Bionic & Generative Design (ILV)

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LehrveranstaltungsleiterIn:

Dr.

 Sylvicley Figueira da Silva

Mag. (FH)

 Thomas Saier
LV-NummerM2.06860.20.030
LV-KürzelB&G DESIGN
Studienplan2024
Studiengangssemester 2. Semester
LehrveranstaltungsmodusPräsenzveranstaltung
Semesterwochenstunden / SWS3,5
ECTS Credits5,0
Unterrichtssprache

Die Studierenden diskutieren

  • die Anwendung der Prinzipien natürlicher Strukturentwicklung auf technische Fragestellungen.
  • die Anwendung der Bionik als Innovationsmethode.
  • ihr Beurteilungsvermögen über Innovationspotenziale.
  • ihre Kenntnisse über die Einbettung bionischer Innovationsprozesse in technisch-technologische Entwicklungen.

Die Studierenden sind in der Lage,
  • die Grundlagen der Topologieoptimierung (theoretischer Hintergrund des Simulationsalgorithmus) nachvollziehen und darzustellen.
  • durch angewandte Methoden die Randbedingungen/Anforderungen eines Bauteils vorab zu definieren.
  • generative Algorithmen mithilfe von Computersoftware selbst zu erstellen.
  • Geometrien anhand dieser Algorithmen selbst zu erstellen.
  • Echtzeitdaten zu erheben und in die Computersoftware einzupflegen.
  • Messsysteme von Sensor Nervensystemen anhand von angewandter "Hardware in the Loop" zu definieren.
  • Geometrienetze (Mesh Strukturen) in vektorgesteuerte Freiformflächen (NURBS) zu übertragen.
.

Lernergebnisse des Moduls/ Kompetenzen Ziel des bionischen LV: Die Studierenden sollen ein Grundverständnis für die Anwendung von Bionischen Algorithmen in der Gestaltung entwickeln und ein tiefgehendes Verständnis der Basistheorie bionischer Methoden erlangen. Diese Methoden werden im Rahmen der Vorlesung "Generatives Design" angewendet. Das Ergebnis sind von den Studierenden gestaltete Anwendungsbeispiele, die mithilfe von bionischen Wachstumsalgorithmen als fertigbare und validierbare Datensätze entstehen. Die Studierenden sollen zudem ein Grundverständnis für den Einsatz von Randbedingungen entwickeln. Die LV umfasst die Anwendung der Prinzipien bionischer Strukturentwicklung sowie die Nutzung der Bionik als Innovationsmethode. Die Studierenden sollen Kenntnisse darüber erlangen, wie bionische Gestaltungsprozesse in technisch-technologische Entwicklungen eingebettet werden können. Die Lehrmethode kombiniert projektbasiertes Lernen mit Bionischem Design und Generativem Design. Die Studierenden werden befähigt: • Vorab die Anforderungen eines Bauteils durch angewandte Methoden zu definieren. • Geometrien mithilfe dieser Algorithmen eigenständig zu erstellen. • Ergebnisse zu evaluieren. • Geometrienetze (Lattice Strukturen) in vektorbasierte Freiformflächen (NURBS) zu übertragen. • Fertigbare Geometrie zu erstellen, zu prototypisieren und zu evaluieren.

Modul MBLB-HFl, Modul MBLB-Ma&S, Modul MBLB-LBMe

keine

  • Analyse und Abstraktion natürlicher Strukturen im Bezug auf Dynamik, Festigkeit, Aufbau und mechanische Beschaffenheit des Materials und dessen Übertragbarkeit in technische Anwendungen
  • Anwendung bionischer Methoden zum Entwurf von innovativen Lösungen im Bereich des Leichtbaus und von Leichtbaustrukturen nach biologischen Vorbildern
  • Anwendung der Wachstumsprinzipien aus der Natur auf eine technische Fragestellung (SKO-Methode)
  • Mattheck, Grundlagen der Bionischen Wachstumsalgorithmen
  • Einführung in generative Gestaltungsalgorithmik
  • Generative Simulation
  • Software: (Rhinoceros Grasshopper, Altair Inspire, Autodesk Generative Design, F360)
  • Design Methodik zur Ermittlung der Randbedingungen und Planung des physischen Messsystems
  • Erhebung/Filterung und Rückführung von "Hardware in the Loop" Daten in die generative Design-Software

Erstellte Projektinhalte (Bau eines physischen Messsystems f. Hardware in the Loop Anwendungen) werden eventuell im Rahmen des Moduls Angewandte Forschungumgesetzt und sind mit der zuständigen Forschungsgruppe abzustimmen.

Erstellte Projektinhalte werden im Rahmen der Vorlesung "Bionisches Design" umgesetzt und mit dem/der zuständigen Dozenten/Dozentin abgestimmt. Die Vorlesung umfasst unter anderem die Grundlagen der Bionischen Wachstumsalgorithmen nach Mattheck, eine Einführung in die generative Gestaltungsalgorithmik sowie die Anwendung generativer Simulationen. Bezüglich der Software werden Autodesk Generative Design und F360 verwendet.

W. Nachtigall: Bionik Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler, Springer (2002)
W. Nachtigall: Vorbild Natur. Bionik-Design für funktionelles Gestalten, Springer (1997)
Z. Cerman, W. Barthlott, J. Nieder: Erfindungen der Natur. Was wir von Pflanzen und Tieren lernen können, Rowohlt (2005)
P. Forbes: The geckos´ foot, Bio-inspiration - Engineering from Nature
Bioinspiration & Biomimetics, Fourth Estate (2005)
C. Mattheck: Die Körpersprache der Bauteile: Enzyklopädie der Formfindung nach der Natur, Karlsruher Institut für Technologie (2017)
A. Aktahkitis: Generative Design: Form-finding Techniques in Architecture (Form + Technique), ‎Laurence King Publishing (2016)
M. Müller: Generative Fertigungsverfahren. Technologie, Design, Konstruktion, Grin (2017)
Ch. Gogdell: Toward a Living Architecture? Complexism and Biology in Generative Design, University of Minnesota Press (2019)

Empfohlene Fachliteratur •C. Mattheck, Design in Nature - Learning from Trees, Springer- (1998) ISBN 3-540-62937-8 •C. Mattheck, The Face of Failure, Forschungszentrum Karlsruhe (2004) ISBN 3-923704-43-7 •C. Matteck, Secret Design Rules of Nature, Forschungszentrum Karlsruhe (2007) ISBN 978-3-92704-62-0 •L. Harzheim: Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen. BIONA Report 16, Akad. Wiss. Lit., Mainz (2003) •H. Bubenhagen, L. Harzheim: Einsatz der Formoptimierung zur Lebensdauerverbesserung von Bauteilen. Konstruktion 50 1998 H. 11/12, 1998, 40-44 •L. Harzheim: Strukturoptimierung, Grundlagen und Anwendungen. Wissenschaftlicher Verlag Harri Deutsch GmbH, Frankfurt am Main, 2007, ISBN 978-3-8171-1809-0 •Nachtigall, W.: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschafter •Nachtigall, W.: Vorbild Natur. Bionik-Design für funktionelles Gestalten •Cerman / Barthlott / Nieder: Erfindungen der Natur. Was wir von Pflanzen und Tieren lernen können •Forbes, P.:The geckos´ foot, Bio-inspiration - Engineering from Nature •Bioinspiration & Biomimetic

Vortrag, Diskussion, Übungen und Fallstudien

Lehr- und Lernformen Vortrag, Diskussion, Übungen und Fallstudien

Integrierte Modulprüfung
Immanenter Prüfungscharakter : Mitarbeit & schriftliche Abschlussprüfung

Projektarbeit, Aufbereitung einer wissenschaftlichen Dokumentation