien werden immer mehr, fruher als wirtschaftlich nicht rentabel oder technologisch nicht realisierbare, Anwendungen moglich. Trotz dieser rasanten Entwicklungen arbeiten die meisten Rechner heute immer noch nach denselben Prinzipien, die vor sechzig Jahren von John von Neumann eingefuhrt wurden.

Programmiersprachen und Techniken

Je naher die Programmierung an der Hardware bzw. dem Anwendungszweck angelehnt ist, desto effizienter ist sie. Zeitgleich erscheint sie ungeeigneter fur andere ggf. ahnliche Anwendungszwecke. Das Spannungsfeld zwischen Anwendungsorientierung und Universalitat hatte einen starken Einfluss auf die Entwicklung von Programmiersprachen. Neue und bequeme, d. h. lesbare und sichere Sprachen dienen der intuitiven und nachvollziehbaren Umsetzung geplanter Softwareentwurfe ganz im Sinne der Objektorientierung.

Mechatronik am Beispiel des ASURO

Ein mechatronisches Beispiel dient dem spielerischen Ubertrag gelernter IT-Konzepte. Ziel soll es sein zum Anschluss dem angehenden Ingenieur auf die Sprunge zu helfen die neu gewonnenen Erkenntnisse erfolgreich anzuwenden.

Informationstechnologie als Produktbestandteil in mechatronischen Produkten

Die Produktentwicklung ist ein komplexer Prozess mit vielen Beteiligten. Der Einsatz der Informationstechnologie als integraler Produktbestandteil ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Oft sind Produkte multidisziplinare komplexe Systeme, die von mehreren Ingenieurdisziplinen entwickelt werden. Hier ist vor allem ein gemeinsames Verstandnis der Problemstellung eine Herausforderung, die in alle beteiligten Entwicklungsdisziplinen transportiert werden sollte. Das modellbasierte Design und die Methoden des Systems Engineering adressieren diese Problemstellung.

Informationstechnologie als Werkzeug im Produktentwicklungsprozess

Der Einsatz der Informationstechnologie im Produktentwicklungsprozess hat bereits einen hohen Durchdringungsgrad erreicht und zielt darauf ab, die Produktentwicklung weitgehend auf Basis digitaler Modelle durchzufuhren, die entweder eine detaillierte und eindeutige Beschreibung oder die Voraussetzungen fur Simulationen und Berechnungen darstellen. Dafur ist der Begriff der virtuellen Produktentwicklung gepragt worden. IT-Losungen fur die virtuelle Produktentwicklung sind Autorensysteme, die digitale Modelle generieren, Losungen zur Berechnung, Planung, Simulation sowie Kooperations- und Visualisierungswerkzeuge. Produktdaten-Management und Product Lifecycle Management Losungen bilden den administrativen Verwaltungsbackbone fur diese Systeme und Losungen.