simulation driven product development applied to car body

172
DOCTORAL THESIS DOCTORAL THESIS Luleå University of Technology Department of Applied Physics and Mechanical Engineering, Division of Computer Aided Design :|:-|: - -- ⁄ -- : Simulation Driven Product Development Applied to Car Body Design Nicklas Bylund

Upload: others

Post on 11-Feb-2022

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

DOCTORA L T H E S I SDOCTORA L T H E S I S

Luleå University of TechnologyDepartment of Applied Physics and Mechanical Engineering, Division of Computer Aided Design

:|: -|: - -- ⁄ --

:

Simulation Driven Product Development

Applied to Car Body Design

Nicklas Bylund

� �

������������ ���������� �������

���������������������

�������

�������������

�����������������

����� �� ��� ������������������������������������ ������� � ���

�� !"#�$"������%��&�����

� ���

�������

���� ����'���� ���������� ��� ����� ������� �'�� (���� �'������ ��� '�� ���� �'�� ) ������'������%�* �� ��'��� �� �'�� ��+*��,%�&�����(�����'����(��� ���������'�����) �������������������� �-���������'�����'��(����� ���������������������� �� ����������� �� ��� �������������������+��,%������������������ ������� � ��-���������'����&'�������'����(��*���'���'��� ������*�����������'��.���� ��'��'�������� ���� ���'�� ��&����������������� �� ������������������� ������� � ��-�/�&����� ��0�����������'�������� ���������'����������'���������� ��1 �'��2 ������%�3���'��������(��4�������������'���������� ��'���� ������'�'����56��)���4������ ���������������� ��%�������'�� ��'���������'������������� ������ ��� ����������'����& �6-�/� ������'���� & ���� ��6�� � � ��'�6� ��� '�'������ �������� �� .� ���� �� ����'���7'���� ��� ������� �����'��'����'�����%��������� ���'���� � �������'(��������'���� ��'�&'���(�����'�'��'(��-�/�& ������6��� ���'�6������� ����'���������'�����) ��������������� ����� �%� �� ���� '�� ���� ) ��������� ����� �� '���3'����� 8��� �� '���9'��� :���� �'�'����� '�� ���� ) ��� ������ ����� �� '��� ���� �'�� ) ��� ���'�������������������-��/�& ����'�� ���6��� ���'�6��� �'��; <�'���'�'����'���������'�����) �������������������� ��� ���������� ��%�������'����������������������� ������'��*��-� � �'��� (��� � �� ��'��� /� & ���� ��6�� � � ��'�6� ��� � ���'����� '�� ���� ���� �� ��� ������������������%����� '��� ���'�������'������������& �6���-����� ���'���'�� ���� ��� �� �� ���� �&������ 2 ���'�� �� � �� ���'������ ����'���� ��'��:;���+!! ��,%�����*/::8*���������� ����������������. ������'( �'� ���'������ +�= �,� '��� * �� � �'�� � �� �'�� �� ��� '�� � ��'�������� '�6� &������-� �����:;��� �'�� �'�� ��'��'��� �� ��'�� �'�� � ����(����� &���� '� �'��'(��� ����'�������& �6�'��&����'��������������� �����-��������> ����(���%�������������:��6�'��)������

� ����

��������

����� ������� ��'��� &���� ���� ����� ������ �� � ����0� ����'���'�� ����������%� �� ��� ������� ����'���������%�'��'�������� ��'��( ����-����� ���� �'��� (�����'��� � ���'����� � &�� ������� � ��� '��� '�'���������� ��� '������������� ���������� ������������������� �'�-�/���'��(����� ������'�������������'��� ���� '�'������ '���������� '��� ���'�'���-� ����� �'���� � �� (������ ������'�� �� ��� ������� ���� ��� '��� '�'������ ��� ���� ����� �������� ����-� )'���� �� ���� '( �����������%� '� ����� ������ ��'��& �6� � �� �'�� ( ����� ��� �� � ���%� �0�������� �� ��� ������ � � ���'��� ������-� ��'������ � ��� �'��� (���� ����� ���� '��� �����������%��'�� � �'���'�� ������ � � ���� ��4����������'�� ��( ������� �����-� /���'��(������ &����'�� (�� �� ������� ������� ���������� &���� ��4���������� '�� ������ � � ������ �������'��'%�'���&����� ����� ������'�'������� ��%�������� ���(���� ����������������������� �� � ��������'��� '�'������ �� ������ ������� ��� �'�'����� &���� ������ � ��'�� �������'�������%���'������ ������ ������������������������'�� ��� �����'�'�������0�����-�����������'���� ���� ���� �� �����'�� �� ��� �� ����� ����� ������ � � ��'�� � ��� � ���� ��'�����'������'�����'��'���%���'������ �(������������-������ ��������� '��� � �� ( �'���� (�� ��������'�� �������%� ( ��� '�� ��� �� ������ '��� ���� ��'��-� ���� ���������'�� �� �������� ����� � ���� � ��� ���� ���� ��� �� ���� '��������'���������� ?�����'��*��-�

���������

� ������ ����� �����%� � ������ ������� �%� ���'��� ������%� 6� &������ ��'(���������������%����� ������� ��&'��%��'��( ��%����������������������

� ���

�����������

������������� ��������'������ ���� ����'���'�������� �� &�����'����@�

������

)A��:%�:-�B��;/7��8:%�3-�������� ����� ������������������ ���� �������������������������������������� �� �!�"#$� ����%��� ����&�'������� ������� ����(� ��)���$�����$�����$�*�� %����

������

)A��:%�:-%�2;�;/��8:%�9-�B��983.�8:%�>-�������� ����%����&���%����+��%,� %�������%�������� ���������������������� �����$� -�,� ����%��� � ��� %��� ������� /�� ���� �� ��������� �� ������ ������ ��������%�# #"�3'������%��(� ���6%��� '��'-�

������

)A��:%�:-���.'�/� �� ������� &��� ������� �� �,�� ��&& ���� �&� 0� ��� � �� ��� ����%��� � � �,�������%�� �������� �� ���%���-� ��������� � �� ��(���'�� �� ��� 1 ���'�� �� � ��������'���/�� ��'�� ����������/�������������%�1�/��-�

������!

)A��:%�:-�*����� ���%� �%���&& ������������ ��&����������)� ���������'���� ���="��C%� ��� ������ ��������� �� ���� /�����'�� �'��) ���������������� ��������%�/)������=%��" �!�8�� (������=%����('%�1'�'�-�

������"

)A��:%�:-�B�2;�;/��8:%�9-�*����� ��,���&���1���� �����&& ����� ������� ����&���������2�,%����������'���� ���="��$� ��� ������ ��������� �� ���� /�����'�� �'�� ) ���������������� ��������%�/)������=%��" �!�8�� (������=%����('%�1'�'�-�

������

�8.�D 3���%�)-%�)A��:%�:-�B��983.�8:%�>-����������&��,�������&�� � ��� ������ ���,���� �� ����������%��� �����(�������� �1 ���'��.�(���'�� �-�

� ��

�����#

)A��:%�:-%�/��7��8:%-�7��98;/%�*-�B���;��8:%��-��� ,� %��� � � ��� �� ���� � ���%�%�� �� �� 3 �-������ � ������ � � ��� �� -�,������� � � ��,���-� /�� ���� �� ��������� �� ������ ���� � ��������%� #$ ��� 3'�����%��(� ���6%��� '��'-�

�����$

)A��:%�:-�B�7�;���8:%��-�/����$� �������� �� � �� ���� ���� � �&� ��&�-���� &��� ������ � ���� � %��� ��������� -���(�������� �1 ���'��.�(���'�� �-���

8�������(���'�� ���(������'��� �@��

)A��:%�:-%�)A��;E3%�1-�B�.�;��8:%�� �-�.���������4���� 5��� �6 �,�����%��� ���������������� ����%�� ��/�������� ��������� ����������������'��/�����'�� �'��� ��������� ��� �� �����������������%�C ##�����������#%���������%���'��-��>;�:��%��-�B�)A��:%�:-����������&��,���&&�%����&��&&��� ����������%,��%������� ��,���������� �����%�����/�� ���� �� ��������� �� ������ ����� � ��������%� # #"� 3'�� ����%� �(� ���6%��� '��'-��)A��:%�:-�B�>;�:��%��-���������%,��%������&&�%���� ����� ������+����/�������� ��������� ��:8;��/>:�# #F������������%��� ������%�: �&'�-����;��8:%��-%�>;�:��%��-�B�)A��:%�:-��������7� ��1���' ������������������� 8�' %���� ���,��'��%���&�� � ��� ������ �.�����%,��/��.� ��������� �� ���� "��� /�����'�� �'��;���'���G�0������ ���������H������� ����������� ������ ��3'��������'������ ��'��������� � ��H%�#C� �#F�������(������=%��� ��������3'�%���'��-��)A��:%�:-%�>;�:��%��-�B��8.�D 3���-��������� � ��������&���,����&������� �������%,��/�� ���� �� ��������� �� ���� /�����'�� �'�� � ��������� �� ������������ �����%�/���=%�#! �#�����������=%��� �6� ��%��&����-���

� ���

������

%�&'(�)�&%(�*****************************************************************************************************

#-# )��7>;8�:� # #-� 38�/*��/8:� # #-= */�/8:� #

'#�#�'�+�(�&#,& *******************************************************************************************!

! !

" &+#��'�(�-*******************************************************************************************************!

. ��(/ 0#�1#�(2�%��*************************************************************************************3

-# �:>/:��;/:>���/>:�;����;�9� F -� �/3����/8:� $

"��� 1,���������8������������������������������������������������������������������������������������������9 "���� 1,��������8�������������������������������������������������������������������������������������������9 "���! 1,�������8���������������������������������������������������������������������������������������������� �

-= �/3����/8:�82�3��9�:/����.�;28;3�:���82���;�)8/�����/:>��9��2/:/������3�:��3��98� #�

"�!� 7 ����*�� ������������������������������������������������������������������������������������������� � "�!�� /� � ����*�� ������������������������������������������������������������������������������������� � "�!�! *��� ��������&�-��������������������������������������������������������������������������������� � "�!�" ��������%��� ���&�*�� ��������������������������������������������������������������������� !

- .;8�����*��8.3�:�� #= "�"� �� %���� ��� � ��� ������������������������������������������������������������������������� ! "�"�� �� %������������ ������������������������������������������������������������������������������ ! "�"�! �� %��������%�� ����������������������������������������������������������������������������������� " "�"�" �����%��������������������������������������������������������������������������������������������� " "�"�: �����%����%,��%���������������������������������������������������������������������������������� : "�"�# ���������� ����������������������������������������������������������������������������������������� :

4 '#�#�'�+���'(��+ ************************************************************************************** 4

C-# 2;�3�I 8;7� #C ;����;�9�3��98�� #F C-�� #F

����%����������� �������������������������������������������������������������������������������������������� ; :��� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ; ����%��������%�� �.�����%,����������������������������������������������������������������������������� ; :������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ; /��-��<��&� &��� % ��&�%�������������������������������������������������������������������������������� ; :���!��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ;

C-= ;����;�9�J����/8:� #$ :�!� ' ������������� %����������������������������������������������������������������������������� (

� ����

:�!�� �%���%������ %� ���������������������������������������������������������������������������� (

3 '#�#�'�+'#�)0&�******************************************************************************************* 5

F-# .;8�����*��8.3�:�%�.8��:�/���/3.;8*�3�:��@��;/��;/�� #! F-� ���A�82��*��8.3�:��82���;�)8/��@����;/.�/8:�/� #!

#��� �����,�������� ���������������������������������������������������������������������������������� 9 #���� � ��������,�������� �������������������������������������������������������������������������� ��

F-= .;8.8���.;8������:��:��A�/���88��@��.;���;/.�/8:� �� #�!� ��&�-����������� ���,������������������� �����%������� ��%� %������������ ��� ������<���- � ����������������������������������������������������������������� �" #�!�� ��&�-����&��������� ����� ����� �������� ���������������������������������� �: #�!�! �+���� ������,�������������� ���������������������������������������������������������� �; #�!�" �� ������&�����%���� ������������������������������������������������������������������ �(

F- /:�;8���/8:�/:�/:���;A��:�*��/��/8:@����;/.�/8:�//� �! #�"� '���� ���� ��&��,������ ����%����� ����&�-���������������������������������� !� #�"�� .�������-�,������%������,����%%����%����� �������������������������������������������� !�

6 #,#�)&%7#�)22�'-($���#��#����#'�*****************************************""

"-# .�.�;��� = ;� � ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !" ;� �� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !" ;� �! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !:

"-� .�.�;�)� =C ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� !: ;��� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� !: ;���� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !# ;���! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !#

"-= .�.�;��#� =F ;�!� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !# ;�!�� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !; ;�!�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !;

"- .�.�;���� =" ;�"� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !; ;�"�� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !( ;�"�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !(

"-C .�.�;��=� =$ ;�:� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !( ;�:�� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !( ;�:�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !(

"-F .�.�;�� =$ ;�#� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !9 ;�#�� .����� � ��,�������������������������������������������������������������������������������������� !9 ;�#�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� !9

"-" .�.�;��� =! ;�;� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� !9

� �����

;�;�� .����� �����,�������������������������������������������������������������������������������������� "� ;�;�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� "�

"-$ .�.�;�2� � ;�(� ���������������������������������������������������������������������������������������������������� "� ;�(�� .����� �����,�������������������������������������������������������������������������������������� " ;�(�! .�������������������������������������������������������������������������������������������������������� "

5 �(��0)�%(�� *****************************************************************************************************.

8 $)&)'#/ ('�******************************************************************************************************."

9 '#$#'#��#�**********************************************************************************************************..

�������������:���$�

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

%���������

* ���������

� ���'��� ������������������'�6��%�'�� ��'���������� �(������ ������� ���'���������� �������'����'���� ������ ��������� ������ ��%�KI ����&������'�����'�6�!�L-������ �������� ��'���� ����� ����� �������'�� � � (���'��� ��� ����� � � ��� �� �'��� �����'����� ������� ��� ���� �� ����-� ������ ��%� ��� '�� �����'����� � ������� �%� �� ���������� ���������������'������ ��� ��������� � �'�6����'��(������6���� ��'����'�6�����'���%��� ������� ����'������� �����'����'��� �%�KI ����&������'�����'�6�!�L-�/��������'�����%� ��������� '�� � �'�� � � & �6� &���� �������� (������%� '��� ���� �� ������ ����0���� '��� ���� ���� ���'���� '��� �� &���-� /�� ����� � � (�'��� ���������������� ������ ���� �����%����������������������'���( ���������� ���'�������&�'6�� �������������� &������� �������� �������'���� ������������ ���������� ������K.���� !�L-� I ���� '� � ��'��� �'�� '�������� ������ ��������� '( ��� ������ �� ���������� ������ ��� ��� � ���(��� � � � ����'��� '����� � ��� '�� '�����'����� ����� �������� �������'������ �� ���������������� ���������� �����-�

*! 2��� ����

���������'�� ����0�����'���'��������������� �����'���'��� ��'������������'���'���� �(�� �'������%� ����� '�� ��4��������� (��'6� &�%� � ������ ����� �����%� � ������������� ��'������'���������-����� ������ ��'� �����'����� ��������� ��'����'������ ����� '�������� (�� �������� ��� �'��� �� ������ ��'���-� �� ���������� �� � ��� � �������������� ������ ��� ( ��� �� '��� =� �'�� �0������� �� �����'�� ��'��� '��� '�&�����'���� �� '�'������ � ��� � �� �����'����� ����'���'�� ���� ��'���� '�� � �0����-� �����&����������� ��%������������'����������'�� �� ��'����������������'��'��'��( ����'6���'�� ��� ����%� &����� ���'���� � �� �� ����� ��'� ����� '��� ������� ���� ��'���� 6����������-� �� � ��� � ��������� ������� �� ����� ��� ������ ��� �'����� � �%� &���� (������� �������(��&�����������'��������'�� �-�

*" 7����

���� ���� �� ��� � � ���'��� '� � (���� ����� ������ �� ����� � �� � ����0� ����'���'�������������'���'��������� ��'��( �������� �����-����� ���������� ����'�����'���'�������'�����������'����������� ���(������� ����� �������&������ � ��-������� ������ ��'���� ����������%� �0��������'�� ���� ��� '��� ���� ������ � ��&'��-� ��������� ������ �� ����� ��� ��'��� &���� �� �� ��4���������� � � ���'��� ������-� � ������������� �����'���������&��������'���� �����'�����'������� ��� ������� ��'���'�� �-����� � ���� ����� �� ���� ������ ���� ��'����G������� ��������� &���� ��4����������� ����� ������ � � ��( ��������'�������������'��'�'����'�� � ���� � ��� � �����6� ������� ��4���������� '��� ���������� &����� ���������-� ��'����� ��� ��4���������� '����'������ �'������ '��� �� � ���'���-� 7� &������ �� �� � ������ �� '�'������ '���

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

�'�������� � ������ ?��������'�'��'(���'��'����������������������� ���������������'���'����������� ����������������'������������'��-�

! '������;����<�

����& �6���������������������������'��(����� �������� ���� ��'( �'�� ��&������������-�����'��� ���'��(����'����������'��.����������&����������* �� ��'��� �� �'�� ��.������������ ��'�-������'����'��� ����������'�����'��'�� ��������(����� ���'��* �� ��'��� �� �'�� �����> ����(���%��&����-����& &��6�������&'���'���� �����* �� �3 ��� �����'���� ������������%�*3�������'�'���� %��'��� ���'�&����� �������� ��������(��� ����'���� �=�&'������� ���-�� ��'��� �'�� '�� � (�����'���&���� ������ ��'������������2 ���3 � ��� ��'��-�����'��� ���������& �� �����'�������'�� ( ��� ���'������� '�� 2 ��� ��� � � ���%� >���'��-� ������ ��'�� ��'�� & �6� &'���'������ ��� ��(��������'�� ������� ����� ��������&�2 ���2����'-���� ��������'������&� ���� ���������� ������&'���'�����'���'��'�����'������'��( �������� ������������4�������������� ��&'����2��+����6���'�'��������2 ���������������&��6����,�M�� ������K�2�L�&'������-�����'��� ���'��(����'����(��� �������:;���+�&������������������ ������ ;���'���� �����',� �� ��'���%� &����� �'�� ������ �'��'(�������'����� ��'���%����'������'���� �����-���� �����'���� �������������'���(�����'��������'���� � � ���� ����� �� �� � ������� ������ ������ '�� ������ ����������� ������� � ��%� &����� �'�� �� ������ � �����%� '�'������ ��������� �� '�� &���� '�� '����& �6����'�'����'-��

" &;��������

1,�� ������%,� ,��� ��� � ���&����� ��� �� ������ �+�� �� ��� �,�� 2��� %��� ����� ������� ����1,���&���$����,�������%���� ��&��,��%��������&����-��,���$�-�,���������� ������,���������� ��,��%���� ��,�-������ �&�%������������ ���� �� �� ����������� '��� ����� ��� ��� ��� ���� '�� � ����� ��������-� ���� �'��( ��� ��� ���� ������� �'������ '��� ��'������ ������� �� �����'�-� ���'�� ( ���� ������� ��'( ��� =��� ��������'�� � �� �����%� � ��� �� ����� ������ ������ ���'�� ��'������� ���'����� � ����0� �� �����%� &����� '��� �� � &������ � ������� � � � ��� '�� ������'�������������� KI �'�6%�1 ���� '���; �� !�%� '���)������'���>�'���� ��L%� ���� 2������ #�'����������2�������-������'��( ������������������'����������(���������������'��� �������'�%����'���������('������������ �� �������'�-�������'��& ��������G�'�������'����� ��'� �'�� � � '� �'���� �0����� �������� �� ���� �'�� ( ��%� ����� ��� � ����� �'��� �'���� ������������ �������� ����� '�� '��('��%� '��� &����'��� ��'��� '��� ��'�(���� ��� ����� ����� ��'��'�� �� ����(���� � �������������������� �������'��������� ����'��� ��'���'��-������������ �������'��( ��%�� �������&��������&�����%�'�� ��'�����'������������ ������'�������������� �������'�%��-�-�� &������'��&�����'�'������� ������'�����'��'� � �'����'��-������'��( ���'�� �'����'�� '�� �� ��%�� ������������%���'����%� ������ ���'����%�� ���'����'������� ������-������'��( ��N����'��� ������� �'��&������ ��'��'��

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

��� '��� 0��'����� �� �C� OP� ��������� ���� &������ �� ���� �'�� ( ��� ������ ��� �'�� '���������'��� ���'��� �� ���� � �'�� �'�� ( ��� �'��� '��� ������ ���� ����� � ������� �-���� ����'����%� ����&������� ���'���������'����������'����������'�%�����2������=-������'���'�������� �� '��'�� ( ��� �������� �'���� ������������ ��� ( ��� ����� '���� ���-����� ��'������ � ��%� �-�-� �'���� �� ����P� �'6�� (��&���� ��0� '��� �&����� � ����� � ��'���'�����%������������'�����'������ ���'�� ���'��������'������������ ���'�������� ���'�� ��������� �������'����'������������ ����� �� ����� � �(����'����-������ ��� �����'������ � ����������� �� ������<��'���� ����0���� ������� �� �����'����'������� ��#��%���� � � C%���%���� ��� �+���,-���� ������� ���� �� ��'������ � ���� �� '��'��( ���� ������ '� ���� F�� � � "������� �� ��� �+���,-� ����� ���(�������� � ���'���� ������'��� ��������'������� ��������'���'�� �����'����������'���'�����������&���������'������������'������ ��-��������'����'��� ������� �� �����������������������'�����������'�� �'����� &���� �����'����� ������ �� ���'��%� �'��� �'��� ��� '� ���������� �������4�������&����'��'��� ����'����������-�9����������'���'���� �������'����������� ���'��� � �� ����-� ���� ���(��� �� � �� ������ ��'�� �'�� (�� �'��� ���� ��'�� &���� '���'������ � �� ��� ����� �������� �� �����'�� �'�� ��� ����� '�� ���� � ����0���� �� ����� �� ����� � � (�� ��'����%� ���� ('���� ��<�%� ���� �����%� '��� � &� �'��� ������ �� ������ � � (�� ��'����� ��� ���� �'��� �����-� ���� '����(��� �� ���� ������ ���'����'������� ��� ������'��( �������'����'�����&������ ��&����@�'���&��� ��'���'���������-� 8����� ��'��� �� '����(��� '��� '�� � ����%� ����� '�� '��� &����%� �'���� &����%���������%� ���� ��������� ������%� ( ���%� '��� ����-� ���� �� ���� �� '����(��� ���� ���������� ������� ��� ����� ��������'�����'��'(���� �����'��� ��%������� ����%�����'��'���'�'���%�'������(�����%�� �� �� �%����������%��'������'�����������-�����'����(�������'��� �� '� ������� '�� �'���� ����� &���� � ( ��� � ���� � ��� �� ���� '����(��� ���'�� ��-� ���� '����(���� �'�� ( ��� ����� � ��� ��� ���� �����'�� ������ �� ����'������'������� '������ � � �� ����� � �� �� �� �� ����� �%� � ���� ������� �� '��� '� �����4�'����� ����'��� '���'�'���%� '�� ������ � � ���� '��'� �� '�����'�� �-� 2��'���%� ���������� �%�&�����%�� ���'����'�����%�������%�� &����'���'�����'�����'���'��'������ ����� �'�� ( ��� � � �� ����� ���� � ������� �������-� ������ ������� ��'��� �'? ��'�� � ����� � ��'����� �'��� '�4������ ����� ��'����� '�� � ����� � ��'�����K����(Q�6� �L-� /�� ��� ��'����� ��'�� ����� �����'���� �� ���� '��� �������� ���6� ���� � ������'���� � �����-� ��� ������(��� '( ��%� ���� ��'������ ����� ������� � ���'���'���������������������'��� �� ������� �������'��( ���'���� ����-���'����������'���� �� ������(��&�������������� (�'���� ����'������ �� �'����%�'�����������'�����������(��� ��� �� ������� �(���� ������(���'�����'���������%�'�����'����� �������������%�������(���� � ��� ����'��������'����� ��������������� �� ����-������ ��� ���'���'��������'��'�������'��( ������'��� 0��'�����#������� %�+���,%�'���� �� ������ �� �'������'�������'��������� ���� �� ����0����-�2������� ��%�'�������'��( ��� ��� ����� �� ���� �� ������������%�� ��� ����� ���������'���'��� ������'������������� �� ���� ������� �� ���� �'�� ( ��-� ����%� ��������� � �� � �� ������ �� �'����� ��� ���� �'�� ( ����� �� ���������� (�'���� ��'��� � � ������'���� � � �����

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

� �� ������'�� �(������ �� �-�2 ���0'����%�(����'�����'����(��� ����'������������������&'��� '��'%� ���� �'���� ���������'��� ��������'��(������� ������������� (�'���-���������������'����%��� � ��� ����'����'��(����'���������� ��'��� ����������������'��'��� ( ������� �� ���������-�9����� ����� (�'�����'�� ��� ����6���� ��������� �� ����� ������������( ��� �������'��(����'���������� �������������'���� �� �����'��� �������� �'�P� ������ �0����� � � ���'�� �������� �%� ���������� � ��'����� �'��� �������������'������-�������'���'�� ��'�������6�%������'��(�'����(�� ������ ������'��'�����'��'��'���������'��������'������������'������������(�'���-�2������� ��%�'����������'�����'�� ����'�� � ��� ����� � � ������� ���� ��4���������� �� '� &���� �'���� �� � ����� ������������ (�'���� �'�� � �� (�� ����'�� � �� �'��� ��������������-� /�� ���� �'��� �� '� �'��( ��%��������'�����'��� ����'���� �����'���( �������'��'�����'�������'������������� � (�� (��'���� �� ��4���������� ��� ����� � ����� ��'����� ���� �'��� ��'�� ��-� ����� ���������������'������������ ���������� ������ � ����� ����'�������'���'�������%�'��� ��'����� �����'���'�� ���6%� '�� &���� '�� ��'���� ;B�� ���� '���� ���(��� ����������'�� ����-� .�'�� ��� ���'����� ��� ����� '� � ����0� ����'� ��� � ��������� �'�6���� ���� ����� � �� ���� ���������� (�'���%� '��� ����'�� ������'�� �� �� �'���'���������'���������'���;B�� ����������&������'��'�� � ������� ��-��

*����� ����%�������$�-�,����&������� �� �����&�&���%�������

��

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

��

*���������+���������-��&���%�������$������+������!���,� �����%��� � �����

�*�����!��6 ��,����� ��&���2�����%����� %���,���+�����+�����������������;��

������������ ���������� ������������������������������������

� �

. ��������������

�������'������������������6� &������� �'������'��� �������������� ���'�� �� ����������'���-��

.* #������������'������;

����'��� �������������������������'�����'��(����� ����'����'��� �� &��(��)��������K)����������'��!$L@��1,�� ���&� � � ��� �� ���� �������%,� ������������� ���������� ������� ��< �-�����$���,����� ��������-,%,�%� ��������,��%,� %����&������% ������%%���&��������%���������� '��� '�� � ����� '���� ����� '�� � ���� ����'���� � � ����� �� '��� ���� ����������'��'�������'�� ��'��&����'��� ����� �������'�� ��� ����'����� �����K; ���'�'���2'��� �����%�3'��4��������'�����'���.'����=L-������'��'����'�������������'�� �����'�����������? ��������'����'�������'�� ���� ?�����(��&����'�'����'�'������������K�'��� �����'���=%�'�'����'��� �����'���=%�(L-���2 ������� ���� ����'���� ���� �� �� ������ ��� � �� �� ���� � � ������� ���� '���� '( ��%�(��'���� ������� ��� � �� ���� '� �������'�� �� ����� (��� '�� � '� � ��'�� �� ����� &�������'�� ���(��&������������'���'��� ��'���'�� ��%�K3�����'��!#L-�����������'������������� �������� ���������'��-�����������������������������%��%���� ������������'��(��&���� ����� ��� �'�� ��� ���������� �� ���%� �� ������%� �� �����%� � ��� '��� ��'���'�� ��-� 9����� �� ��������� ��'���� �'�� ������������ �������� (��� '�� �6� &������ '��� ���� ��� �� �� ����� � �'���-� ���� ����������� (��&���� ������� �����������������������'����������������������'���������������(��.� ���� �� �'����-����R�� 3/�%� '��� �������� ���������� (�� 9��'�� K9��'�� �=L� ������ ���� ������ '����&'���'�'� ��-� ������������ �������%� ��%� ��'���� �� '� � ���������� ����'�(��� ����'&�� '��� ����� ��'������ ������ �� �'����'����� �'���� �� &��� �������� � �'���%�� &����� ������������ ������� ��� ������'��� '�(��������� '���������'������%� ��� ��� '��&'��-��/����� �'(� ����%�������'��&����0����@� ��(?�������?���������'�������%�&�'�� ���'�����'�� ������ �� �� ��� ��'�� �� ������ �'���� ����� � � (�� ��������-� ������ '������ �������� ?����� ���� ��� �������'����'����'�����'����� ����%��������(���������������� ��������'���'����'����� ���� �%�'���� ���'�'��������'�������������'���� �� ����� '��G �� ��'���'�� �'�� ���'����-� 3������� '��� '�4������ ��� �'����������� �������������'����������� ��'�������� �����'��� �����K����(Q�6��L-�:�&�������4���%� ���� ���� ���� ��'���%� '��� �����'����� ������� ���'������ '�'�������'�'(�������%� �'���'�������� '��� �'����'��� ����� ��&� �� ���������-� ������ '( �� ����� ������'������'���'�����'��� �������� �������4���������%�'��� ��� &���������4����������'���������� ��'����'��(�����������-��

������������ ���������� ������������������������������������

� �

>�����������'�'����� ��������������������%�� ����4����������� ���0����P� ����0'������ ������ �����������������'�� ��) '���� ��������������'�������� � ���K�)�����%��CL�'�� ��'���'�� ����'����'��'����'���'�������������������������'�� �����������@���� � ��� �� ���� � �� �,�� ���%���� �&� ���� �� �� �����$� %��� � �$� ��� ���%���� ��� ����������� ������'��������%�� ��< �����%����=�&�� ��������>$� �-,%,��,�����%��%� %���� �� ��,���%�� � �� � � ��� �� �%� %��� ���� ������� ��� %� �����������%��� ��������������� �� ������� ��0�%����� �� �� �,�� &� ��� ���� ���� ��� �&� �,�� ���� � ���%���� ���� �,���������,� �� �&� ��0�%����� � �� %�����$� �� �,���$� � �����$� %� ����%�� $� ���� �� � ���������� ���� 1,�� � � ��� �� ���� � %��� � �� �&� �� %���%���� ���� %����� ���� �&� �,��&����- �� &�������8� �������� �� �&� ����� �� %�������$� ���� �&� ��� �� ���� �������$��������� �� � �� ���� �&� ���� � ���� � �,����� � �� ��,�������$� &������� � �&� ���� �������� ������ ��� � �� ���%&%��� �$� %� ������� � �&� ����� ����� ������ �$� &��������%� ������� �$������%�� ����%�����$�%� %���� �� � � ��� �� ���� $� � �� �����������������%���� ����*���,��$��������� ������� %���������������&�������%�%� ���� ��$���%,�����%� �%�&�%����$���&���$���������$�����,��%�$���,%��� ����%�����%������(���� ���������� �� ����'�� �'������ ���%� ����� �������� �� ��� '�� � � � '� �'���� �0������'����� ���������������������'������ ����������������-��������� �&'��%�6� &������'������� ����� ����������������������'�����'���� ����'��������'�����-�)��������� ����� '��� �����'�� �� ���� ��� �� �� ��%� ���� (��'�� ��� �� '� �� ����� �'�� (������������ '�� '� �������� � ��-� 9 &����%� '� ���������� ���'� ���� (?������� ������� ������'�� ���� (���@��& ��'��'(������'������ �'��'��� �������K.'��� �!FL%���� �������(?���������&�������� ����� �&����� ��'������� ����'��� ���� ��� �������'��� ���������'���� ����(���� ���-���/�� ������������ ������� ����'���� '�� &���� '�� ��� ��������� �'��� ���� ��� �'��� (��������� ���%� ( ��� � �� ���� ���������� ��'��� �� ������%� �-�-� � ������ �����'�� �%� �-�-�(�'���� ������'��&����'�� ������� �����������'��@���'��'�����'�����������������(����� ������ � � ����� �� �������%� �-�-� ..�8�%� ���� �������� �'���� KL-� 3��� ��� ����� '���������� ������������ K������� �� '��� )� 6� !$L� �'��� (���� ����� ����� �� ��'�����&��������� ����0������'��'����������'������ ?����-��3 ������������ (������'����'����'��'(���%�'������������� �������(��('���� ��'�� �(��'�� �� ����� ��'�� ��� �����-�9'�����'�������'��� ���(��� �� (?�������������'�'��� �� '�'������ '��� �0���������%� '��&���� '�� '����'�����&� �� ������'�� ��� ��'���'��'�����������������&�����'6�������������� �%������6����� ����� �������4�'����� ������������ ��'���������(��4������� ����-����

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

.*! ���������

�����'�� �����'���'���� ����������������'����'���� ����� �����6� &������(��������� ������� ���� ��� � � �'�����'��� '� � ���� ������(���� ���� �� ����-� :���'�6'����K:���'�6'����$"L���������'�� ����'�@����������������&���������� ���� ��&���������=������%��������,����>� �� �������� ,� %���������������� ������ �$�����%�$�� ����������%� ������,����,�������&��,������������������ ��� ����� ����� � �������� (��'���� ������'�� �� � ������ �'��� � � (���'���'������%� '��� ������ ����� � � (�� ���� ��� '��� ���-� ���� � ��� �� �'���'���������� � ������ ��� ����� ������� ��'�� ���� ��'��� �'���'�������� (��'���� ������ ��� � ��� � ��� ����'��-�I �'��'��������������(���'���� � �������'��(��� �� �����%���( �������%�'�� ��������� ����� �������'��'�� ���'����(�������-���������� ��&�'������ ��� ������ �(�������'���%�������'����������������� ��������'��� ����'�� �'��2�������'�����+�2,%�3����( ��� ������� ��'�����+3)�,� K�'��� �� �#L%� �'�� ����� &�'�'������K7������'���#L%�) ���'�������������'������+)�3,�'��������'�� �� ���'���'�������� �� ������� '��� ����������� ������ ���� 2������ �������� 3��� �� K)'����!FL-� �����'�� �%� �������'���������'�� ��'�� ��� ����'�����'��*��%� �����'�������� ��� ������������� ��� ��������@��

• ������� ���'�����'������ 8���8�������� ���'���'���������4���������� ��'�'�����'���������-�

• ������=� ���'�����'��� ������������ ��������'�����'�� �������� ����� '�� ���� ���� ('���� �'�'� � �� ������ � �'6���%� � � '� � �����������'���'��� �� ���������� ��-�� ����'�� ��'��� �0����������0�����C�O� �� ��������� �����%�����������������'��'�� ��������-�

• �������� �������� ������������ ������&����'�'�����'������ �����'�����'��� ������� ������������� ����'����� ��������������-�

• ������#� �������� ������������ ���������'�����'�� � ��� '��� '�'��'(��� (��� '��� � �� ����� ��� ����� ������ �� ?����� +�-�-����'������������������ ?�����'������� ������� �����,�

• �������� �: �'�'�����'�� ���'�� �������� � ��������� ������ ������� �� ���� '��'� +:*9%� ��'��%� ���������%� �'�����%� �����������'����%��2,%����� � �����������'� ��� ���� �������� �� ��������'��'��'���'��� ��(���� &�%� (��� '�� ����� ��� 2������ � ���� ������ ��� ��'��� ����������'�� �����'��������������������'������'���'��'�-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

*�����"���� &�� %�� ���������������� �����2������� &�� %�����������,�- �� ��,�����+��� ���,���&&��� ������������������������ ��,��+��+���

���� ��� ��������������������'�� ��������������� �'��'�'������ �����������������������2� ���� �-����� ����� �'������ ��%�������0����������'������� ���'���'�'��'(��%�'��'��( ����� � ���������0��������� ������ ��'���'����������� �������'�������'��&����'�� ���� �'��'�� '����(��-� 9����� ��������� � �� '�� �0������� ���� �� �����'�� �� � �������������(��'�� ����'���������'� ����� ��� ����'�������-�9 &�� ������'�������(��'�� ��� �� '� ������� ��� �����������(�� ���� �� �����%� �����'����'�%� '��� ���� � '���'������ ������������-���

.*!* &;����������

2 ����������� ��������������� ���(���� ���������� ����� ���� ���� �����'�����'���� '���� ���� ��'�� ���'�����������-�I ���������� ���������� ���� ����0�� �����'( �'������������'�� ���'�����������������'����'��� ��������� ���� ��-�� ����� ����������'��� � ��'���'������������������� (��������'������ �������� ��� ������������4�'�� �����'��������� �������'����'�-�/��� ����'����������'��������� ����������� �� '��������� ���� ��'�����'�������� (�������������������'�����������'������'���� ��%��� ������'��� � ����'����� �'�� �������-� � /�� ���� �'���� ��'���� �� �'�� ( ��� ������� � ��� ��������'����'�� ����'��(���'��� ��('������ ��������&������ ����� ���� ����'�-��

.*!*! &;����������

�����'����'������������������ ���(������� �'�'�����'���������������������&'��-�/�������'����'�� ��� '��� �� ���� ���� ��'�'����������� ������� �� &����� �����'�� �� ��'�� ���� ��������P� ����� ��� �����'���� �����'���� ��� �� �����%� ���� �-�-� K)��������'�� �#L-�2 �����'��� ����� ������� ���� ��'�����������'����� '��� �����(���� ��'�&'��� ������'��(��� ��������� '�� �� �� ���-�2 ���'����'��� ����� '��� �� ������ '������'��� ���� ���'�� ��(��&�������'���'��������������� � ��� �'��'����������(������� �'�����'����������������+���������� �������� �����'��,%� ����� ��� ���� ����'����'������ �'��-������'���'���%�&�������� ������� �0������ '� ����'��� ������ ���� ���'�� �� ��� � � � ������� � ��� �'�P� � �� � ���

������������ ���������� ������������������������������������

� � �

� �� ������ ����� ��'��� �'�'��� K8����( � �L� '��� ���'���� �������-� 2 �� ���'��%� '���� ��'�� ����'������ ���������(������&���������'����'���'����'�����<���'���&����� ��(��'��� ���� �'���&'�� ��� '� ��(��4����� � '����@� ��� �'��& �6 �'������%� '������'������������-��������'�� �%� ��� ������������4�'�� �%�(��&�����������'������'����������� ������'�� �%�� ��� ����������'�� ������������ ������'(���& �6��'�������� �����-���� ������ �� (����� �� ������� �� ������ &������ ���� ����'�� � �'��� �'�� (�� � ��� (���� ��� � ��� � ���� ��%� (��� ���� � ���� ��� (�� ��� �����'������� � ����0� '�� ����� ����������� �4�'�� �� (�� ���� � ��� � ����0-� 2 �� �0'����%� � �� (�'��� �� ��'���������'����� ��������'��( ����%�� ���� ����'��&����������������'�������� ���������������'������ �'����'��(��� �������K;� ����!#L%�����'�� ��'����K2������ ��=-=-#L-��

.*!*" &;�������

����� '���'��(�� ���'�� ��������@���'���%����'���� �����'�����'������'��� ��'������-�.���������� ����'(� ����� � '��� ���'�� ����0��'�6� ��'��������� �����������'������ ������ ����� ������ ��� &����� ���� �� ����� &���� (�� ����-� )�� �0��������� '��� �������%�������� ��� '�������'�� ���'��(��� ���-�I ������������������������'���� �� ���������'����� (����'���� �(��� ��'���%�'����'������ ��'��� ���'��(���'���(�������������'���� '���'��-�I ��������������'��'��( ���������'�����4������������'������ ���'����� ����� '��%��-�-� ��� ��������'��'�������%����'����� '���� �������'�������'�������� �������� � &����� ���(��� ��'����� � ��'��������'�6��'������'���� � '����� ���������������'����'��� �:*9�+: ����*�(�'�� ��'���9'�������,�'�����'���� '��-�/���'������'���� ��������%���'���� '����'��(��� ����������������(�������'����������'��� ��������������'�������'�����'(������'��'�� �-�����

.*" ��������� �� ���;����� ���������� �� ��� ������ ���� �;� $����#�����2��;��

I ���� ��� ��� ��� �� -�-# -�-=-� ��� � �� ������%� '�� ��� ����� �����'��%� �-�-� � ����0��� �����%������������'������ �� � ����'���'����'��(��'�� ��%��� ��� � ���� ���� ���'���� ��� ���(���� �����-��������������'���&������������ ������'�������(��'�� ��� ��'��'�� ( ��� '��� �'��� �� ���� ��( �������-� ���� 2������ �������� 3��� �%� 2�3� ��� '�&�������'�� ��'��� � � � ���� ����'���'�� �� (����� ���������� �������� &���� ( �������'�� '��� � � ����'���'����'�� (��'�� ��%� � ����0� �� ������ '��� �� ������� � � ����'������%�'��&����'��� ����0�� '��-�2 ���'��( ����%��& ������� ��2�3�'��������� �� ���� ����'�� '��� � � ����'�� �� (����� ������������P� ������ �'�� (���������� ��'����������� ���( �� ���-��

.*"* 0����$#2

I ���� ���� � '�� ��'� ����������� ���� �� ��'��� �����������0�������� ����������������%�'��� ���� ��� ��'�� �� ��� ��'��%� �-�-� ���� �� ������ '����� � '����� ��� �����'�� � � ������ ������ (�� ��� � '����%� ���� (��'�� ��� ��� ����'�-� ������ ����� ��������'����� ����

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

� �� &�������'�� ��(��&�����'���0��� ���'���K3L%��'������+��'��,�K�L%�����������K7L�'���� '��2+�,��'��(���������%������4�'�� ��#-��2 ��'�� ����0��� �����%� �������'���0���'���� ����(������������<���������� ��������� ����������'���� ���%��-�-��������%�� ��&����������4����(������'��(��� ����'����K)'����!F���#""L-��������� ��S�������(������������'�������� ������� ���-����

)(:1 tFXKXCXMEq =⋅+⋅+⋅ ��� ���4�'�� ��#�������(���'������������'�����'�����'�����'����(��'�� ��P������ '���'�����&���� ���� ����%� �-� �4�'�� ��� �� ����� ����� �'�� (�� ����� � � ������(�� ���� ���'����(��'�� ��� ��'��'��( �������� � � '���� ������� ��������'�����'�������������-�� ���'�'������������������%�������������������'����(��'�� ���&��� ���� '��������������%��-�-� ������'����-� ���� �'������ � ��� � �� �'��� '� ���'�� ���������� �� ������'�����+������ ���� '��� ��������4�������,%� ������ ��� �4�'�� �� #� �'�� (�� ����������%� �����4�'�� �� �-� ���� ������ ������ ���� '��� ��������4�������� '��� ������� '�� � '�� � ���������'���� ��������'����(��'�� ��� ��'����������%�����K��L-���

0:2 =⋅+⋅ XKXMEq �� ���4�'�� ��=�������(���'������������'�����'���'����(��'�� ���&����2�� ���'����������-����������� ���4�'�� ���'�(�������� ���'����'�� �� �������������&������������������������� &�����'������������������-��

FXKEq =⋅:3 ���������� ��S������������ �'�������'�����������'���� �������������������<������������P���� � ����'���� ��� ��� � �� ������'��� � �6� &� ���� �����'�������� ��� '��� � ���� (��� ������'�'����������� ���'���( ���� ������� �����'��(��� ��� �����������-��������������� ��'�� ������� ���������� �'�� (�� � �������� � � '� ��������� ��(� ���� �� � ���� ������ ��'����� �����'�� �� K)'���� !F%� ��$#" $#$L� '�� ��'����� ������ �������� ������� �%� ���� '�� �.'�����K��'���2L�'����4�'�� ��-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

.*"*! �������$#2

/�� ���� ��������� ��� ���� ���������� �0����� ���� �'����'�N�� ������ ������� �-�-� ��'�����<��� �G'����'���������'��������'���� �'�� ���+�� ������'���������,� ����%� ������ (������� � �����'�-� ������ '��� '�� � ����� ������ �� � �����'������� ���� � � �����'�� �������%�� ��'����'������'����'����������%��-�-����������� ����� ��'�� ������������������'����'��(��'�� ��-�����'������'�� �� ��� ���� � ����'��������'��(����������K)'����!F����$FL-�/����'���'�'������������ ���'��( ����%������ �����'�������'��� ��� ��'��%��'����'��'����� ������'������-���

.*"*" $#���������������

� � � ���� ���� �� (����� ������(��� ��� -=-#� '��� -=-�%� 2� � ������ '��� ����-� ������� ������'���'�'������ ���������� ���� (���-�2 ����������'����'������ (�����������(������-=-#%�'��������� ���� �����'�����('���� ��>'����������'�� ������ �� ��K)'����!F���F!FL-���&�����������'�'������� ��&'���� ������'����'����'������'������ (��������K:���;�:��L%�&����� ���'�� ������'��*��-�2 �� ����� �����'���� (����%�-=-�%�'������'����� '��� '��� ��� ����-� �0'������ �� � ��&'��� � �� � �����'�� �� (����� '���K3�;���� '���;�/8��� �L%� ��&�����;�/8��� �������� '��*��� '���3�;��'������������������� ������� � ��-�

����� �������������������'���0�K�7L��� ������2� � ������'��(���'����� ����'�@�

1

:givesReduction

zero. toequal here nodes, internalon Forces

nodes.master on the Forces

d.o.f. Internal

d.o.f.Master

matrix stiffness Reduced

:4

�−

�−=

=

=

=

=

=

��=��⋅��

TmsKssKmsKmmKmK

sF

mF

sD

mD

mK

sFmF

sDmD

ssKTmsK

msKmmKEq

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

.*"*. ���������������$#2=�������

���� �������%� ���������� �� ���� ����� �� 2�� '�'�����%� �'�� (�� � �'�� �����'�������%��������'������'��� ��������������%������� ���%�'�����'��� ��� ����-����������������'��(�� ����'������ ������ �����'������ � �� �� �������� � ��&'��� �� &���� ���� �������� �����'����'���� � �� � ������'���-�2����� ��� &������ ���� ���� ������'���� �����'���'�� � ����������&���� ���� � ���� �%� '��� ��� ��� '���&'������� '��� �����'���� ��� �����������-�����

.*. ��������� �������

.� ���������� �����������������(��K�������'������������!CL�'�@��1,�������&��%�����$���� ��-�,��,�����%���� ��&�����<���������� ���� ��� � �� ��,�������%�� $�����$�� �����������&��������%��������� �� ����� ����� ������ � ���� (�� ����� '�� '� &� ��� (�������� �'��-� ���� '���'��������� �� '��� ����� ��� �'����� ������� ����� ������ (�� K; <��(���� '��� ��6���� !CL-�����& �6���'������ ��������������'��(����� ������'���� �������������� �����-��

.*.* ����������������

2 �� �� ����� ����� ������ � � (�� ����������%� ���� �� ����� �� �� ����� �'�� � � (��'������'����'���'���������� �������������'��-�����'�� K���'��!"L�������(��� �����'��� ��������� ������%�&����� ���������� �� ��'��� ����� ���'���� � � ����� �� &���� ��������������@� ��'��%� �'����'�� '��� �'���'�������-� �'��� �� ������ ��������� �'�� �������������'�����-���'������������������(�������������������������� ����������'������ 6�'���������������'����������������������� ���������� �������'���'��������������������%��-�-�� &�&�����%�� ���'�������� �������%�'��� ���'�����'���(��'�� ���'������������-�� �'������������������������'������������'���������� �������� ������� �����'����'��-�;��������'������ �� �'���'�������� � ���� �� �� ����� �� ��'��(������ '����'���'��������� ���-� � �������� ��� ��������� ������������&'�� ���� ������ '��*������������������� ������ ������* �� �$C���������������������P�����K.'����%������ ��C-C-L�

.*.*! �������� �������

I ���� '� ��&� �� ����� ��� � � (�� ��������� �����'�� ���������� � ���� ��� ��'�� �'�� (����( ��������� �������'��� ������ ���(��-���� ���������'���'�������������'�� �� ��'��� ����%� ��� �� �'����� ����'��������� �����'���P�?������ ���� � ��� &� �����'�����'�'����������� �������� ����%� �%�'�� ������� ��� ��� �%�K�� ��� ��!!L@����%� %������& ���� �����%������,���� %������ ��� � ��� ��&���������&��������$��%, �����%��� � ��-,%,���&�������� ��-,%,�,����,������ �������&��&�������,������ �������� ���?���� ��-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

���� ���������������'�����'������'����� ������ ��'�����'������'���������'���� �����������-��

.*.*" ��������������

I ���� '����������� �� � ������� '��� ����� ���%� ����� ������ ��'�� (���� '�������� ������4���������� �'�� � � (�� �� ���-� ����� �� ����� ��� �'����� � ������ ������� �-� 3'������������� ������� ������ ����0����'����'��� �������'����'���0�('���%������'�� �����'������ ��'��� ���'���0%�K/�'6���%� ��'��'��������������!L�'���K.����!�L-�� ���&������ ���� ��4���������� '�� ������ � � ������ ���'����� ��� ��'���%� '�� ��� ����� �������� ����� ���� �� (�� K������� '��� ��������� !CL-� ; <��(���� '��� ��6���� �'���� ������� '��� �0��'����� '� ���'�� �'���� �� ������� �� ���� ��� ��� K; <��(���� '�����6����!CL-����� ��� ��'���� ��� ������������� ���������� ��� �����'��� ��'��� ��'� �'������ ?���� ���������� � � ���� � ������ ��'��� '����� ���� ���'��� ������� ��'��� �'�� (�����'���������� ���������'��(���'���������'�'�����������'������� ��'���� ��'��� �����'���'���'��������������(������� �����%�K�� ��� ��!!L-��

.*.*. �������������

8�� '� ����G�� ('�� ������ '� �� ����� �'�� (�� ������������ '�� '� � ���� �������� '�� '��'��� 0��'�� �� �������� �����'� ��� ��� ��� ���������� ��� �����������K�������'������������!CL-��'���������� �������� �&'���� �����'�'���������� �������� ����-����'���������������� �������� ����%�� ��������'���� �(��� ����������'������������&'�������������� �����'���� ���� �%�� �'��� ��� �(�'���������'���� ���� �-�K�� ��� ��!!L-�� � �'����� ����%�9�(6'� ��� '�%� K9�(6'%������'���� '�������� $$L����� ��'��-� ���������������� ������ �'�� ���������'�� �� ��� �� �����%� '��� ���� ����� '��� � �� ���'�����������-� 8��'��� '��� ����� �'����� ������ �� �'������%� �0��������� � &� ���� ���������'���������������� ��-�/�� �����& ���%����'��� �����������'����������������������� ���������� �%� '� ������� ��'�� �'�� (�� ����� ��� ���� � �����-� ���� ��'�� ���������'�� ����'����� ����'���������%����������� ��&�������'���'��������� ��'����������'��������� ��� ��� ��������������������� �(������-�/�������������%� ��'���'�� ��'�������( ��������'��������� �(���������� ������ ������ ��� ������-����� ���� ������� �� ����� �� ����� � ��� '��� ���'����� � ����� '��� ������%� '��� ������� �����'���� ��'����(�����������=�����������������'��K.� �����������%�/ ������'������/���L-������� �����'��(�������� ������'������������ ���� �%�� �����6�� ��� ����� ���(��&����� �� �����-��������� �������'�� ������� ������'��('���� �������������������������������� ���'�� ���'�'������'�����������'��( �������� �����%����������� ���������%� �'�����%� :*9%� ������ ���� '��� ��'��-� ���� ��� �� ������ ���'�� �����('����� ������������� ��������'������� ��'���'�('����� ����'��������'��(������2�� '�'�����-� *���� � ����0� �� �������� �'�� (�� '����'����� ������������ &���� ���

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

�������%�(��������� �����������'�� ���'6��������'�����'�����'������'��������� &�� ��'6�-���

.*.*4 ����������;��������

��������� �������'��� ��(��&���� ��'���K9�(6'%������'����'��������$$L� ������6��K��������'������������!CL������������������������ �����'������������-������'����& ��� �����'�������������'�������������'����'�������������(����-�K��������'������������!CL������� �����'������������'���������������� �������� �����'�������� ���(������� �����'��� '� �� ����-� ��� ������'���� '������������ ������ � ��� ����'�� �� ������� ��������� ��������'��'�������(�����'������������'������� �������������� �����'��-����������������� ���������������������'��� ��������'�����'�����K)������'���>�'�������'���>�'����'���)��������L-�

.*.*3 �����������

��� ��� ������ ��� '� ������'���(���� �� ������������ ����� �� � � ������� '� ������������� ����-� I ����� ���� � ������ ������� ���� �'0����� '�����'(��� ���� ��'���� �� '��� ����%� ���� ���'��� ������� �������� ���� '���'�� ���� ��'���-� ������ ���'��� �������������� '��� ��������� ������ ��'���'6��� '�?�������� �� ����� ������ ���'�������'��-�2������� ��������������� �������������� �����'������������&���4���������� ����������� ���'�������������'�6���'���'� �������� ������ ��-���� ������(��� �'�����%� �������� � ��&'��� � �� ����� ��'��� '��� � ����� � ������ ���� ���������������� ��%��-�-����/�%�/ ���-�

4 '������;�������;

' ��,����%�� ��,��������%,�&���-��<�� ��������%,���,���������,����,�����,�����0�%����������� �������

4* $��������

� ��'�����������������������'����'����� �������������������������'���%�)�����������'�� �� � ��� '� ����'���� ���� � � ��%� '� � ��� �� ��'��& �6� � �� ������� ����'���%�K)�������%� ��'6�'(���� '��� I '��'��� !$L-� �������� � � ��� � ��'���� ���� � ��� �����@��������'%��������� ��/%�.��������� ��'����������� ��//-�����2������C-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

*�����:��� � ��� ������ �.�����%,�&���-��<$������ ��������

���� ������� '��� '� ��'����� �� �������P� ���� �� (���� ��� '�'������ ��� ���%���� � 'P��� ���� ��� '��� �� � ���� �������%���� P� '��� ���� �� � ���� � ���� ��� '��� ��'��'����&���� �������� � � ���� �����'�� �������'� ��� ���%���� � ''-� ���� ���� � � ��� ��������%�������'���%� ���� ��� ��'���� �� ( ��� ������������ '��� ������������� �����%� '�� &���� '����������������������'�����'���'(����������'-�������'���'�� ��������'����'����� �����������'��'���� ��4�'�����'(���(������������������� ��'���'����� ��������6���� ��������� ���'�����%������'�� ���� ���'���'���������K��6���%���'�6� ��'�����'�����L-���������������������������������������'���(�������� ����������������@����������� ?���%�'�������&'��� ���������� ��//��'��(����� ��-�������'��& �6����2������C�����������'������P�� ���� ������'�� ���'��� �(���'6���'���� ����������������'�������� ��������� �(�������� ��������������'�����������������'��& �6-��

4*! '������;���;���

����������� ������������ ������� ����'���� '��� ��'������ ��� ����� �������'�� (��&��������� ��� �'�� ��� ���������� �� ���%� �� ������%� �� �����%� � ��� '��� ��'���'�� ��%�� ���(������'�������(������������-��'��� ���������'�� ���'������'����� �'�����'����������&���� ���� &�� ����'���� ��'���� ��� '��� ���� � � ��� K)�������� ��L-� .��� ������������������ ������� ����'���� �'����� '�� ������������ ('�6�� ���� ��'��� � ���� ������� ���� ��'���� �'�� ������������ �������� �� ��-� � ������ ���'���� �'�� �������� �����'��(������������������� ������ ��'�'������� ��&'���� ����������������������������� ?����K�����'������#�'���2L�������( ��������� �(�������'����+������ ����,%�����������+�����������'��� ����� ������������'������������,%������� �����+�����0�������'����� � ������ ���������� �������� ����,%������ ���+'�'��'(���'�'������� ��&'��,�'������� ��'���'�� �� +� �'�� �'�'������� '��� /� � ���� ��,� '��� �'�� � � (�� ��� ����-����� ������ ������������� �'�� ���� ���������'�� �������� ���� ���'��� �� ����������'�� ��� � �� ������� K)�������� !$L-� ����� ������� ����� 6� &������ �� �� ������������

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

��������+�����'�� �,%�(��������������������'������������������'�� ������ �'�����'���(���� ��� ����-� ���� ����'���� ���� ��� (�� &� '��� ����� ��� '� ���0�(��� &'�� ���� �?����� ��&����������'��& �6����2������C-�

4*!* ������������������

)���������'����������������������������� �������������'������ ��������������������������'�����-�� ��� ��������� ����� ������� �� �������%�'��'�'���������'�������'��������������-������ &���������� ��-#�����'��� ��� ����'����'�����������'����������������� ����� ������� ��� �'������'�%� ��� � � �'�����'��� � �� ��������-� .'������'� ���������+.,�K)� �(���� ��� '�� !=L� ��� '� ���� �� ��'�� ( �� &�� ������4���� �� �� ���� ��'����+�����& �6�&���� (����'�� ��,�� �������'����'����������'������ ��&�'����'����� ��� �� ���'�� ��������'�� �������-�����6������ ��'���%� ����� '�� ��.����( ��� � ��'6��'���������� �� �� '� ����'�� �� '��� '�� � ������ ����� 6� &������ � � ���'���� ��'����� � �����������'������(��'��� ������%����� ���'��G� ��� ��&'��-�/����������'�����'���� ������� ������%� '� .� ��'���� �'�� (���� ����� � � �'��� �������'������ �� ���� �� ���������� �������� ����%��-�-�� &��������& �6%�������������� ���'��������'�� ��&'������� '�� �����'�� ( ������'������� '��*��-������ ����'�������� ���'��� ����� (�����������������������'�'�����������������������'��� ����������'���%�����2������C-��

4*!*! ������������������'������;

� � ����� �� ���� �������'������ �� ���� ��������'�� � ���0�� ��� � '�� '�����'����%����� ���� ����� ������ �� ����� &���� '�� ��'���� � ��&'��� � ��%� '� .'������'� ������� ��;���'���%�.�;���'�����'��(����'� �����KI '��& ����!$L-�������'6�� ������+����������� ��� ���� ������������ ����,�&� � '��� (����� '�������� (�� ���� ���� ����� �� ����&� � ��&'��� �'��� (���� � ��'����� '��� ������ '������ �'������'�� �� ��� ��������� ������ �� � ��&'��� � ����'��(���� � ����-�� �� � ����%� �����'�����%����������&���� ������� ���������%� � ��&'��� ���������%� '�'������ �0�����%� '��� '�� ����������'���� �������'&�����'���(���� ��'�����%�����K�'����2L-�����������������'���(���������� � �'����� ���� ��� '��� ���'�� �� �� ���� ��'6�� ������ ��� ����� � � ������� ������%��'���'��'(��� '��� � (���� � ��&'��� � ��� � �� ���� ������� ��������-� ���'(��������� ��'���&����������������%�'���'���'��'���'������'��%��'�����'�����'������� ����������'������������'�� ��K�'����2L%�����'�� �2������C-�

4*!*" ������������������������

�����'����� ���������'��� ��� ����� � ��������'�����'����� ���� ���'��� �� ���� ���������&����� ��%��� ������� ��� ��-����������'������ ��������������%�����������������������������'��'������ ���'�� ��� ��'�� ������������������� ������ ��'��� �����&������'�� ��'��-����� �������'�� ����������� �����'����&���� ����%� '�� '� ������� �� �0����'��'��� ������'�� ��'� ��� ����� ������� ���� ����'�����N�� � ��� �� '��� 6� &�����-� �����& �6� ���������������'�� ���K)�����������'��!�%�)�����������L��'��(��(����P��� &�������� ���6� (��&���� ���������� �'�� ��� �� �������'%� � ��� �� &����� '��� � ���(��� � �

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

����������(����������'�����%�� �����'��'�����'���'(���'���� �����'��'���� ���'�������'���'(��%�������'����&�������������� ��'��� ��'�����'������ ?���%�(�����'���'���� �(�� ��������� (�� �'��'�� ���6�%� ���� 2������ ##-� I ������ �'�� ������ ����'���%� �����'���� ������ �'��� (���� � �&'����� (�� KA���� !L� &� � �'���� ��� ��'��� �� ��������-� ������������� �� //%� ���� 2������ C%� �'�� (���� ���'����� (�� ������ '� ���'����� ('���� �������������� �'�� ��-� /�� �'���� K2L� ���� ���& �6� �� ������������ �'�� ��� ��� 2������ ##��'���(���������� �'�'������������'��� ������ �������'�'������� ��&'���� ������������'�� *��� � ������ � � '�� '�����'����� �� ����� ����� ������ �� ����� ����� ��� '�� �������(������F--�-��

4*" '������;>������

9 &� � � ���� ��� ���� ����� ������ �� �'�� ( ����� &���� �������� � � �� ���������� ��'����'�����'������T�����

4*"* %�����������������

���� � ���(�������� '��� '��'��'���� �� � ������ '����� �����'�� �� �� ����'���'������������%�� �������&���������������� ����������� ������'���� ������������� ��'���� ���������0�� ������������������ �'�-�����������'�� �������������� ���������'������'��� �����'�� �� �� ����� &���� ���'���� ��'��'�� �� �� � ������%� ��'����� � � (�������0�� �'�� �� �� ���� � ���� �� ��'��-� ��'��'������ ��� '�����'����� � ���� ��� �����'����������'����� ������������ '�� ������������ ����-�.� ������������������������&����'��� ���'���� ���'������� �������������'� �����(�������������'�� ��������� ����� ������ �������� ����-�

4*"*! �����������������

/�� ���� ������������ '��� ���� ������������� �'���� �� ����� ������� 6� &������ �'�� (�����'�����'( ���� &� � ���� ��� ������� '��� ������ ������� ���'��(���'��� '���� &� � ���'������6� &�������'���������'������'������� ��������'���������-�������������'�� ���'��(�����'��� ��'�� ���� 6�����'��U� ��� ��������� �������� ����� ������������%��&������������'��� ��������'�'������� ��������'�-�2��'���%��0�������������'����� ������� ���(��������'����������������&��������� �����'������� �������'���&������ �������� �����'���� ����� ������� ������'�� ��'��N���� ���������� �����-��U���� ��'��� (��&���� ���� � ������ ����� ������ '��� '�'����� ���������� ���'���������'�� �%��-�-��������'���'��������������'����������'�'���������� ����������-��

3 '������;�������

' ��,����%�� ��,�����������&��,��-��<���������� ���$����� ���,������ ����������� �%� ��+�����1,����%�� � ������%������ �%%��� ������,��&���-��<� �*�����:$�%�����$� ���%���� �'$�����%���� �� �����%���� �''��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

3* ��������� �������:������������� ��������������

���� �&��,�� %������ -���� %����� ����,�� ��������&� �,�� ���0�%�@���,���� ,���� ��� � ��%���������� ���,��������������� %�������< �-���������0�������� ���'����2@�.� ���������� ���������� ��'�������(�� ����������'���������� ��'��� K������ ��!L-� .� ����� �� �'�� (���� �'�� �'������ '��� ���� & �6� ������ �� (�������� '��� �����+�-�-� '� �'�,� �'�� �����'���� KI �'�6� ��� '�� !�L-� ����%� �� ����� ����� �������'�� �'���'�� �����'��'���'������� �����-���������������������'� ��������������'���(��������������+(��������'��& ��������%�(���������������%�� &���&�����%�'���� &���� ��,������ �������'� ����-�������'���'�� ��������'����'����� �����������'��'���� ��4�'�����'(���(���������������� ��� ��'���'����� ��������6��� � � �������� ���'�����%� �����'�� ���� ���'���'��������� K��6���%���'�6� ��'�����'�����L-��

3*! ��������� �����������������������������%

���-�,��,����?���� ��$��,�����%���� �,������ ���& ���-�,�����������< �-������,������ ��� ��@������������%�����$�,�-����$�,������� ���� %���,�������������� ������� �� ����� � �� �'�� ( ����%� &����� '��� � ����0� ����'���'�� ����������%� ���� ����������� ������� ������'����'���� ����'���������-�������� ������ ��'��'���� ?���%������� '��� �����'�� �� ('�� ����'���'�� ��4���������� � �� ���� �'�� ( ��� ���'������� ��� �'������������K�=L%�(����������������%������� ���%���'��& ��������%����'(�����%�:*9�'���&�����-�3'��� ����������'���'����4����������'�������� ��'�6������������'���� ������ ��-�������'���'�� � �������������'���'�� ��4���������� ��'��������� �������'���'���������� �������-�;��'����������� �����4���������%� ������� ����� ���0����'�� � ������ �����'���'�6�����������%� '���'���'�� � �����������(�� ���� �0��������'���'���������'�'(�������� '��� ����� ���(������ � ��'6�� �'���� ������������ ��� ��&��'���'�������� �4�������-� /���� (�'���� �� �'����� �'�� '�� ������� �������'���� '�����4���������-� �������4����������'���� ����0��� ��� �����(�����'��������� � ��'�6���'��� �'�'������� ����������� '�� &���� '�� ���� � � ���� ��������'�� �� (��&������4���������-� ��'����� ��� ��4���������� '��� ���0������� �� (����� � � ���������4������������'�������'����� ����������%������'������ ���%��'�����'��'�������������� ����'� ����-�

3*!* #�=���;�������

������ ���� ����� ������ '� ���������� �� ��4���������� �'��� � � (�� ���������� ����'������ �������'��(�����������-�������'��%�'������� ���%�����'���'����4������������'���'��(��4�'��������'���&� ���������������'��(������6���(��'�'�����-�������'���'�� ���4������������'��'����'������ �4�'�����%������'��&�������'������������� ���� �� �� �� �� �� � �%� �� ��� ��� ��� �'��� � � ��'�� &���� �������� � � � ���� �� &'���� ��'6'��-�

������������ ���������� ������������������������������������

� � �

2������� ��� ������ '��� ��(?������� ��4���������� ����� '�� '��������� ��4���������� �������(��� �� � &����� � 6� 6� �� � �%� �� &����� ��� ��� � ���(��� � � �'��� ����(��� ? �����(��&�����������������������'���'���-����� �'����������� ������� (�'���� �� �'����%������� �0���� ��4���������� �� &����� � �� ������ � � ��'��� &���� ����� �'�� ( ����-�.'�6'�������4����������'������������ ���'���� ���'������'���%�������'��(�������(��� ��'���������'� ���� ���������'�������������� �� ��'�� ������'��&����'�� ����'�-������������������� ��'���&��'��( ��%��� ������� ��������'���������'�������������'��� ������%� � ���� ��� �'��� � � (�� � ���� '��� ����6��� &���� �������� � � ������4���������-�� ���� ���'���� ���%����������%���?������ �����������'�������� �������������'���%���������������'�����������%�����--#�'���K.'����L-����*�������� '�� ������ ��������� ��� � � � ��� � � � �������� ���'������ '� � ���� �� � ������ �� ���'������ ���� �-����3��� ��� ����� ������� ������ ��������� '��� ��� � ��� �'���� &��� 6� &�� ��� ����������������� ������+�,� � �������%� ����� '�� (�'���� ������ '��� 23��� +2'������3 ������������'�����,-�������'����'����&�������� ����� ��'�'����'�'���� �������'���(�� ���������'(��-������������'���'����������� ����������(������� ����� �����'�� �'��� (���� ��������� � � (�� ����%� (�� ��� ����'(��� 4�'����'����� �'�'� �0����-�:��(�����'6��������� � 6�� ����0'��� ��'�������'��-�����.�����'���0����� ���������� � � (�� ��������������� �%� K�����'����L-� /��� ��������� ��� ��'�� ����'�� (�������&���� ���� � � �������'�� 6� &������ �� ���� ���'����� ���� ��'���� �� ����������� ���� ��� ��������0����%�����K.'����L-����������(�����'�����'����������� ��'6��������� � 6� � ��� �0'��� ��� '� .���� �'���0� �� ����� �����'�� ���� �� ��'��� � � ('������ ��'����'���� ���������� ���������������-�2 ����'�����������'���'�� ��'����&�������� ��� �'��� (���� � ��������� ����� ���� ������'���� �� &���� ���� ��� �� �� ���'��� (���� '�'����� � � (������ ����� ��������� ����'�� ��-� ����������%� �����'���%� '������� �����'����'�����'��������������'�'�� ����(�� �����'������ ���������'��������'��&'�� ��'��� � �������-� ����������� ���� ��� �'��� ���� ��������%� �������� ��%� � �������� ���� �������� �� '� ���� '� � ���� �� � � ��'�� � ��� '������� '��� �'6��� ��� �'�� ���-�8������ ������'��%����� �����'�������'����(���'������������ &����&������ ���� �� � � ������� '���� �� ����������-� �� ���� ����'��%�&���� '���&��0����� ���+F�����'�'���23��,%� ������� ���� ����� ���� � �����0������ ���� ��'��� ��� �'�'���������� ��� ����� '�� 2�3� '��� �2%� � K)������ ��� '�� �=L-� /������������%� ����� ������������������'��'���?������� �(�������������(��������� ���'����� ���������'�������'����&'�� ��& �6��������������'����� �%�K�����'����L-��

3*!*! ����������;�������

I ������'������'��'��( ����� ?���%�'������������(��� ���0�������������� ����������'������������'���'�'�������������������� �����'��(��������������'�������� ��� �������� �� �����'�� ( ��-� /�� ����� ������ ��� �'��(���� ����� ��'�� ������ ��������'���� �����������'��'������ � ��&'��� '��� 2�3�'�'������ � ��&'��@� ��� �����'��� ��*��%����/�%�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

:���;�:�'���;�/8��%�'�����������'��� ��2 ������� � ���%�/ ���%�:���;�:�'���;�/8��-����� ������� ������� ������� �������'��( �����'��� ����������'��'� ('���� � �� ��&� � ����-� )�� �'6���� ��'����� '��� �����'����� ���� (��'�� ��%� ����� ���(������ � � ������� ���� ��4���������� ��� '�������-� I ���� ����� ����� � ����������������� '� ��&� ������4��� ������ ��� ����� '� �� (���� &���� ��� � ���� � � � ������������� �-�� �������('���� ����'���� �'��������4���'���&��� ��������%�(���� �������('���� �� ��&� ������4��� '��� � ��� �� �� ������ ������%� ��'����� � � ���'���� ��'��� �%�����.'����)-���;��'��������'���������������� �������� ����%��������'���������� ��������&��'��( �����'���� ��� ��%� ��� ������ '� �'���� ���(��� �� ������� ���������� ��� ��'��� &�����0�������� �����������-������������������������������ ������ ���� ��4����������� ��� ���%����������%����'(�����%���'��& ���������'����'���'�������-�������� &�'�'������� ��� �'��� � �� (���� �'��� &���� ���� '��� � � ����� ���� ������� ��������� ����6� �������������'�'���������'���'����4����������K.'�����L-��������������������%�� ��'����&����'�('�6�� ����'��'���'�����K���'���!�L%�� ���� ���'������������'���6� &������� � ���� �����'� ���� ��� '�'������ � ��&'��� ����� '�� :���;�:� '��� ;�/8��-�2������� ��%� ���� ������� ���������� '��� � �� �� ������ &���� (� 6�� � &����4���������� ��( ���'���� ����� ���'�'������ ��������������'��'-���'������ �������'�� ( ��N������'���'�� (��'�� ��� � � ���� ���� ��4�������������������� ��� � ���&������ ����� �� ������'���'�'��'(��� � �'����(���'�� �������������� ����'��� ����� ��� ����� �'��'�'���������'������-��������'�����������'�� �� �������� ������'��(���������� 2������ F%��� ���'�����-� ���� ������� ���������� ������ ���& �6�&���� ������� ���������'��������4����������'���'���� ��'(��� � ���'��'��� �������������-�������'�'������&��������� ��������'��( ������'����(������������ �����'��'�����6�� ��'���� '���������� ���� ��������-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

*�����#��1����� ����������� �����%������������������

������ �� &������ ��� �������'��(����������������������������� �������������������-��

• �������'��(������� ������� ����� ����'������� ����'�������������� �%���'������ �����������������-��

• >����'���%������������ ����0������ ��������� ���� ��-�• /�� �'����� � ������%� �-�-� ���� ��'�� ���� �'���'���� ���������� �'����'��� ��

� ������'�� ��%�'��� ����������� ����'���-��• 3���'���'�� ��4������������ �� ����� ������ '��� � �� (� 6���� &�� � � '� ������

��'��� ����� ����� ������ �'���������'��'�-�������'6����������'����'��'������ ��'�������%� ���&����� ��������6�'�'������� ('�� ��4���������� ���� ��� ���������'�� ��������'��( ���� ���������������-��������'���� ��'���� ������'���������������������������'���������-�

• �'��� ��'����� ��� ��4���������� ��'�� � � �0�������� ���� � �������� ���������'������������������������'������������'��-�

• 2�'��(�������� (�����'������� �������'�����'������ ��0����������������-�• 7� &�������'�����(��(�����'�6�������� �������4�'����'������-�• ���� �����'������� ���'��������������'���� ���� �������'����� � ������������

&'�-�

3*" �����������������������������������������

' ��,�� ��%�� � � � ����� ����� �������� �����%���� �� ��������� �����,��� -�,� ������� ��� ������ ������� 1,�� ���%���� �� �� �� ��� ���� %�� &��� ����%� �� ������ �� �&��� � �,�����%������������&���%�� �#����

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model , Check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Global mechanical requirements

Component design engineer

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model , Check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Global mechanical requirements

Component design engineer

Global mechanical requirements

Component design engineerComponent design engineer

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

�2������"��� &��������'��& �6���'�����������(?���� ������������������'���-�/���'��(���������'��������'������� ����� ��'����� ?��������'����� ����4����������+�'��%���������'�����������%����-,� K2��� ��!FL-���.� ������)'����3 ����+.)3,%� K.'�����L%� ���(��������� ���'���� �����%�'����������������������'���'��'�����'��'���� �������� ������( ���� �����-� ���� .)3� ��� � ���������� �� �� ��'��G� ��( � �������� K9�(6'� ��� '�� $$L%�&����� ���������� ��4����������'�� '� � �'�� �����-������� ���� ��( ��������� �� �����'��( ��� '��� (�'��%� ? ����� '��� �'����%� K.'���� �L-� /�� ���� (���� ��� '��� (��'6� � &��'�������%�����.)3�� ������ ����&���������'���� ������ ��N��������%�����K�'������L�'��������'����'���'�'�����-��'����� ?���������'������&���( �������%����'����� '���0��������6� &������ ('�6-� ����� '� ('�6� ��� '� ��� ����� �� �0�������P� 6� &������ �������� ��'����� ��'��������� '��� ���� ������� �� ����� ��� ����� ���������� �� �'������'����������'���'�����������������'��?����������K.'����)L-����� ������'�� ���� ���������������� �� ��'���������'�����'������ ������.)3�� �����&������������� �6����� ('����4���������%��-�-��� ('�����������%�&�����%���'��& ��������%����-������ ��'���'�� ��'������� ��'�� '��� � ������� '��� �� ���� �'��� ������ �� �'������-� 2 �� �0'����%� '� ��&���� �'������ �������� ����� ��?������ &�'���'��� �� ���������� ��'����&�����'�� ���&��� 6� &������� � ��������������'�� �������� ���� ������'0��������� ��'���-������������� �� ������ �������'��������'�� ���� ('����� ����'��'�� �� �� ����� ������-�����.)3���'��(�������������4�'����'�����'���4�'���'������������'������������-������������ ����� ����� ���������� � �'6������ �������&������ ����� ��'���'�� '�&� ��%� '��� ��� ������ ��'��� ��'�� '��� �����'��� �'������ � ����(���� � � '��� '������ ���� ��� ��� ����'��'�� �-���������������.)3�� ��'����������4���������� ������� ����'��������( ������������-������� �� �������� '��� ���� ����������� � �� ���� ���'��� ������� ���������-� ������ �������'������������'��%������������������������ ������&������4����������'�������������'��'-��������'�� ����������������������� �����(���'�� � ����'�'������� ��%�K.'�����#%���'���2L�� �����6�������G������������������������ �'���������'%������2������ $-� /�� '����� �%� ��G���� �'�� ���� �'������'�� � ���� ��� �� �� �'������ ���������� �����������6� &������('�6�-�� �'����'�������4������'�������'������'���� ����������'�� (�� � ��������� (?��������� (�� ���� ���'�� ��������-� ���� ��'����� �'�� (�� �������'�'����� ���� � ���� �� ��4����������+����� ���������� '�����'��& ��������,� '��� ��� ������4���������� ���'��� �'�������%� ����� ���� ��'���� �'�� (�� � ��-� 2 �� �0'����%� ��� '���'���� �����'���'6����'�&���� '������� ��� ���'�? ����&���� ������'���� �� ����? ��������� �����6��������� ���'������������� ������? ����� ���'��%�������'�������'�����'(��-��)��6�����������.)3%�� ������� ����'���������'�'�����&�������'���������%���'��(������'���� ��� ���'�����������������'���������� ('����4�����������'��(����'��'���-�/����%�� ���0'����%��'������ �'�'������������'��� ��'��������� ����'��'0�����'����������'�� ������� ���� ��'�� � ���� ��� �� '� ���'������ ���-� 2 �� ����� ���� ��� '��'�'�������

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

� ������� �������&�����������(��'��������'��(����'����� �� ��� ���'�(� '���'���� ����'����������4���������%�����'�� �K.'����2L-���

*�����;��*���-��<��� ����� ���������������

3*"* �������� ��������� �;� �������� �� ������� ������� ����� �������� �����������������������=�������

� � ������ �0�� ��� ���� � ���(�������� �� .)3� � ����'�� �� '�� ���� � ������ ��'��%� ��������������� ���� �� � ���������������'�� �'�'���������� �� ����������� ������&��������� ���(������ ��'�� �'������ �������%������'������2� � ������KD���������'����L� ���;��K��'��'��'���.��� ����#L-������ ���(������ ���������'���� ������������������ ��'���� ����'��������������&�������0�(���? �����&���� �������� � ��� ('���������'��'��(����������K2������� ���L-�8����������'���� ������.)3������������ �������'��������� �� �'������%� ���'������ '� �'��� � ������ ������� �-� �'����� �'��'����� ��� '�� ������'�� ������ �� ���&�������4���������� �� �'������'������������ ������� �����'���'��� ���'���� K3�������'���� '���#L-�����'��� ���'�� ��'���� �����2��� ������'��2 ��� ���� � ���%� '��� ���� ������ ��� '�� *��-� ���� �2�� � ������ ��� &���� ������� � � �'6���'�'������������������������������'�������� �������P��������'��(���������'����������'�'������ � ��&'���� ����� '��:���;�:� '���;�/8��%� '�� ��� �����'��� '��*��-� ������������� �� �2�� ��� ��'�� ��� ������ � ����� ��'�� '��� �� ��� � � ��� &���� �������� � ��� ������'�����'���(���'���������'������ ���'���-�/������ ���(���� �(��'6�� &���� ('����4����������� �� �'����4���������������������2� � �����%�� �������&�����;/�:�'����3/�-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

���������� ���������������������������������������������������������

3*"*! ��������������������=��� ����������������

�����'���� ��� ���������������� ����%� ���������������������� ����(��'(��� � �'�'��������� ���� ��'���� �� ���G���� ���'��� ������� '��� � ��'��� ��� &���� ���� � �'����4������������ ������.)3%������2������$-�2������� ��%����'�����'�'����������'��'(���&����������������� ��'���'���������������'��(��4�'�������%��-�-�'���'���� ���'���� ��'������� ���-�I ��������� ������ ��&'��� � � (�� ����� &������ ���� �� ����� ����� ������ �� ����%� ������ '��� �����'������'���� '����'�� ��� ��'�� �'��� � � (�� ��'���&���P� ����� ��� ��������'��� '��� �����'����(�� &-� /�� �'����� K�#� '��� 2L%� '� ���'����� ��������� �� �� ���� ����� ������ �� ����'�'������ � ��&'���� � �� ���������� ��� '�'��'(��P� (�� &� � �� &�� '� ����'��� �� ��������������%�����'�� ��2������!�'���2������#�-�

�!�"�# ���$�%������������'��������'����'6�� ��������� ����%�( ��������������� ������'�����(��4��������� �� '�'������ � ��&'��-� ����� ��� ����� ����� �'����� ��'��� � ��&'��%� '� ���(��� ����'6�� ������ �'��� � � (�� ��� ����-�������� ��� �������� '�� '�� �'���� ��'��� �����'�������� ��'����� �� '� ����������� ���������'�� �� '��� �����'�� �'�����'���-� � /�� ��������� ������ ���;/�:�'����3/������������ ?���%������ �� &������ ����&������� ������ �'����'���� ����������0����-�

Global mechanical requirements

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model, check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Component design engineer

PBM (Requirements at sub-system level)

Preliminary analysis by design engineers using ADRIAN and DAMIDA

If the requirements in the PBM can not beFulfilled, rebalancing of requirements are needed

Global mechanical requirements

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model, check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Component design engineerComponent design engineer

PBM (Requirements at sub-system level)

Preliminary analysis by design engineers using ADRIAN and DAMIDA

If the requirements in the PBM can not beFulfilled, rebalancing of requirements are needed

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

• �����'���������������@� ����������� ���������%� (��� '�� � '�'������ '���� ����������������

• /������� ����%�( ���������'��'����0����'���• ���'&������ ���������'�����'�������

����� �'���� ��� �������� �� ���� ������� ������ '��� ��(��4����� � ������'�� �� &��������%� �� &������� ������ ��� '����'6������� �� �������%� �'��� ����(������ ��� � ������������� ������� ��&'��%�����'�� �C-�-#�'���#-#-#-�

�!�"�" ����������%������&�'���� ���� �����'������������'�'�������'���� ��'���'�� ��� �������� ������� � �����������������'���������-����� ������'�����'�����������������������'���������'����'��&���� ������ ��� � ��&'��%� � ��� ����� �����'��� �� '��� ������ ������� � � ���� ���'�'�������� ����(��� ��� ����������� ��&'��%�'���'��'��� ���(��%������'������������� ������'����'����'�-�/��� ����'�����������'�����( ���� ������������� ������� ��&'���'���� ������������ ��'6�������������������'�'������� ��&'��-�� ��'6������� ��&'���� ��������'�%���'��'���� ��'��������'��/>��� �����.%�'�������'�� ���'��'������6��K:���;�:����L��� ����(������-���������������'��'���%�'����������'���� ����������������'������ ��'�6��-�

�!�"�! (������ ������I �������� �������'����� �� ��� ����������� ���������� �������� ����%������ '������ ����� ��������� ����V������ ��'���� �������� ���������� ���������� ��'���� ��( ��-������ ��� ������ �������'����������������� ��'��� ��� ���� ����(���������'��&�'�� ��� �'����� (�� ������ ��-� ��'�� ��%� ���� ������� �� ����������� +;8/,� �� ���� (��� ������-� �� �������� �� �� ;8/� ��� ������������ ������� ����'���� �'�� (�� � ���� �����K)������ ��� '�� �=L-� � ���� � ��&'��� ��� ������ �� ?����� �'��� (���� ����� ���� ���������������� (������%� ���'������ '� � ������� ;8/-� /�� �'��%� �'��� ����������� � � ��&'��������� �������� ?������ ������������� ����'���(����� �������������'����0�� ����� ����'���(�������K��'��'��'���.��� ������#L-�������(��4��������������'�� ��������������������-�

�!�"�) *'���%���&��&�'������%�$�'�%�'I ���� ����� ����� '�'����� � ��&'��� � ��� '�'����� � � ���� ��������� ������ �� '�� ��'��%����������'���� ���� �������(��&��������� ��&'���'�������6� & � &� ������� ��'��-�9���������� ��&'���&����(�� �����'�������'����� ������� ��'��-�J����� ������'����������������'���� �������'��������� ���� �(��� ����� ���'������ ������ ����������� �����-� ����� �� ���� � ��&'��� ����� ������ ������ � �� '�� '��� (�� ���� � ���(�������� ������� ��'��%��������'�������'�������������������'��'�� ��'����'��� ����������� ������ �� ���� (�� � ��� �� � ���-� ��'����� �� ���� � ��&'��� �'�� ��'�� � ����'� ��'(�����'����� ��(��������'��'��'���-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

�!�"�+ ����%���� �������)��'6����� &����4������������ ��'������'��'�� �(�������������-����� �����'������'���'������������������� ����'�������������'��%��� �'�� �� ��( ���'���� ����� ���'���� '���'���� ��'�����'����� �&'���'��� ��(�'���'���? ����-�8���'�����'�� ��� ����(��� ��'6��'� � �� � �'�'����� ��������4�������� ����'���'����%�&���� ��&��� ��� � ���������'�� ��������%�&��������'���� ��������:*9-��

*�����9��A�����-��&�������������� ��������&�-�����

3*"*" #<������������;����� ������

I ���� ��'������ '� ����� �������� ?���%�� ������ �� '�'������ �-�-� (�����'�6���%��'������� �'��'(��� �����-� /�� ����� �� F-=%� ��4��������� (��'6� &�� �� �� �� ('�� � � � �'�������� ��� ���������� '�� '� ��'��� � � ���� ��� �� ����� ����� ������ ��'�����-� /�� ������� ?���� �& ��0��������'������ ����'���(��������� ���-��������������� ���'��(�������� ���'����������� ('��� ��� �'������������ ��� ������ ���'��( �����������'�� � ������������ '��� �� � ���'�� ���� �%� ���� K.'���� �=L-� �� ����� '�����'�� �� �� �������� ����%�� ���0'����%�� �� ��� ��������������'���'�����������������&������������'���� � ���� �'�� ( ��� �'����� '����(���� &���� ����-� ���� '��� ��� �� ���� ���� �� �'���(����'&'�����(��*��-��������� ������� ������� �����'��(�������� �(�����'�6�� ������ �N��? ����-� ������ ������ ����0� ��( �������� �'��� '� ���'�� ���'��� �� ���� ���'������������� ��'��'��( ��-�������� ����0���'����'6��������� ���(���� �'�'���������������������(�����������'������������� �����%�'����������'���&����(�'������� ��-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

���� ����� �������� ��� ����'�'����������? ���� ���������� ��� ������������ (��� �'�� '���� � ���'�� ��� ��%� ���� K.'������L-� � /������������ �0��������'������ ��� '�� *����'�� �� &�� � � (�� '� � ����0� �'�6� ��� ������ �����'�� ���'�������-� �� ��(��'���'��������� �������������������������'��� ���'���'������� ��������'������� ��������������'����������� �(��� �����'��� ��������'����������� ������������'���������-��

3*"*. ����������������������

• �'��� � ������ �� ���� (�� ������������ ��� ���� �'��� �'���'��� (�� '� �� ������('���� � ���� +.)3,� '��� (�� �� ���� �'��� ������ �� �'������� � � ������� �'���� ������������� �-�

• ������ ���� �'��� �������� &���� '�'������� � ������ ��� �'6��� (�����'�6����� ������������%��-�-�� ������ ��N����� ��'�����'��(��4�'�������-�

• ���� � ������ � ���� �� ���� ������� (��'6� &�� �� ��4���������� ��� � '� � �'��������� ������������������������ �'����4����������� ���������������'��'-�

• ������������������ ����(���������'�� � ����'�'������� ���� �����6������������������������������ �'����4���������-����������������������� ��� �����'�'������� ��� '�� � ������� �'�� ( ��� �����%� '��� ���'����� ��'��� �'�'����G� �������������'�� ��-�

• � � ���� ���� �'�'(�������� �� '� � ������ � ���� �� � �����%� ��� �� ���� ����� ����'�'����� &���� ���'��� ������%� (��'���� ���� ��'��(������ '��� � ��� �� �'�����������������'���������� ('����4�����������'��(����'��'����� ����'����� ������� ������� ���� ��'�� �������'������ ���-� � ��'6�� '��'�'�������� ������� ���� ��� ������ ��� �'��'(��-� /�� �'�� (�� ��'���� � � � ��� ��� '� (� '�� �'���� ����'����������4���������%�'�����������'��'�'������� ������� ���-�

• )'�6�� �� �'������ �������� �� ���� (�� �'��%� ����� ���'������ '� ��'������ ��'���'�� �-�

• I ���� ����� ����� �'�� � ���� '�'������ � ��&'��%� '��� ���� �'? �� ��'6�� ��������� �����'6���'��%�'���������������������� ����(����� �����������-��

• 3'������ ������������'���� ������'��� &���������� ����(�����'��'������ �����-�• �0��������'�� ���� ��� '�'����� � � ��������� ������ �'�� (�� ����� � ��

(�����'�6���-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

*����� ���*��-��%,����&��������������� ��������&�-������

3*. %������������������� �������������������%%

1,�� ��%�� � ���%����� �,�� ���� ���� � � �� �,�� ������� �&� �,�� ���� ���� � �&� �,������������������� �����%����� ���,��������������&�-����������� ����'���� �'�� (���� � ��� &����� �������� � �� � ��� ��'��� ��� ���� �� ���������� ������'��*��-�������'���'��� ���� ���(��� � � �����'��������6� ����������'���

��2%���� ��)��3��

��'������������ ����������/��

�������������? ������� ��;/�:�

3�������'����0����� ������3/��

��'������������ ����������/��

��'���������;�/8���

;������� ��9�3� �'���'�������:/3��8;�

3�����������:���

��������

��'���������:���;�:�

;������� ��9�3� �'���'��������:/3��8;�

2��)�0

�)&(2�&%��

������������������ ������ ��3/��

��'%���� ��18/:���

� ��'�����������&����� �'���'������'������� ��.)3�� ������6����'����������������������� ��'����� ��'�����'������������.

������������ ���������� ������������������������������������

� � �

���'��� �����������������'�������������� ���������� �������� �����'��������'����������� �� �����'�� �-� /�������&�� '��� ( ��� ��'����� '��� ����'����� (����'�� ���KA��� !L� �'��� (���� ����� '�� '� ��'��� � � � ������ �'�'� ��� ��� ��� ���� �����-�.'������'� ����������'�� (��������� � � ��� ���� ���� ��'6�� ������ �� ���� ����� ����� ��&'��� K)� �(������� '��!=L-���������'�����'��(����� ��� ��� ���� �� ������ ���������� ������ ����'���������%��-�-�������( ������������������'���(�������� ����������'����'���'�������(������� ��'���'���&����(������ �������������� ��'��N����������� �����-����

3*.* %��������������;������������������������

� ������������������������ ��������������������� ���������2������$�&��������� ����� ������� ��&'��%��3/��'����;/�:%��'��(���������(������'��� ��'���� ��� ������������������ �������'������� ���������-�������� �������'��� (���� ������ ( 6��� '��� � ��� &���� (�� ����-� ���� ���������'�� �� �'�� (�����'�����'���� (�� ���� �'���� ��� �������� �� � ��� �� ���� ������� ������ '���'��� '�� ��������� ������ ��'��-� 3'�'������� �'�� �������� ��'�� ���� ��0�� �'�� ( ��� �� ���� (������� �����������'�����'�������� �������� � ������ ����-�������� ������'��(������'����� '�� �����'�� ( �������������'������-��� (��'6� &�� ���'����� ���� ����� ��� ���'��� '���6� &������ ('�6�� ����� ���%� �-�-� ����� �� ( 6��� ��'������ ��� ��'�� ��'( ����� �������� ��� ��(�'���'�����������'����'������'�����'�'�������'����'��-��������'�� ( 6%� ���� ? ���� ( 6� ��� ������ ����� �����%� � ������� &���� � ���������� &��������������������������� ��? ����%�����'�� �K.'������L-������ ������� �� '� �'�'������� � ������ � ���� �'�� ��'����� ������ ���� � ������'��� ��&'����2��� �����-����������'��'&'������� �������� (���� ��� ��'������ ���������'��'���� �� ��'���4�'�������� ������������%������'����-��������� �� ������'�� ��� ��&'��� ��� � �� ���� � �� ���'��� '�� ���� ����'������ ���'������-� � ���� ���'��� ������ �����������'�����'���������� �������� ����%�� �������&����� ���� ��'�'���������( �������%�����2������#�%��'��(����'�'�����%�'��������(���(�� &-��

3*.*! '���������;����������;����������������

1,�� ��%%���� %�����$� ��� ��� � � #� $� ���� ������� ���� � -�,� �,������ ��������� 1,��&��&�� ���&��,����%����������%����������-��1,����+�� ��,����%�� ���� �����<� �&���������*�� �����,��������������������'��� ���'� ��� ��'�� '�� �����'�������� �������'�� ��(�� ��������������������%� �-�-������� ����� � ���� � ��� ���� ���%� ��'��� � � � ��� '�����'����� �������� (�������'��'���%����'������ ����� ���(������ � ������'�� ����'�� � ���� �-� � /������� ��F-#� ���������������'�� �%��������������������'� ���������������'�� �� ������& �6�������� �����2������"������������'���������

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

2������$�&������'����'���� ����� ��'� �����'���(������� ���� ��-��������������'��'���(����(� 6���� &��'�� ������ � �2������##-�����(� 6�� � &���������'�'����'����� � ���'�������'���������'�����������������'�'��������(������C-�-=%�'������6���� ���'����� ��������������������'�'���'����'�6���&������'�����(�� &-������������ ��'������( �� �%��,�� ����� ���������������������'���'����������� ��&'��%�����'������'���� ���'����P���������(���������������������'�����&�����'���� ���������-�������0��������� �����������'��@�&������� ���������'��� �� &�-�I ��� �������������(��'6� &�����'����%�����*�����F%� '��� 0��'��� ����� (��&���� ����'���� ��� �� ����� ������������� '�'������ ��������'���������������'( ���� ���� ���0�&��6�-�/��'������������������������� ��� ����� �����'�'���������'�������� �����������( �������'�'��<��%����& �����'6��'����'��� ���&��6�(�� ����������������������-�I ��������� ����������������������'���%�� � ����'���0�������2��'�'������ ��������'��������� ��'���� ��'�(�'������� ���'��(��� ������'���&�� ����&�����3/�-������������������ �� ����� ��������������� �����'6���'( ������������������-���'��<������������������ ��'�? �������'���������� ���'���'�����'��<'�� �� ���������������� �'�� (�� �'��� &���� ����'�� 2�� '�'������ ��� #� #C� �������� &���� �;/�:-�.���'����� ���� ��� � ���� �� ���� ? ���� � �� ���� '�'������ ��� �;/�:� �'6���'��� 0��'�����# ��� ���-�2������� ��%�������������'������������������'��'���� ��'���'���P�����2�������"�'���!%����.'����2-�����'�'������'����������� �����'��'���<��%��-�-�����������'����������<�%�'��&����'������( ���'���� ����� ��-���� ������� ��������������������������������� ��&'��%������ ���(������ ���'�����'�'�������'������� ��������� � ����� ������ (����� ������� ��'�� ����� ����%� � �� ( ��� (�'��� '��� ? ����-�:���� ���'�����'�����(�'������� ����'��(���'�������'������� ��������%�����������'�����'�����? �������������'��(�� '�'��<���&������ '��'�-�I ��� ��� ���� � ��&'��%� ������������'��(��&����������� '���'�'�������'6��� ������������� � � '�������� ������'�� ���� ���� ��-���(�������0�� �'�� �� ������� ���� ����'�����'���� ������������ �-�)������������ � ��&'��� ��� .� ����� ���� ������ '�� *��%� &������ �'�� (���� �������� &�����'���'����� �� �����'���� ���������� '��� ��������-����� ���'����� ����'�� ���'�� ���� � �� ����'����'��� �(��'�� ������(�'������� ����'�����(����������-�1 ������'���(�����'��� ��������&��� ����'����� � �'���� ����'����'�-���� ����� ���2������##%� ������&������ �������� �����&��������������(��������'�� ��� ��&'���������� ����� ���'��� ��� �������'� ������ ���'��( �������� �����-�/����'�� ��� ��������'���(���������'���'����0�������� ������'���'��� �������������� ��&'���'��������'���������'���������&������ ������ �� ����� � ���� ��� � ��'��-� � ������'(��� ����� � ���� (�� �'���� ��� ���'�'�������'����� ��� ����(��������'��������� �(�����������������'�����'���� �%������2������$-�������� ��'���4�'���'�������������������� ���������������������� &������� �����������P�������'����'�&����� ����'������� ��%������'������������������������ ������� ��&'��-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

��

������##����'��$�&�&������&�����������������

��

�� ����� ����� ��������'�� ����� � �� �'�� ( �������� �����-�

)����������������'��( ����-�

3 ��� '�����'������������� '�'��<��� +'����( ������������,-�

2�&���� ��� ��� �������( ���'�'�����-�

2'����� '�'������ � � � +'����( ������������,-�

������ ���������G� ��'������ '(��� � � ����'�'������� ���� ����( �������-�

W�

W�

W�

W�

W�

W�

W�

W�

W�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

� ������'(��� ������ ���� (�� �'���� ��� ��� �'���� '�'������ � ��� ���� (�� ������'��������� �(�����������������'�����'���� �%�����2������$-����

• I ���� ������� ���������� ���� '�'������ � ��� ����������%� � ��� �������'�����'�������'��(������������'��� ���������%���'������ �(��������������

• I ����������� ���������� '���������'�'������ � ��%� '�'�������'��(������ ������ �������'�'����-��

• ������'��� �����'�� ��� ��'��'�&�������'������ ��'�'������ � ���'� ����������������������'���� ��� ���������� ��������'� �����

• 2�'������ �� �� ���� � ������ � ���� '��� ���������� � � ���'��� ������� ��� �� ('����4����������'���(� 6���� &��'���������(����-�

6 #<����� �����������������������

1,����%�� �������� � �� ���%��������&����,��%� �� ���&� ��%,� ���� ���������� � ���,��������� �����,���,������������ �'����%� �%� )%� �#%� ��%� �=%� %� �� '��� 2� �'��� (���� ��������� ��� ����� �������'���������-������������'���%������� ����� ������������������ ���� ������������������ �����$��� ������ ���� �����'�� ���'�� �� � &� � � ����� �� �� ����� ('���� � ����� '��������'�� ��(����������������������-�������� ����'���%������� ����%����&���%����+��%,� %��� ����%������ �� �� ��������� ������ ������$� -�,� ����%��� � ��� %��� �����%�������(�������� ������ ��.� ������)'����3 �����+.)3,�� ��� ��������%�&����� ����0'�����%�'������������'���������� ������'������������� (���� ������������������� ��� ����������������-������������'���%���.'�/����������&���������� ���,����&& �����&�0� ��� � �� ��� ����%��� � � �,�� �����%�� �������� �� ���%���� ������(��� �;/�:%� '��'�'������� ��&'���� �(�������(����������������������%�'�� ������� ����'������������������������ ����'����-������ �����'��������������'����%�*����� ���%� �%���&& ������������ ��&����������)� ���� ��*����� ��,���&���1���� �����&& ����� ������� ����&���������2�,%���$�������(���0��������'������ ���� ���'������������������� ��? �����'���� ������������������������������������0����'���%����������&��,�������&�� � ��� ������ � ��,���� � � � ��������� %��� �$� ������(��� '��� ���������� ���� ���� ������������'���� ������������� ����� �������� ��'�����'����������� ������ �������������� � ���-� ��������������'���%�� ,� %���� � ��� ������ ����%�%���� ��3 �-������ � ������ � � ��� �� -�,� ������ � � ��,���$� ��������� ������� ���'���������� ���������'�� �� ��7� &��������'(����������������&���� �����'�� �� ���� ��-����� ������ �'���%� /����$� �������� �� � �� ���� ���� � �&� ��&�-���� &��� ������ ����� �%������������ -��������������'? ����� ������& �6���������������'���������(������� ���������'�� �� �� '�� '�����'������� ����� ����� �������� �����&���� '�'������� ���� ����������������������-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

6* ������

�B7�/�$�/���/���.'3��A/$�� ��������� ����� ������������������ ���� ������������������������������������� �� �!�"#$� ����%��� ������'������� ������� ����(� ��)��������$�����$�*�� %���

6* * �������

/�� ����� � ������������������ ��'�����'��'���'�� �����%�'������'������� �� �'��� ����� ��������'��������� �'���'���� �����%�� �������� ����(�����������������'�� �� ���'���'��-������ ������'������������(� 6���� &��� �'��������'��.)3����������������������'���'��(��'�� ��� ������� �����-�/��.)3%������ �'���� ��������'���('�'������ � ������� ���� �� ('�� ���������� ��4���������-� ���� �'��� � � � ��� ��� �������� '��� ������������'�� � �� �����%� �-�-� ? ����%� (�'��� '��� ������%� '���� �������� ��������������� ���� '��� ������������ ��� '� ������� �������� +2�,� � ���� '�� ������ ��������%� (�'����������� '��� ����� ������ ��������-� /�� ���� ��'���'�� �� �� ���� �'�� ���������%� �������� ��'���� ������.)3�� �� ��������������'����4��������������������'���������-��������������� � ����%��'����'���'����'���'���������� ��������'��(��� ���������'��� ��� '�� ������ �������� �� ����� �� ����� '�����&���� ���� ���� ��'���� (�� ����.)3-������������������'6���������'������������ ���'���� �� ����%����� �����(���'�� � ��������������� ���� ��-����������'�������������������� ����'����������������������(��&�����'�����'���� �� ��������� ��'�����0����-��'������ � ���� ����'��'�� �� ������'���'���� ���������'���(��������� ���%�� ������ �� ����� ��������'���'��� �������'���������'�� ����'��@� ����� ����� �� �����'������ ���� ���� ����'����� '��� 2�3� & �6���� (�� ��� �� '����� ���� ������� ��������� ��� ��������� ������ ��'��-� ���� ������� ��������%� ���'���� &���� '� ('�6�� ���� '�� '���'����'�%��'��������� &�(���������&��� ���� ���� �����6������������-�����'��'��'��� �� ���� �� � ���� ���� �� ��� ��'�� ���� ������ ���������� �'�� ���� ����6� ������ �������'�'�������������'���'����4������������'����(������.)3%����� �����(���'�� � ����� ��� '��� ��'��'����� ������-������� ��%� ��������� ���'�� ����� �����'�� � � ����������� ���(��� �� � ����� '��� ���� � �������� �����'�� ��� �� ���� � ������� ��������� ���-�)��� ����� ��������'���������.)3%�����'��(�������'��'�4���6������(��������������������� ����%��� &�����������'��� ����'����-�

6* *! '��������;����

.'���� �� ��������� ���� ���'� �� '� .� ������ )'���� 3 ���%� .)3� � � (��'6� � &�� ������4���������-�����.)3����'������'( �'����'�������������� ��� ��������������������-�������'�.)3�� ���������������(� 6���� &����4������������'��� ��������'� ���'6�������� ������� ������ ����� � (�� �'6���� '�'������ � ��� �'�� � ���� (�� ����������������-���

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

6* *" '������

�������� �� �� ����� ����� ������ ���� ����� �'��� ����'���� ��'�� ������ ��� '� �'��(��&��������� ��������'���'������'���������'�� �%�'�'���������� ���'�'������ ����������'�� ��&'��� ��'�'��'(��-���'����%������������'���'��������%�&����������� �������������� ���� ������ ��� � ��%� '�'������ ��� � �� �'��� (�� ���� ������ ���������-� )��(��'6���� � &�� ���� ��4���������� � � ��4���������� �� ��( �������� '��� �� �������'�'���������� ���� �����'���'������������������������'���'��(���� ���-��

6*! ������

)A��:%�:-%�2;�;/��8:%�9-��:��983.�8:%�>-�������� ����%����&���%����+��%,� %�������%�������� ���������������������� �����$�-�,�����%��� ����%����������' ��,�����%��� ����&��,������ �������� &��� %�$� "� ;�� �������$������� <$���������

6*!* �������

���� ������� �� � ����0� ����'���'�� ����������� ��� ����� (?������� '��� ��������� �������'������ �� '� &���� �'���� �� ��4���������� ����� '�� 4�'����'����%� 4�'���'����%���(?�������'��� (?������-�����0'����� ������������ ���������������'��'��( ��%�&������������ �'�� '� � ��� ��'���� �� �� �� &����� �'��'(��� �0��������� �'�� (�� ��'&�-�9 &����%���0'�� ��� � �����'��������'��� �(��'� ����-�������������� �����������(�����������'����'����� ����������'� �����&������ ���0����������� �'������ ���� ��-�)���������������'���� ������� ��'�� �� ��('���'��'��� ����� ('����� ����'��������� ������'�� �%�'�� (?�������'�'�������'��(��� ����'���P������(�� ������'(���� �������&������������ ����������������� �-������'�'��'���������'������'������������'��������� ����'���������%��������������'�� ���'��� �������( ��������U-�

���� ���'� �� (��'6���� � &�� ( ���� ������� '���� ������ ��� � � ��'�� �������'6���� ��'��� �� �'���&�����4�'�������� '��� �� ���� �'��� ����-������� ���� �'��� � ���� ��(��'6� &�� '�� ��� (���� ��� +��( ������� ������,� '��� ���'��� ������� ���'���� '������������ '��� ���� ��'������ ��'���'�� �-� � ������� � �� �������� 4�'����'���������'���'����4����������'����� ������'�� ��'�����?�����P������ ������'(���� ������������ � � (�� � ��������� ������� � ������ ������� �-� J�'���'����� �������'� �'�� ����� (��� ������������������������������ �-��� ������ ������� �� �� ������� ������ �'����� � ��'��� �� '�'������ '��� � �� &��� ����� (����-� /�� ����� � � ���� ��� &���� '� � ������ ��'�� ��� '�������� ��� ��� ��� ���� ��'���'�� �%� ��� ��� ��� ��'���� �� � ������ ���('��'�������(��� �����'����(��� ��� ����������� ��'������-��� �����&'��� ��'6�������� �������'������ �-��U��'�����'�� �@� /�� ���� ���� ����� �� � � ����� �'���� ���� � �� &���� ��������� �����@��,���� ��� �������� ��� -���� ��� �%,����� ��� ����% �� �������� %,� ���� ��� �� ������

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

���� �� /�� �'��� &'�� ��� ��'��� ��� ��'�� (�� ��������� ������ '�'������ ����'�� ��� '��� ������� ( ��� �����%� ���� *����� F%� ������ ��� '� � �����'�� � � ������� ��'� ����-� ������ � ����&'��� �� �����%������'�%����(�����'����������� '�'����������'�� ���'����( ������������%������*����� $-� 9����� � ��� �'�'����� ����'�� ��� '�� ��( ������� �����%� ��������� �'��������'�� ���'��� �������( ��������-�

6*!*! '��������;����

������'���%�� �������&�����'�����%�� �'��'�����0�������������������������& �6�� ������ ���� �� ?���� ���������� ��� ���� ����� �'����-� ���� ��'��& �6� ��� *����� "� &����'�'������� ���'�'������ ���( �������������� &��� ��'����������'���0'����-��

6*!*" '������

.'����)��� &���������������� ����������� ������� ���4�'�������� �������������(�� ���������� �� '��� � &� � � '������� ��-� ��������� ������ �� �������'@� ��(?������%� (?������%�4�'����'����� '��� 4�'���'����� ��� ����� &���� ����� ����� � ����0� ����������� '�������� ���-������'����������(���� &� ����� ������ ������� �� ����'�����'���%� (������������ .)3� ������4��� ��� '�� '��������� ��������'�� �� ?���-� ���� ����������� �� ����������'� �������������� ���� ��� ����������(��������������������������'���-�������������� �����(� ������������ �������������'����-���

6*" ������

�B7�/�$�/����.'�/����������&���������� ���,����&& �����&�0� ���� ���������%��� � ��,�������%���������� �����%��������������� ����(���'�� ���������1 ���'�� ��� ������������/�� ��'�� ����������/�������������%�1�/��-�

6*"* �������

���� ������ �� ����'���'�� ����������� ����� '�� �'�� ( ����� ��� '�� ����'����� �� �����(��&�����������'���'�'�����-�/���'��( �������� �������������& ���'����'���� ���������������� ���'�������%� �'6���� ���� � ��� (��&���� ������� '��� '�'������ �� &� '���� ����-�������� �������� ���������� � ��������'�������'���)%�('���� ���������� ��'�.� ������)'����3 ���%�.)3-�������'����������(���'����� ���������'�'������ � �� � �(����������� �?����� ��&��������.)3�� �����6���������'���'������ ��'���� �� ��� ������ .)3V�� ��'��G� ��( �������%� ���� ? ���-� ���� � �� ��� � � (�� ����� ������� ( ���� ����������� ������'������'���������-���3 ��� �� ��������� �����'��� ��������� � ����� ���'�'������&���� ���� � ��+�-�-�� ��������'�'�� �,� ��� � ��� ��� ���� �������� �������'����'�� � � ���� ������� ��������-����������� ���0���������&����'�'����������������� ��(���������&�����'��'������������'�� �����������'�����'�����'����'6��� ���'��'�����'�'�����-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

������ �(��������� �� ���� ������������� ���� �� '��� �������������� ���'����? �������� �%� ���� K.'���� ��L� � ���������� �'������ ���� ��-� ������'���� &���� ������ ������ �� '� ? ���� �'6��� ��� ���������� � � ����� '� ���4��� ������-� 2������� ��%� �������'���� ? ���� ���� �� �'�� '�� �0��������'�� � ������'��� ���'������ ���� ���� ��4�'����'�����(�����'�6���� ��� ������ ��V�? ����-������� ? ���� ���������� �'����� ���������� �� '�� 9�3�� �'��� ������� � ��'��� �� &����� �'����4���������%�'������������� ������ &������:/3��8;��� &�&�'6�'��'���������������-�2������� ��%�������������'�'�������������� ��'��9�3���'����'�����'����� ������'�� �� �������������-��

6*"*! '��������;����

.'�����#������ ��� ���'������ ���� ���'� ��'�'������(����������������������������� ����'���� �� '��� �������� �������� ��� �'���� )-� ���� ����� ������ �� �� � ���� '�'������� ��&'��������������%������������ �����������������'����2-�

6*"*" '������

/�� ��� � ���(��� � � ����� �� '�'������ � ��&'��� � � (�� ����� (�� ������� ���������� &������������ 6� &������ ��� '�'������ (�� � �(������ �� � ���� � ��&'��� '��� ����� ������'��� '��� �'���( ���'���� ����� ��-������� ������������� � �� ������� ���� �����������������������'���( ���'���� ����� ��P��������'����? �������� ��������� ��������'( ���&�'6�'��'�-��

6*. ������!

)A��:%�:-�*����� ���%� �%���&& ������������ ��&����������)� ������� �'���� ���="��C%� ��� ���� �� ��������� �� ���� /�����'�� �'�� ) ��� ������������� ��������%�/)������=%��" �!�8�� (������=%����('%�1'�'�-�

6*.* �������

�'��( ��������������'�������? �����(��&����(�'�����(�����'���'����'�����'��� ���� ('���������� ���������-�I ���� �������� ������������ ��� ������'���%� ��� ���� ���(��� � ��0��������'���� '������ ���� ���������� �� ? ����� (�� � (���� '��� �� � ���� ��'��-� �������������� ��'�(�'���'���'�����(��� �����0��������'����?����(�����������������& �'��������������� �� ����� ���� ��'����'�������� �'��� ����� ��������'-�I �������� ����� �'�? ���%� ������ '��� � � � ����'�� �� �0������� �0������ ��� ������(���� ���� (��'�� ��-������� ��%���'��������� ����������'���'��(��'�� ����'��� �(���'��-��������'����? �������� ������������������ ���� ������� ������� ��'�� ����%� ��������� ��%�(���'���� � ���'�� ���� ����� ��� ��� '��� �'�� �� &������-� 2������� ��%� ���� �'��� ���� ���'��(������'����(��2�3�&����'������'��� �����0����-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

6*.*! '��������;����

�����0��������'������ ��������(������������'��������� ��������'����� �����'�'������� ��&'������������� ����'�����#-������� ���'�� �'� ���6� � ���������� ��(�����'�6��������� �&'�������'����)-��

6*.*" '������

/�� ��� �� &�� ��'�� ��� ���� ���(��� � ���'�'�������� �������������� ��? �����&����'��'��� '����� � ���'������ �-��������� ���'��(���������( ��� ��? ������� ��*����'���'����'����� �� ������'���'�������-�

6*4 ������"

)A��:%�:-�B�2;�;/��8:%�9-�*����� ��,���&���1���� �����&& ����� ������� ����&���������2�,%�������� �'���� ���="��$� ��� ���� �� ��������� �� ���� /�����'�� �'�� ) ��� ������������� ��������%�/)������=%��" �!�8�� (������=%����('%�1'�'�-�

6*4* �������

�����'����������(���� &�� ���'����������� ('��� ��� �'������������ ��'�� ��������'������������� ��6��� ����� ��-����� ��'�� ���������� ��� '� ��������������%� '��� � ����'�������'��� ��'(����4�������-��������������� ��� �����'�������'���'�������������'���'�� ��'��� �� ��� �'��� &���� �'����� (�'����� &���� �'( �'� ��� �4�������� '��� �'�'��� ���'���'�������-� �������� �� ��� '��'��� '��� �� � ������'��� � ������ ����� ����������������'�����'��������'��(������������ ����'���������(����'���� �'������ ��%����������������������'��'������� �� �������������N���������'0��%�'��������������<�������� � ��� �� (�����'�6���-� ���� ����� � �� ��'������� ��� �'�� &���� '��� �4����������'����� '�'��'(��� '��� &���� ���� ����� �'����� � ��� �0��������� �� ���� ���� �� ���'( ��� �& � � ���-� 8���� ���� �&'�� ('��� �'��� � � (�� ���� �������-� �(� ������� � ��'�'���� �������'�������'����'�����'����������'����'��(������-�

6*4*! '��������;����

������'�������'����� ��������'�����'������(�����'�6��������� �&'�������'����)-��

6*4*" '������

���� ���������� ���� �� �������� � �'���� �������������� ��'��������� �� � ��� �'������������ ��� ����������������������������� ����� ��� '�� '� ��'��� �� �� ����� ��� '�������������� '� �'( �'� ������� �-� �������� ���'�� (���� ������� �� �����'�����������&�����������-��

6*3 ������

�8.�D 3���%�)-%�)A��:%�:-�B��983.�8:%�>-����������&��,�������&�� � ��� ������ ���,���� �� ����������%��� ����(�������� �����1 ���'�� ��;���'������������������������-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

6*3* �������

���� (?������� ������ ����'�������� ������ �� ������'����&'�� � ��������'��� ��������'��� ���'��� �� ������� ���� ��� ��� ���� � ���0�� �� '� ��������� � ��'��%� * �� � �'��� �� �'�� �� +*��,%� (�� ������(���� ���� (��'�� ��� �� ���������� ��� ���'�� �� � ����� ��%� �����(�� �� ������� �������� ��� � � &� ����'������� �'�� ���� ��� ���������-������'�'������������������������� ��4�'���'���������'�����'������ ����������� �����'���'��*��%�&������& � ������'��� ���&����� �'����'������'������-��

6*3*! '��������;����

��������'�����������������������'�������� ��������&����������'��& �6���������������'����)%� ������'���� ���'������� ������ ������� ������ ��-�3 ���� ���� ��� ���� ��������'��(�������� �������'�����'�'��������������� ���������� �������� ����-�������'����&����������� ����'�� �����������'�������'������� �������� ���������� ������ �������'��'�'�����-��

6*3*" '������

�� &����'��������������������� ����� ���������������������'����� �����������'������� ���� ��'�� '��� ����� ��� '� ���0�(��� &'�� '��� '�'����� �'�������� � � ���� ����'�� �-�2������� ��%� ��� ���<��� ���������� ��� ��������� ����� ����� �� '��� ���� ���� ��������'�� � � ���� ��� �� �� �� ����'���%� &���� ��� � ���� � � ���������� �� (����-������������������������ �����'������ �'����(����� &����&������ ���� ��� ��� ���'���� �� ����������-� ��������������� ��� �� ���� ����� �'���'��� ����� � �(�� ���� ������'������������'�����'������'�'�� ���'�������������� ��'( ���&������ ���� ��� ��� ��������������%����'������'�� �������������� �-��

6*6 �����#

)A��:%�:-%�/��7��8:%-�7��98;/%�*-�B���;��8:%��-��� ,� %��� � � ��� �� ���� � ���%�%�� �� �� 3 �-������� ������ � � ��� �� -�,������� �� ��,����/�� ���� �� ��������� �� ���� ������ ���� � ��������%� #$ ��� 3'�� ���%� �(� ���6%��� '��'-�

6*6* �������

���� (?������� ���'���������� ���������� &�7� &����� ��'(���������������%�7��%�&���� � �(����� &���� �����'�� �� ���� ��� ��� '� ����� ������ ����� � �� �� ���������� ������ �� ������%� ������������ ������� ���� ��� '��� ��'��'�� �� ���� ����������-� ���� �'���� ����� ���� �������� �� �� � &� ������ '��� '����%� �-�-� & �6����� ��%������'�� ������ ���'���7������� ���'������(������'����������������������������+�,�(��'�������������������� ��� � �����'���'����0�������'�'���������� ��-�/�� ���� ���������� & �6%� ���� '��� ��� �������� ���� '���'�� ��'��� �� ��������'��'�����'�� ��%� &���� ��'�������� '��� �� ���������%� '�� * �� � �'�� � �� �'�� �%�

������������ ���������� ������������������������������������

� � �

'�� � ����� �'���'������%� '��� * �� � ��� � � �� �'�� �%� ?��� ������� � �� ������'���'������%�( ��� ���'���������&����-��� �(������ 7��� ���� ��� '��� �����'�� �� ����� � ����� �'�� ���� ��� ���� ���������'��'�� ���� ����-�. ���������������'�������� ���(������ ���'������'��'���'�'������ ���������� ������P��� �����'�'�������������+�-�-����'���������� ���(������� �� ������'�� ��'���� �������'�� �,�'��������'�����'���0���������������'�� ���0�������'������������������ ��� �������'�6�%�� ���(������7���������������������'�-�

6*6*! '���������;����

.'���� �� ���������� ���� 7� &������ ��'(���� �����������%� 7��%� ���� � � ��� � ������'��� '�'������ ������� ���� ��������� ����%� ����� �'�� '� ���'�� �� ( ��� � ��'���� �#����'������ �����'���� '�'������ '����'������� '��� )� ���'��������������� ����-� ������'����&'��&������� �'��� ��� ������ ?���� '��� '�� � ������� '�� '��� ������ � � ����������%�������� ��� ���������������'���(� ������������������& �6%������ ��!-�

6*6*" '������

��� ���� '�'������ ��'��� �'�� (�� ���� ����� (�� �����'�� �%� ���� ������� ������� ���'��'�� �� � �� �'�� (�� ���� ����� '�� &���� ����'����� ������-� ���� ��������'��'�����'�� ��� ���������� �� &� '� ��������� � &'���� (�������� �����'�� �� '��������������� ������ '��� � �(������ ���� ������� ��� � ������� ���� ��� ��������'�����'�� ��%� ('���� �� �� ����� � ����� � ��'������ ( ��� �� ����� '��� �� �������� ��'�� �-� ������ '�����%, %��$� ��,������%��$� ��%��� � �� %�������� %,���� ���� &�����������������7��-�

6*5 �����$

)A��:%�:-�B�7�;���8:%��-�/����$��������� ��� ������ ���� ��&���&�-����&��������� ����� �%������������ -�

6*5* �������

�����'�� �� ���&�������'�� ��� ���������'��'���'��� � � ��������� ���������� ������� ���� '��� ��'�� ����%� '��� � � ��'��� � ��� '( ��� ���� �� ����� &��� ��� ���� ����� � ��������������-�9 &����%� ����� ���(�������� ������ ������ �����'�� �� ��� ��� ��� ����&� ��� �� ����� ����� ������ �� ����� �'��� � �� (���� �0�� ���� � � ���� ����� �0����-������� ��� ������ � �� � �� ���� ����� �� ����� ����� ������ ���� ��'���� (�� ���������� &'����'������� ����� ����� �������� ���������'�� ��'������� ����&���������-�������'������'��'���� ���� ������� �� ���� �����'����� ���� �����'�� ������ ��� '��* �� ��'��� �� �'�� �%�*��--�����&� �����'��%��� ��������������������'����� � �����'��'�����'����� ����� ������ �� ����%� � � ����� ������ �� �����'�� �� � ��&'��� '��� �������������'�� �%� '��� ��(��4����� ��'��������� �� ���� ���'��%� ��� ���������� '������������-��

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

����� ��'� ����� &���� ���������� '� ��&� �'�� ��� �����'�� ��'��-� ���� ������� �� ���� �'��( ��� ��� ��� �� ���� �� ������� ��'�� ����� ���� � ������ ��'� ����-� ������ ���� ��������� �����������'���� ���� ��� ���������'���'�'�����-�I ����'�'���������� ��� ����'��� ������� ( ��� ������ (�� �0����� '�'������ ��� �'6��� '� � �� �� ����� (�� ��� ���� ����������������G���'����� �� ���� ��( ������������ ��������('�6� �� �������� ��'���� �������'������'��������-�/���'��(����������������'������ ��������������'���'�'������(������������� ���������G��'������ '�� ��( ������� ������ &�����'6���������'�� �� �� � ���� ����'����%� ��'������ ���&����� &�'���� ������ ��������'��( ���'�'������K�'�����L-�� �������� ����������� ���������G��'������ � ��'6����������'��� '�'�����%� �& ����� ���&����� ����� ������ ���� ��� � ����'���(��������� ���@��;/�:�'����3/�%�� ��'�'������ ���'��( ���? �����'����'��( ���(�'���������������-������'����������(������������ ������ ��������� ���'�����'�������������'�����'��������� ����'����'����������� ���������� ������ ���'��( �����'��* �� ��'��� �� �'�� ��(�������������'����& �6� ���������������'�� ��-�

6*5*! '���������;����

����� �'���� ��������� ���� �������� �� ���� ����� �� ���'��� �� ���� ���'�� ��� ����� ����'����%�����.)3�'��� '����� ���'�������'���)�'�������� ����������������'�����#-����� ���'��� �� ���� ������� ������'��& �6� '���� ����� ������ '�'������ � ����� ��������� ?���������'��'����'������ ��������������'���-��

6*5*" '������

/������� &����'�����'��'�����������������'����������'���4���������(��'6� &�����'������ ������� &���� �����'�� �� � ��&'��� ���� ���� ���� 4�'����� �� ���� �������� (������������� ���� ������� ���������� � � �'6�� ��������'��� ����'���'�� '�'����������������%� ��'����� � � ��'��'�� �� �� � ��� � ���� �� '�����'�����-� ����� � �� �����'6����������� �����'����� ��'��&����&'������� ��� ��������'��( ���'�'������ � �(�� �'��%� (��� '�'������ �'�� (�� �'��� � ��� ��� �'�'����� �����(�� ��������� ��� ��������� �������� ����-��������������� �� ��� ������ '����(��� �� ��'6�� ������&��������� ������������� ���� �������� &�-��

5 ���������

���� (?������� ������� ����'�����'��(���� � � ���� ������������ ������ ���'��( �����&������������� ��� ��������� ��'����'�����'� ����%���������� ��C-=-�������������'��*����'���� &����'������������������������� ���( ����� ��'�'����'�'������������'�����������������������'���� �������� ���������� �������� �����&�����'������������� ���������-�/� � �������� ����'��(�������� ���'���&����'�'������ ���������'�� ��'���'��P� ������ ������'�����'��� ���'�����'�����'���� ���������'���� � ���� ��� �� �� '�'����'-� >����'���%� ���� ��� ��'�� ����� '� ���(��� '�� ���� ����

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

�� &���� &����� � ���� �� � � ������� '��� � �� ����������-� � �� �� � � ���� ��������������� ��� ��� ��'�� ����� ��'����� '��� ���������� �'�'� � � ��� (�� ���� �'����� � � �������� '��������'�� � ���� �� '��� ��� ��'�� &'�� � ��� � � '� � �������� ������ �-� 2������� ��%������������ ���� ��� �'��� ���� ��������� � � ������� ���� �������� �� � � ��'�� � ���'�������'����'6������ �'�� ���-������������ �� �� ����� ����� ������ ���� ����� ��� ����� �� ?���� �'��� ����'���� ��'��(��&��������� ��������'���'������'���������'�� �%�'�'���������� ���'�'������ ����������'�� ��&'��� ��'�'��'(��-����'����%������������'���'���������&����������� �������������� ���� ������ ��� � ��%� '�'������ ��� � �� �'��� (�� ���� ������ ���������-�J�'����'����� ��4���������� ���'����������'���'���� ���������'����� ��� ����� �������������� '����� ��(�����'�6����&���� � ��(� 6���� &�� � � ����������� '��'� �� �������������������%�'��� ����� ������'��� �'�'������ � ��� � �������� ����������-�������'���'�'������'����������'��������� ��� ��������'�'������������'�����'��%���'������ �'��� ����� ����� ������ ��'�� ��� ������ ����&��� �'����� ��'�� ������ ����� -� � �'������%� �����'�%� '������� ����� � ���� � (�� ���� ���$� '� ��'��& �6� ���������� '���4���������(��'6� &�����'�����&����'�� ��'����� ����'��(��������� ����'�������� �&'��� ��� ����� �� ?���-� ����� &'�� �����'�� �� ��� ������'���� ��� ��� ��� ��������� ������ �� ����-� �� �� ����� ('���� � ���� +.)3,%� �'�� (���� �'��� � � (��'6�� &�� ���� ��4���������� � � ��( ������� ������ '�� ������ � � ���� ������� '��'�� �� ��������������������-���'������� ����'���(��������� ����'���������������'����'�� � �'��� '�� ������ � � ���� ��4���������� '�� ��( ������� �����@��;/�:�� ��? ����� '����3/��� ��(�'��-�������'�'������ � ��������������������������� � ��'6�� ����'��'���� �����'��2��'�'������ �������� ��( ���������'�'����� � � �������������'�������� �����-�� ������ �������� �����'�� ��&���� ������ (�� � ��� (�� '�'������ �0�����%� (��� ����� ���� �����'�����������&����(��� ����'���������� ����������� '�'������� ���� ���'�� ��( ������� ������ (�� ���� ������� ���������%� ���� 2������� $� '��� #�-� � /�� ����� &'�%������'�� �� ��� (����� ����� �� '�������� � � ��'�� � ��� � ���� �� '�����'������ �'�� (����'��'���%���'������ �(������������������� ���������-���& � �0��������'�� ���� ��� �'��� (���� ����� ���%� ��� � �� ��'������� ���� �� ('��� ��� �'������������ ��� ��������'��%��������� ��(�����'�6����'���� ��� ����� ���������������-����� ������0��������'������ ������'���� ����'�'������������������������ ��? ����� '��� ��� ����'(��� � �� (�����'�6���� '��� � �� � ����'�� �� &���� �������� �� ���;/�:-����������� ���'���� �������� ��������������������'���(����� ����� ���������������&����'��������(���� ������������� ���������� �������� �����'��*��-�/�� ������ �'������ ���� ������'�� �� �� ���� '�'������ � ��� ��� ���� � ������� �� ���� � ��'��� �������'6�� ������ ����� '�� ���� /�� ���'������%� ���'�� ���'������� '��� ���� �����'���������'�� �����'��������'���'�� �(���������������������������� �����-����

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

����� ���������'�� �� �� ���� ���� ��� &���� � ����� ������ '�'������ � ��� �'�� (����� �������&���-�.�� �����������'���(�����'������ ������ ��'���6� &������������������&���� �������� � � ����� '��� � ���� '��� '�� ���� �'��� ����� ������<���� ���6�-� ����6� &�������� ��������� �����������'��(���������( ���� ����� �������'�'������� ���'���� �����'���� ������� ���������������'�� ��'���������'��-������������'����3/��'����;/�:�� ������������'���(����������( 6��%� �����'��������� ���������'� ��������������������� ������ ���� �������� ����� ����� �������� ���-���4�'���'�������������������� ���������������������� &���������� �����(�����������P�������'����'�&����� ����'������� ���'��������'����������������������� ������� ��&'��-���������� ��� ����� �� ����� ����� ������ �� ?����� '�� *��� �'��� �� &�� ��'�� ���������������������������� ��&'���'���'(���� ���'��'��������'��'�����'���������'�������� ��������� ��'����� �&����&'������� ������������ ��'��'�'������'��� �������( ��������-���'������ ��'���( ������������'��'�(�'�� ��'�? �����'��(���'���&������� ���-� /��� ��'��� �%����������������������� ��'�'������� ���'��� �������( ����������'6��� F�&��6���� ��&������������� �������������'���-������������������(��&�����������'���'�'��������������� ���'�����'������ ���� ��� � �(����'��'���%� ��'����� � �(�������������-� � 3'�'������� '�� *��� �'�� �������� ��'�� �'��� �� ���� ��'������ ��� ��������� ���� ��'��& �6� '��� ���� � ����� ������ '�'������ � ��� �� ���� (�� ����� �����'������ ��� �'�� �� ?����-� � ������'(��� ��������� ��� � ���� �� ��'� ����� ������� �%�&���� ���� �� � ���� ����� ������ �� ����� ��� ��� ��'��� '��� ���� ���� �� ���� '�'������� ��&'����;/�:�'����3/�����&�������'��'� �����������������������-��

8 $���������

��� ���,�������������� �������������� �������� ������ � ������ ���������-�,������� �-��������� 1,������������� ������ � � ����&���&������ �������� �������� ���������������� ������%���������� �$�����C�������D���1,��������%,�,������ ����&����� ���0� �������������,���-�,�2������������������� ��������������������6����� ����'��������&����� ���@����������'���� ����������'�������-�������� �����������������'����� ���(���� �'���'���'��'���'������'��� ������������������ ������ �����&����'������������ �����'������������ �0�������6� & � &��� ���'�������� ?����-�/������������������'������'���������� �����������0�(��%� �����'������ ����� ��'���'������ '������� ���'� '��� ��&����� '�� �'���������'�� �� � ��� �'�� (�� ����-� ����� ��� (��'���� ���� �����'�� �� ������4���� ��� ���'����� �'��� �������������'����� �������������� ���-������ ����%� ������ '������� � � ���'�� ��'�������-� �����'��� ������ ��� ��'�� '����� ������ ���� ���'���������� �(��'�� �������(�����������'����'���� ������� �'�� �-������

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

��4������ '� ������� ����� ������ '��� �'�����'���� & �6� ��'�� ��� ��'���� �'�������'�'������ �������'������������������& �6-���'��������������&����� �� ����(��� �������(���'�������<���'������������-�8����%�����6� &������� ������'��(������� ����� �(��X� ���� ���Y�� ��$�O� �������0�������& �6��� �� ��� ��'��� ?���-�I ���������� ���������� �������� ?������'����'��'����� �'����O� ��������������� �����G�� �'����� �������������� � �'����� �'�� ��4�������������������� �� ���� ����'�� �-� /�� ��������'��� ��'���'���������������'�����'����� ����������� � � ��%����������������� �(�� �'������ ��� ������� ���� '���'�� �� ����� ����� �����%� ������ ��� '� ��������������'����� �������'��-� �����'�� ��� ����� ������ � � (������� ���� '��� '�'����� � ����� '���'�� ��'��� �� ������� '��� '�'��'(��� ��� ��'�� �� +�� �����%� �'����'�%��'���'�������%� ��'��� �������',-� )�� � ���� ����� ���� � �(�����7��� '��� �����'�� ������� ������&����(�� ���'������������ �����������'�������'��'���������������'�� ��������-��������'��'���� ��'����'��������'���������������'�������-�������&������'�� �� ������������������ ����������������'�������������'����������4���%����� ���'����0������������ ����������������'���'���� ��'����������������'� ������������������%������'����%�.3�'��������'�� �������-�:�&�� ����'�������'�� ���&����'���'��'� ��������������-�3 ���& �6����������(����������� �'���'��������������������������������� ��'����� �X������Y�������'���� �0�������� ���� ��'����� �-���������������������&���������� ��'����6��������� ���'��'����'��� �'�-��

9 '���������)��-%�������� &��� �%%���� �� � � ��� �� �������-� :�&� A �6@� ��������'�� �� ) '��� � ��������������'�������� � ��%�/��%�����-��)'���%�7�'�� 1Z����-%�* ������� �����%������%�.��������9'��%�:�&�1�����%�#!!F-��)�������%� �-�-3-%� ��'6�'('���%� �-� '��� I '��'��%� 7-3-%� ���� ������ � � � ��� �� ���� �������%,%�/���� ��������� ����G��;��������3��� ���I �6�� �%�����8��������������%��7%�#!!�-��)�������%��-�-3-%� ��'6�'('���%� �-� '���I '��'���7-3-%�� �������-��&����%������������� �.����� ������E� ��������� �.�����%,�� ��,�������%����CF "�%� ����� ����F��,��<��������%%���&��������%���������� �%� ���@�2�'�6��(�����%��-� '���)'�6� ���'�(%�.-%� ���������*���'�%�#!!$-���� CF��)�������%� �-%� 6 ,��� �� �,�� �, �� %������ ���� � .�����%,G$� /�� ���� .� ��������� �� �����/�����'�� �'���/;.������������'�%�#F #$�3'������%�9 ���7 ��-���

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

)� �(���%�1-%�>�'� ��%�1-%�3 ����%��-��:� �&��� � I '��%� .-%���, �����,%�*����� ��,����� �� 1,��� .����� � ��� ���� �� /�@� �9���;%� -� �:� :�3/87�%� �-%� ���-%� .'������'� ��������%�.����������'���.�'�����-�#!!=%�9�����'��@��-����('������ ��'���%���-�#�= #CC���)�����%� :-%� )����R�%� 1-� B� .���� �%� � �-%� .��������� 4���� 5��� � 6 �,� ����%��� �� �������������� ����%�� ��/�� ���� �� ��������� �� ���� ������ ����'�� /�����'�� �'�� � ��������� �� � �� �����������������%�C ##� ��������%����#���������%���'��-��)�����%�:-�B�>�'���%��-$���������%,��%������&&�%���� ����� ������+����/�������� ��������� ��:8;��/>:�# #F� �������������%��� ������%�: �&'�-��)�����%�:-%�>�'���%��-�B�� ��< 3��'-%��������� � ��������&���,����&������� �������%,��/�������� ��������� ������/�����'�� �'��� ��������� �������������������%�/���=%�#! �#�����������=%��� �6� ��%��&����-�����/�%�����@GG���-=��-� �G#�-�-����%����-����'��'�%��-)-�'���.��� ��%�3-%�1,������%��� ��&���< �-������������� � ��� ��������%,��������� ���� � � �� � �������&� � � �������������%���������'����� ��������������� � ��&'��� =��+���#,����!�= !#�%�������������#-����6���%��-%���'�6� �%�.-1-�'�����'���%�3-%�1,��7�����&��,��� ���������� ����� �.�����%,%�/�������� ��������� ������������� ��������%�#$ �#�3'�����%��(� ���6%��� '��'-��2��� �%�1-%�4� ����<��&�2�,%������� �� �����%�3�.%�� �� �%�#!!F-��2 ���%�1-%�1�%, ������1�� �&���&���� ����������' ������$�1 ���'�%��833�:/���/8:��82��9����3%�������(���#!!FG* �-�=!%�: -�!-��2������� �%� 9-%� 1�������� A��5��� � �&� 2�,%��� ����� ����%�����$� � ��,��$� 1,����� � ������%��� �-�.��������%����6R���������������%��&��������-��>�'���%� �-� B� )�����%� :-$� �� ������ �&� �,�� �&&�%��� �&� �&&��� �� ������ ��%,��%������ � � �,���������� �����%�����/�������� ���������� ������������� ��������%�# #"�3'������%��(� ���6%��� '��'-��9�(6'%� *-%� �����'���%� 3-� '��� ����%� I -@� ���%�%��� ������� � �������%� ���� %�)�����& ����%�� �� �%��7%�#!$$-��9��'�%� )-%� *� ��� ����� �&� � � ��� �� ���� %� ���� ����� �%� .�������� 9'��%� :�&� 1�����%����%����=-��� F-��/ ���%�����@GG&&&-���-� �G%����-���

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

/�'6���%��-�>-%� ��'�%�7-1-�'�������������%�-1-%�1�����+�&���%������������������ �%����'�����.� (����� ������>� ��%����%�#!!-��7������'�%� .-%� ' ������ ����%����� ��� �� ������ � ����,��� � ��� �����%���� �� �������%������� ��&���' %��������&&%� %�� �' ���������������������� �$�.��������%���'������� ��.� ����� �������������%������ �� ��3'���'����������� �'�� �%���'����������������� ������� � ��%��&����%����#-��'@� �'��� �%� �-%� �R�����%� .-%� 7'���� �%� �-%� 3'( ���?�%� �-%� ������%� �-%� �'��� �%� �-%� '���������R�%�) �-%�����������1���' ����� ����*���-��<�&������������������%���������� �%�/���� ��������� ��/���=%�#! �#�3'�����=%��� �6� ��%��&����-��(@� �'��� �%� �-%� >�'���%� �-� '��� )�����%� :-%� �� ��� � �� ����� /�������'�� � ��'( �'�� �@�' %���� ���,��'��%���&�� � ��� ������ �.�����%,��/�� .� ��������� �� ���� "��� /�����'�� �'�� ;���'���G�0����� � ��������� H������� ��� �������� ������ ��3'�������� '������ ��'��������� � ��H%� #C� � #F� ������(��� ���=%��� ��������3'�%���'��-������(Q�6%�3-%�� � �� ���,��.H� �' ������� ����%�����&����*����� ��������� �I���%?���� ��&�2���������%�.�������������������� ��������%����-���3�;�%�����@GG&&&-���� ��&'��-� �G�� �����G�� �����[���'��-���T./\#%����-��3�������'%�:-� ��� '�-%����� ��&� � ����� %���4�����1�%�%���1��%<8���1���������%�� ������������$������'����2���# �# �"!=%����#-��3�����'�%� �-�-%� 1,�� ��%��� �� ����%�� � �&� �� 1�%, %��� .�����8����%��� ������� �&� E������ � ��� �� ���� $� � � .�� ������%� ��'������� �� 3���'���'�� �����������%� ��'�� �������������%���%����%�#!!#-��:���;�:%������@GG&&&-���� ��&'��-� �G�� �����G�� �����[���'��-���T./\"�%�����-��:���'�6'���%�2-%��������������� �� �������� �%�1 ���I �����B�� ��%�#!$"-���8����( %�3-%�� ��������� ��/� �� �����&&�%��� ��� ����������$�*���� ���������������*�������� ��&�����%������%�.��������%����� ����������.�������'���3���'���'�������������%������ �� ��. �����������������%������������������ ������� � ��%��&����%����-��.'��� %�*-%��������IJ%� �������?��%��'��'���%�; ���%�#$!F-��.�'�'�%�)-%��� %���� ��� � ��� ��*� ��� ����8�' ��������������%��� �����%����A��� 5��� %�* ��#%�:�&�1�����@�.��������9'���.�;%�#!!F-��.���%� �-%�1��������� 8�' ��������� � ��,���� &��� ��%%���&��������%�� � � ��� �%� I 6����'�@����� ��I �����%�#!!�-�

������������ ���������� ������������������������������������

� ��

�.� ��������%����@GG&&&-���-� �G'��������G��G���G��'G����#[����-?��T�� ��\��#B�� &\�B6��& ��\=%����-��;�/8��%�����@GG&&&-�'�� ��-� �G�� ��G��'��-����%����-��;� ���%�1-%������%���������� �&�������,%���������� �������'������������ ������ I '��������(���%��'�� ��'�<�>�������'��%�� ������'����'�%�#!!#-��; <��(���%�:-2-3-�'�����6���%�1-%������%������ 8�*� ��� ������ ��� ��,���%�1 ���I �����'���� ��%�����������%�����'��%�#!!C-���2� � �����-� ����@GG���#-�0����-�� (�����-��G� �����G� �����-����%� �2�%� >�(9%�* ��'���'����C%� #==CC%�)�����%�>���'��-��������� �%� ;� '��� )� 6%� .-%��������� � ��� �� �� � %�� ��-�,� %����+��%� .�������� 9'��%�#!!$-���� ��� �%� >-%� '���� �� � � �� ������ � �� .�������� �,����,� ���� %� .� ����� �'��������������.�(�������%��7%�#!!!-������'�%�->�$�1,��� �%,� %������� ����%���%�������%�3�>�'& 9���%�#!!"-��������%� 7-�-� '��� ��������%� -�-%� �����%�� ���� � � �� �������� �%� ��� ��� ����� �%� /�&���3�>�'& 9����#!!C��A���%�;-%������������.�����%,������ �� ��� ��,���$��'���.�(���'�� ��%��� ��'���8'6�%�#!!-��I '��& ���%�A-%�#!!$@�6 ,���������%��������%�� �.�����%,G����� ��;���'����/�����'�� �'�%�.'���� �-� ��'��'(��� � ����@� ����@GG&&&-���-���-'�G��� ��G���G'�G'��G� �&'��& ���!$-������I ����&�����%��-�-�'�����'�6%�7-�)-%�.������� 5 �������%���������� �$�K�� ���7����� �������$��&&%� %��� ��K�����%�����2����.����%�#!!�-��I �'�6%�1-.-%�1 ���%�-�-�'���; �%�-%�#!!�-%�1,��� �%, ���,���%,� �����,��-����8�1,���������&� 7�� � �����%�� -� :�&� A �6@� ;'&� �� ��� ��'���P� � � �� %� � ������ 3'�����'�%� �'�'�'%�:�&�A �6%�80� ��%�����'� ��%�������@�3'0&����3'�����'��/�����'�� �'�-��D�����%� 9-� ��� '�-%� ���� �&� �*�� �A/���1� � ������� �� *��� ������� -�,���� ���%�/�����'�� �'�� ) ��� ������������ � ��������� ��� ��%� 3�����'�%� 8�� (��� = C%� ����-� �����������'���'�������� �# �"�F���

������������ ���������� ������������������������������������

� ���

���������������

Paper A

Simulation Driven Car Body Development Using Property Based Models In the proceedings of the International Body Engineering Conference, IBEC 2001, 8-12 of

July 2002, Paris, France.

1

2001-01-3046

Simulation Driven Car Body Development Using Property Based Models

Nicklas Bylund*♣ and Magnus Eriksson* *Department of Mechanical Engineering, Luleå University of Technology

♣Volvo Car Corporation

Copyright © 2000 Society of Automotive Engineers, Inc

ABSTRACT

A method for the development of car bodies, from conceptual to detailed design, is presented. The conceptual design is broken down to a numerical property-based model (PBM) representing the mechanical behavior of the concept. In the PBM, the local properties are balanced to fulfil the global stiffness requirements. The main topology is defined and the structural components i.e. joints, beams and sheets are connected in predefined nodes and represented in a finite element (FE) model as super elements, beam elements and thin shell elements. In the realisation of the car structure, the performance of the PBM components are used as requirements in the detailed design. Different technologies, materials and manufacturing processes can be considered as long as the properties of the component agree with the ones stated by the PBM. The detailed design of each component is made by design engineers, supported by single purpose tools. The design engineers iterate the design until only a small difference between target and component performance exists.

INTRODUCTION

The design of modern vehicle structures is driven by many competing objectives such as improved safety and fuel efficiency, lower cost, high performance

and increased style flexibility. In addition, the introduction of new manufacturing processes and materials enables more design options. Still lead time has to be reduced continuously. In order to speed up the design process tools are needed to support the design engineer when evaluating component performance. This should be done before the CAD-parts are assembled to a complete vehicle model. Traditionally, the design engineer has limited possibility to evaluate his design with respect to the structural requirements. Although computer tools are being extensively used, they are still advanced and analysis experts are needed. Furthermore these tools are mainly used in the conceptual design phase and in the final analysis of the complete shell model. Between these phases, in the detailed design of components where most development time is spent, there is currently only a limited amount of easy to use mechanical simulation support.

RELATED WORK

In the field of car development a number of efforts have been made to develop tools for simplified simulations.

One example is AURORA later named SFE-concept which is a commercial software for development of simplified parametric shell models. It started as a project at the technical university of Berlin in the late eighties[1]. The models

2

developed by SFE-concept have shown good agreement with traditionally developed FEM-models[2]. Although made for simplified simulation SFE-concept needs a user experienced with FEM analysis. With SFE-concept a simplified shell model can be made and analysed quickly, however a detailed CAD model has still to be done.

SimMod is another tool made for supporting car body design and is developed by Ford Motor Company in collaboration with the University of Virginia[3]. SimMod is similar to SFE-concept but is company specific. Also SimMod is recommended to be used by engineers experienced with FEM.

Both programs use Nastran for linear elastic analysis. SFE-concept also supports plastic analysis using LS-Dyna[4].

In addition to these programs there also exist programs for analysis at component level such as Crashcad [5] and DAMIDA [6]. These programs can be used by design engineers without experience of FEM. They give quick approximate results valuable for a first evaluation at component level.

In the field of optimisation of car bodies a lot of work has been done. Both topological and shape optimisation methods have been developed and introduced as described by [7, 8].

THE PROPERTY BASED MODEL

The PBM can be seen as a drawing of the mechanical and topological requirements, see figure 1. The PBM can be made using different FE-simulation tools as for example the earlier cited SFE-concept[2]. The element properties are balanced, using optimisation [9] and experience until the PBM fulfils the global requirements. Global requirements are thereby broken down to component level. Together with design, manufacturing and other requirements the PBM properties will act as a guide for component design. By updating the PBM continuously during the detail design of the shell model, the PBM will reflect the structural behavior and will be an essential tool to maintain the design intent. The updated PBM will also perform as a quick and efficient tool for evaluating the effects of late design changes in the development process. This method will also enable efficient evaluation of different design concepts independently of level of detail or manufacturing technology.

EIx,EIy,EIz and proposed section

Sheet thickness

Figure1. The PBM with requirements for a sheet a beam and a joint.

Stiffness matrix

3

Elements in the PBM

• Beams are represented by beam elements

• Joints are represented by super elements connecting the beams. This representation is necessary due to the elastic properties of the joints, which have a significant influence on the global structural stiffness as pointed out in [10].

• Panels are represented by shell elements

APPROACH FOR EVALUATION OF MECHANICAL PROPERTIES

The General equation for comparing the required and achieved stiffness.

differencedesigntrequiremen KKK =−

On a component level the Kdifference is the difference between the required stiffness, derived from the PBM, and the calculated stiffness of the actual detailed design.

ELEMENT DEFINITIONS

Beams

Depending on geometry and shape the Euler-Bernoulli, or Timoschenko beam theory is used. The stiffness of the beam is described by the parameters EIy and EIz, which are the principal moments of inertia times the young’s modulus of the material. Torsion stiffness is descried by the parameter GKx, which is the shear modulus times the polar moment of inertia.

Joints

Different techniques to represent joint stiffness, as for example by using springs, have been developed and tested as described in [12, 13]. However, due to the complexity of the joints, their stiffness, K is here described by the

superelement technique [11], see figures 2 and 3. In the superelement definition of the joints, a minimum length of the legs needs to be included. This minimum length is chosen to ensure that beam theory is valid through the interface to the connecting beams [12].

Panels

For the panels the parameters are the shell thickness and elastic modulus. For elastic linear analyses these elements can be large and still represent load carrying panels such as the roof, floor or windshields.

The stiffness matrix from the FE-model of the joint component can be partitioned as:

designK

1

:givesReduction

zero. toequal here nodes, internalon Forces

nodes.master on the Forces

d.o.f. Internal

leg.each of end at the d.o.f 6 here d.o.f,Master

matrix stiffness Reduced

=

�−

�−=

=

=

=

=

=

��=��⋅��

mK

TmsKssKmsKmmKmK

sF

mF

sD

mD

mK

sFmF

sDmD

ssKTmsK

msKmmK

Figure 2. Superelement reduction.

Reduction Kdesign

Figure 3. The FEM-model is reduced to a compact, 18x18 stiffness matrix.

4

TOOLS

In order to use the method proposed some single purpose simulations tools are needed. These should be easy and quick to use helping the design engineer to fulfill the requirements from the PBM. Table 1 shows which tools that are available and which that are under development. A linear dynamic tool is considered only for sheets in order to control bulls eye modes. For beams and joints no linear dynamic tools are needed, because the PBM will not specify dynamic behavior for each part.

METHOD

In the traditional process for car body design, the mechanical requirements are broken down to design guidelines, see figure 4.

• When the complete model is assembled the level of detail is high.

• It takes a long time from the design of a component to results from analysis.

• The assembly of the complete shell model requires that all components are ready at the same time and have the same level of refinement.

SIMULATION DRIVEN DEVELOPMENT USING PBM

When the PBM fulfills the global requirements the performance of the PBM-elements are used as requirements for detailed design. To evaluate the design and compare with component requirements the design engineer is supported by single purpose simulation tools, see figure 5.

• Simple analyses of the components are here made by the design engineers who may not be experienced with FEM. This will be facilitated by single purpose programs [5,6]. This reduces the design

Component loading

Beams Joints Sheets

Linear static Ok, see ref [5,6]

Under development

Future work

Nonlinear (crash)

Ok, see ref [5,6]

Future work Future work

Linear dynamic

Future work

Assembled complete shell mode

FEM analysis of complete shell model, check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Requirements

designer

designer

Component design engineer

Figure 4. A traditional process for car body design with respect to mechanical properties.

Table 1. Single purpose tools.

Requirements

PBM

Single purpose simulation tools

designer designer

Component design engineer

Figure 5. Development using PBM.

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model, check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

If the requirement in the PBM can not be fulfilled. Re-balancing is needed.

5

iterations for the complete shell model.

• To a certain level, each component can be analysed and evaluated independently of other design activities.

• Besides the mechanical requirements, the design engineers have many other different aspects to take into account, as for example geometry, manufacturing, corrosion, etc. To not overload the design engineers these single purpose simulation tools have to be intuitive, quick and easy to use.

• Short time between component design and results from simplified analyses gives the design engineer possibilities to evaluate more design alternatives.

Description of the single purpose simulation tools

For evaluation of beam components the cross-sectional stiffness parameters such as GKx, EIy, EIz and load capacity are evaluated and compared. This is facilitated by special purpose programs such as DAMIDA [6] and Crashcad [5].

The evaluation of joints will be facilitated by the use of single purpose programs using superelement technique as described previously. Strategic stiffness directions such as inward-outward and rearward-forward bending of the joints are prioritised [12] and evaluated.

DEVELOPMENT EXAMPLE

The proposed method is here exemplified on the detailed design of a portion of a

vehicle structure, see figures 6 and 7. Here consisting of the a-pillar, the upper part of the b-pillar, the cantrail and the joint between these elements.

Based on the requirement and geometry from the PBM a detailed design proposal is made in a CAD system.

The performance of the joint and the connected beams are now evaluated separately. The beams are evaluated with respect to their cross section parameters, GKx, EIy and EIz see figure 8 and table 2.

From the design proposal of the assembly the joint is extracted and modeled as a FEM-model, see figure 9. This is then reduced to a superelement

Beam parameters

GKx [Nmm2]

EIy [Nmm2] Eiz [Nmm2]

Required stiffness

8.0E+9 4.83E+10 2.31E+10

Stiffness from design proposal

8.32E+9 5.73E+10 2.75E+10

Figure 6. The portion of the PBM, which will be a basis for detail design.

Figure 8. Proposed beam cross-section.

Figure 7. Detailed design proposal.

Table 2. Beam performances

6

and evaluated with respect to the strategic stiffness parameters[12].

Both the beam and the joint fulfills the stiffness requirements as shown in tables 1&2 above. In a more complete analysis of the design proposal, the stiffness in more of the joint’s d.o.f have to be evaluated.

CONCLUSIONS

The new idea here is that computational tools should directly support the design phase. Earlier tools for evaluation of mechanical properties have mostly been developed for the concept phase and the final verification phase. Thus only for specialists in solid mechanics and FEM, working before or after the design engineer in the development chain. The design engineers, mostly with a background as draftsmen, have until now been left without tools to check their results. The advantage of the proposed method is that the design engineers themselves, supported by simple and quick tools, by standard procedure are checking their design against the mechanical requirements stated by the

PBM. Therefore this method has the potential to reduce the number of costly and time consuming simulations of the detailed vehicle model. By continuously updating the PBM it can be used as a quick test bench in the design process. And thus show the impact of late changes.

FUTURE WORK

In order to support the presented method a number of development efforts are still to be done. For linear elastic analysis a simple joint analysis program using super element technique is under development.

In the future the PBM and the single purpose programs will incorporate dynamic and plastic properties. See Table 1.

ACKNOWLEDGMENTS

The gratefully acknowledged financial support has been provided by Volvo Car Corporation and the Foundation for Strategic Research through the ENDREA national graduate program.

REFERENCES

[1] M.Bauer and A.Hänschke “Konzeptmodel mit Knotensubstruktur im Eintwicklungssystem AURORA” VDI Berichte NR 816,1990, pp.437-446.

[2] H.Zimmer et al “Use of SFE

concept in Developing FEA Models without CAD” Paper 2001-01-2706, IBEC conference Detroit, Michigan October 3-5 2000

[3] W.D.Pilkey and L.Kitis “The

BEAMSTRESS Project Annual Report 1997” Ford report, not published.

[4] A.K.Volz “Car Body design in the

concept stage of vehicle development” Second European LS-Dyna Users Conference, 1999,pp.B29-B48.

Joint stiffness inward-outward [N/mm]

rearward-forward [N/mm]

Required stiffness

2.4E+3 1.7E+4

Stiffness of design proposal

2.59E+3 1.9E+4

Figure 9. FEM-model of proposed joint geometry.

Table 3. Comparison of some joint performances.

7

[5] W.Abramowiez and Thomaz Wierzbicki

“Crashcad analytical beam evaluation program”, Impact Design

[6] D.Lundgren, M.Johansson and D.Adin “Damida, beam evaluation program” Master thesis 2001, Chalmers University of Technology, Gothenburg Sweden.

[7] C.J.Chen and M.Usman “Design

optimisation for automotive applications”Int.J.Vehicle Design, vol 25 Nos1/2 (special issue), 2001, pp.126-141.

[8] M.E.Bendsoe, A.Ben-Tal and

J.Zowe “Optimization methods for truss geometry and topology design” Structural optimization, vol.7, 1994, pp.141-159.

[9] A.Klarbring, H.Fredricson and

Joakim Petersson (2000). (private communications), Linköping University.

[10] J.L.Lubkin “The flexibility of a

Tubular Welded Joint in a Vehicle Frame” Paper 740340 SAE pp.1518-1522.

[11] MSC/Nastran “Handbook for

superelement analysis. MSC/Nastran version 61,pp 2.2-3.

[12] M.Bauer “Darstellung der

Geometrie flexibler Balkenverbindungen (joints), sowie Auswirkung variabler

Gestaltparameter auf deren Steifigheit und auf das Verhalten der Gesamtstruktur im Fahrzeug-Entwurfssysstem AURORA “ Diplomarbeit Nr 11/89, Technische Universität Berlin, Institut für Fahrzeugtechnik, 1989,pp.67-69.

[13] Y. M. Moon, T.H. Jee, Y. P. Park, “Development of an automotive joint model using an analytically based formulation” Journal of Sound and Vibration (1999) 220(4), pp625-640.

CONTACT

PhD student Nicklas Bylund: [email protected]

Advanced body department, dept 93420, PV4B, SE-40508 Gothenburg, Sweden

PhD student Magnus Eriksson: [email protected]

Luleå University of Technology, Department of Mechanical Engineering, Division of Solid Mechanics, SE-97187 Luleå, Sweden

Paper B

A design process for complex mechanical structures using Property Based Models, with application to car bodies.

In the proceedings of Design 2002 Conference, 14-17 of May 2002, Dubrovnik, Croatia.

1

INTERNATIONAL DESIGN CONFERENCE - DESIGN 2002 Dubrovnik, May 14 - 17, 2002.

A design process for complex mechanical structures using Property Based Models, with application to car bodies.

N. Bylund, H. Fredricson and G. Thompson

Design method, concept selection, optimisation, structural design, mechanical structures, multi-objective

1. Introduction The objective of the paper is to present an effective process for the design of complex mechanical structures. A multi-objective process for the design of complex mechanical structures is described. The process utilises certain particular mechanical properties that have been identified as central to the success of a design project. A conceptual, mathematical model of a vehicle body is constructed from these salient mechanical properties and the model is then used to generate optimal solutions. In this way, design variants can be explored. The design process for complex mechanical structures is considered from the conceptual phase to detail design. The requirements for the design are multi-objective and take the form of weight, stiffness, manufacturing, etc., but also the requirements are not fixed and may change. Therefore the design process must be flexible to allow for such changes. A car body is the subject of this paper and its design encompasses all the above considerations. There is a well-established history of car design and manufacture and traditional methods have a strong influence on current practices. The design process described in the paper aims to reduce lead times and not exclude innovative solutions. Shortened lead times may well be achieved by reducing iterative changes during detail design. The development of the proposed design process has been accomplished using the framework for engineering design research presented by Blessing, [Blessing 1998]. The paper is organised as follows. The backround to the problem is described and an overview of the proposed design process given. The proposed process is then presented in a step by step manner using an automotive body part as a design example. At the beginning of each section icons are used to visualise the described steps in the design process, see Figure 1, the focused areas of the process are visualised by solid lines and the areas not concerned have dashed lines. At the end conclusion and future work are stated.

2. Description The following shortcomings can be identified in the design process currently used. − Innovative concepts, e.g. ones that use radically different materials or configurations, are often

ruled out early in the concept selection process.

2

− The results from concept studies are not used in an efficient way during detail design, leading to many costly redesigns during the detail design phase.

− Knowledge gained by benchmarking is not used quantitatively. − Late changes in requirements lead to expensive redesign activities, during the detail design phase.

3. Prescription In order to pursue a meaningful concept development and selection process, it is necessary to − identify the principal assessment criteria. − measure the performance of the concept model with respect to criteria. − assess the ‘value’ (not necessarily in monetary terms) that each performance measurement

contributes to the total quality of the concept. − improve the concept with respect to the value judgement to obtain an optimal solution. − revise the concept model in parallel with the detail design activities.

Figure 1 shows the design process that is the subject of the present research. It can be seen that the starting point for all projects is a set of requirements (mass, structural integrity, etc.) [Fenton 1996]. A Property Based Model (PBM) is built up for each concept and represents the mechanical and spatial properties of the body concept. The PBM is constructed from organs, [Hubka et al 1988], which represent requirements at a local level. The chosen organs for the car body are beams, joints and panels. In the build up and break down activity, the PBM models are generated for new designs and existing designs from competitors by in-house design teams. A library of organs is used to generate PBM models efficiently; typical elements are beam cross-sections and joint properties. Each project generates new organs and an extensive knowledge bank is created. Such a library is a resource of expertise and so knowledge is readily transferred and the design process is not dependent of particular individuals and their subjective value judgements.

Requirements

Competitor

Concept idea

Evaluation

Bui

ld u

p &

Bre

ak d

own

Too

ls /

Met

hods

/ B

ank

PBM

Selected solution

Detailed design

CO

NC

EPT

PR

OJE

CT

Figure 1. PBM based process for design of complex mechanical structures

3

The optimisation procedure normalises the PBM models with respect to key global requirements, e.g. global stiffness, weight, crash worthiness, etc [Hidekazy 2001]. The results of the procedure are used as the basis for comparison of the concepts. The PBM that best fits the quantitative and qualitative criteria is selected. This is an aspect of the design process and is not left to the outcome of any particular design evaluation method. The selection involves the decision-making processes with the company as a whole, and it is important that all relevant parties contribute to, and accept, the outcome of evaluation. The selected PBM contains all the properties of the model at the organ level. These properties are the guidelines to the detail design engineers. During the detail design phase, the designer is thus provided with quantified solution requirements to meet as decided by the concept PBM that has been selected. The detail design engineer is supported by the computational tools used in the break down phase and can use particular solutions from libraries. Local changes required at the later stages of design can be considered objectively by the detail designer. The changes can be tested against the solution requirements (stiffness of the subassemblies, etc.) and if the requirements remain satisfied then the change can be met.

4. First step; Requirements The steps in the proposed design process are exemplified by the design of an A-pillar, see figures 3 and 4. The first step in any development process is to state the requirements [Pahl and Beitz 1996] on the system to build. The requirements on a car body are numerous and often contradictory. One requirement affecting the A-pillar, is the American roof crush legal requirement MVSS 216, see figure 2.

4.1 Competitors In the presented process competitors having properties close to the targeted market segment are chosen. These competitors give hints and ideas on how to design a car body fitting the chosen market-segment. The process of examine competitors is called benchmarking, see [Andersen 1996]. Benchmarking can be done in many areas and levels, such as business strategy, marketing strategy as well as on the product itself. Benchmarking of competitors product was used by Xerox and permitted them to gain in competitiveness, also in our process product benchmarking is used.

Figure 2. American roof crush legal requirement MVSS 216

4

4.2 Concepts Concepts are developed based on the requirements and results from benchmarking, the concepts can be of different level of detail, from sketches on a napkin to a CAD drawing. Since European car manufacturers built the first self supporting car body (Uni-body) this type of structure has been the dominating structure with the few exceptions mainly being sports or luxury cars in small series. The self supporting car body, where sheet metal stampings are spot welded together to form integrated beams, joints and panels may be a good way of building cars but it can also act as an fictitious constraint [Pahl and Beitz 1996 ] impeding designers to think of new solutions. Furthermore concepts based on self-supporting structures will because of the deeply rooted experience of this technology have behaviour near their optimum, the design process has therefore to be able to handle this bias.

5. Second step; Break down The chosen competitors and the concepts developed are broken down into manageable quantities and objective information. This enhances comparison between different concepts and competitors. For an A-pillar this information is the shape of the middle line of the beam and the section. By cutting the competitors A-pillar into slices and using the in-house software DAMIDA, figure 5, the sectional properties can be found.

The sections of the concept ideas can be analysed in a similar way. The results of these analysises are put into the knowledge bank. And used for creating the property based model, PBM, see figure 5, and reference [Bylund 2001].

Figure 4. Three concepts for the A-pillar. From the left-hand side, stamped and spot welded boron steel, hydroformed steel and finally stamped steel with an interior reinforcement tube made of boron steel.

Figure 3. Three different A-pillars from competitors, used for benchmarking.

5

6.Third step; Optimisation By using the intermediate stage of organs, principal function-carriers are identified without restricting detail design. The model built up of these organs is called PBM and it links requirements from global to organ level. This solution independent representation enhances new designs by limiting fixation, [Pahl and Beitz 1996]. The generality of these organs is put on a level where they give sufficient information for carrying out detail design but without biasing it. Using the same metrics for all PBMs,

beam parameters, joint parameters and sheet parameters, enhances the selection of PBM. For an A-pillar the metrics are sectional properties such as Ix, Iy, Iz and moment capacity. A tool for optimisation of frame structures has been developed to handle the optimisation step in the design process, see figure 6. This tool can handle booth beam and joint organs and in the future also panel organs. Multiple load cases can be used and also separate mass constraints for beams and joints or one mass constraint for total mass. The input to this tool is the PBM model defined by − Topology − Material − Masses − Beam section properties − Joint stiffness By use of this data an optimisation model can be developed for each concept and competitor or directly from requirements. As an example, the basic topology for a A-pillar is shown in figure 7a and

Figure 7a. Basic topology Figure 7b. Optimised structure

F F

Fix

Figure 6. Optimisation tool

Figure 5. Break down process. A competitors car body or a concept is sliced and the sections numbered and analysed with the software DAMIDA. Knowledge of the section capacities is gained and put in the

knowledge bank.

6

the optimised beam sections can be seen in figure 7b. In the initial design all beam segments had the same cross section properties and after optimisation one can see that the allowable material have been distributed in an optimal way between the different beam segments. The result of this is a structure with the stiffness increased by 2.7 times with respect to the initial design, the maximum deflection can also be found. The optimal diameter varies quadratically with the distance, x, for the upper part of the A-pillar as in figure 8. This is the real objective potential for that concept based on its topology and mass. The same is done for all concepts, competitors and requirement based models. In the A-pillar optimisation all these models would have the same mass but different performance in stiffness. Another possibility is to set maximum allowed displacement and minimising mass. This results in structures performing equally but with different masses. If the structure is build up by beams and joints the program can also be used to optimise joint stiffness in a structure. This is a good way to get information of how to build the different beam connections existing in the structure. An example of such a structure is the 3D-console beam seen in figure 9 where beam properties and joint stiffness has been optimised simultaneously. Two load cases have been used in this optimisation. The size of each sphere is proportional to the stiffness for that joint.

By optimising the PBM models for minimum weight and given deformation or maximal stiffness for a given mass all concepts are normalised and are at the edge of their performances. This enables a fair selection process between the different PBMs.

7. Fourth step; Build-up When the PBMs are optimised they need to be built up with a technical solution in order to get sufficient information for the evaluation. This stage can be seen as the embodiment design stage in [Pahl and Beitz 1996]. The built up stage is done with the same tools as the break down stage, furthermore results from break down such as competitors beam sections can be used as inspiration, this way the break down and

built up works as the knowledge bank discussed previously. In our example three different technologies where chosen in the build up stage of the A-pillar, see figure 4. A bent boron steel tube with constant section covered with sheet stampings welded together, two stamped boron steel sheets spot-welded together to a tube with varying section, and finally a hydro formed steel tube. All these concepts should respect the same PBM’s quantitative mechanical requirements such as Ix, Iy, Iz and moment capacity. In the evaluation stage presented later, these concepts are compared mainly with respect to non-mechanical requirements such as price, manufacturability, aesthetics and environmental since they have already been normalised with respect to mechanical requirements. During the build up stage it was found that the alternative with an interior steel tube covered with stampings could not reach the mechanical requirements therefore this concept was rejected already during the build up phase.

Figure 9b. Optimised frame structure Figure 9a. Ground structure

F1 F2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Optimal diameter change for upper A-pillar

diameter

position

Figur 8. Diameter

7

8. Fifth step; Concept selection and Detail design

8.1. Concept selection The design literature contains many references to specific methods that can be used to choose between alternatives [Pahl and Beitz 1996, Pugh 1990 and Cross 2000]. These methods are suitable for use at different stages of design, e.g. ideas, concepts and detail design and for different types of criteria, e.g. quantitative, qualitative, subjective and objective. It is important to use selection methods appropriately otherwise choices can be made in error. For example, it is not a wise approach to select concepts by guessing performance scores with respect to criteria that can only be evaluated when much more detail is known. Commonly, design alternatives are considered at the conceptual stage by a general qualitative review of a broad spectrum of criteria followed by more detailed analysis of a reduced set of options that has been chosen for further consideration. This process can be unsatisfactory. Good options can be eliminated because of personal preferences, there may be uncertainty concerning the benefits of certain options or lack of experience may bias judgement. Such problems can be avoided in concept selection if the key parameters can be identified that can be used to generate potentially optimal concepts using high quality information. The use of property based modelling and optimisation normalises all concepts by putting them on the edge of their mechanical performance. Only the concepts that fulfil the quantitative mechanical requirements continue to the concept selection step, this reduces the option choice. In order to make a final selection, qualitative criteria such as surface treatment, weldability etc. need to be considered. However, since the number of options has been reduced, each qualitative criterion can be considered in depth. Topology, material properties, mass, sectional properties and joint stiffness were used in the optimisation stage of the process. The task is now to consider the two concepts that fulfil the mechanical requirements and compare them with respect to a range of qualitative criteria. The concepts are: − two stamped boron steel sheets spot-welded together to a tube with varying section − a hydro formed steel tube The following criteria were identified as being important in the qualitative evaluation process: 1. Cost 1.1 Investment 1.2 Production cost 2. Production: risks associated with the following operations. 2.1 Welding 2.2 Assembly 2.3 Tolerance 2.4 Surface treatment 2.5 Lead time/ production capacity. 3. Attachments: risks associated with the following 3.1 Windscreen

8

3.2 Interior trim 4. Styling freedom Paired comparison analysis, in which the concepts are compared to each other with respect to each criterion is an appropriate method to evaluate these concepts [Pugh 1990]. Engineers were consulted who were expert in the relevant fields and, from their judgements, it was possible to complete the concept evaluation table. The concept consisting of two stamped boron steel sheets spot-welded together to a tube with varying section is used as reference. Table 1 shows the results of the evaluation. In the table, a ‘+’ sign means that a concept is better than the reference concept with respect to a particular criterion, a ‘-‘ means worse than and an ‘S’ means no difference (or cannot judge).

CONCEPTS CRITERIA Stamped spot welded boron steel sheets

A hydro formed steel tube

1. Cost 1.1 Investment 1.2 Production cost 2. Production: risks associated with 2.1 Welding 2.2 Assembly 2.3 Tolerance 2.4 Surface treatment 2.5 Lead time/ production capacity. 3. Attachments: risks associated with 3.1 Windscreen 3.2 Interior trim 4. Styling freedom

- +

+ S + + S - S +

Σ + 5 Σ - 2 Σ S 3

From table 1, it can be seen that the hydro formed steel tube concept emerges as a favoured concept. The next stage of the process would be to investigate the negative aspects of this concept to ensure that no insurmountable problems will be encountered and to undertake more detailed work on these and other aspects of the concept.

8.2. Detail design When a concept is selected the project phase starts and detail design is launched. Teams of design engineers do the detail design. They are supported by the break down build up tools and the knowledge bank. The knowledge bank should be used for tips during detail design and not as an exhaustive list of what designs are permitted. Seeing the bank as an exhaustive list has a negative impact on the design process augmenting the fixation, see [Pahl and Beitz 1996] and impeding the possibility for optimal designs. By using these easy to use tools, e.g. DAMIDA detail designers can continuously compare their design against requirements at organ level. The knowledge gained during

Reference

Table 1. Paired comparison analysis.

9

the concept phase will therefore survive and contribute to the success of the final detail design. Costly loops of complete car body simulations will be reduced.

9. Conclusion The proposed process has the potential to both speed up the development of complex mechanical structures while at the same time enhancing innovative solutions. This is done by stimulating a more solution independent approach where a function structure of organs called PBM represents the behaviour of the car body. Several easy to use tools that do not require expertise in CAE-analysis are used to evaluate the performance of organs. The tools are used both during the concept and detail phases. The tools generate a bank of knowledge of the salient engineering features of organs which makes the development process less dependent on the subjective interpretation of particular individuals. The concept selection process is both efficient and clearly objective. Concepts that do not attain essential performance requirements are rejected at an early stage. In-depth evaluation of concepts focusses on thos concepts that have attained an optimium performance for their generic type. Qualitative evaluation, which involves extensive investigations, is only carried out on concepts that can achieve the required performance criteria. Breaking down all proposed concepts to organ level makes comparison easy using parameters of the same type. The same tools are used to break down design proposals for analysis as are used in embodiment and detail design, therefore the process is efficient and creates a learning design environment. Concept selection processes such as that described in section 8.1. are not without their problems. It is difficult to ensure that all departments and groups within a company accept the decision and it is not unknown for concept selection decisions to be re-visited later, which is wasteful of time and effort. In order to select a concept that is acceptable throughout the organisation, it is important not to let some poor characteristics be masked by other positive characteristics. It is possible for a multi-ctriteria concept selection method to identify certain concepts as being very good because a negative with respect to a particular criterion is compensated by a number of other posisive assessments. E.g. a selection method that results in a light, strong concept but which also has a very corrosion sensitive surface will not be welcomed by people at the surface treatment department even though that concept has the largest number of positive characteristics. Another way to take decisions is required.

10. Future work A better way could be not to place emphasis on any particular method(s) as the leading approach to concept selection, but instead to clarify and strengthen the decision-making processes used by a company. The principal point is that all key departments, from aesthetic styling to manufacture, should own the decision to adopt a particular concept. For such a sense of ownership to be established, departments need to have a greater involvement in the concept selection process. This means more than commenting upon the merits and de-merits of particular concepts at some stage so that a particular selection process can be used. Involvement by all is required throughout the concept development process from the first stages. It is beyond the scope of this paper to pursue this line of thinking in depth, except to comment briefly on future research activity in this area. The decision making paths need to be understood: at what stage are decisions made, who makes them, are there powers of veto? These questions require answers based on realism, not idealism, and must encompass all levels of company decision making. Also, concerning the integration of diverse departmental interests, there are certain guideline principles that are well established which might be usefully employed. Multi-disciplinary groups can be very

10

productive when their work is directed using creative problem solving principles. Divergent thinking with suspended judgement coupled with objective convergent thinking helps to identify potential problems, to generate solutions and to gain acceptance of the decisions by all interested parties. Good decision making in concept development relies on the use of clear decision making processes which include all departments in a meaningful way, supported by objective methods such as property based models.

Acknowledgements The gratefully acknowledged financial support has been provided by Volvo Car Corporation and the Foundation for Strategic Research through the ENDREA and IVS national graduate programs. Furthermore we acknowledge the stimulating discussions held with M.Sc. Jonas Forssell at Volvo Car Corporation.

References Andersen,B. and Pettersen,P., “The benchmarking handbook”, Chapman & Hall England 1996. Blessing, L., Chakrabrit, A. and Wallace, K. “Designers – the Key to Successful Development”, Springer-Verlag, London, 1998, pp 56-70.

Bylund, N. and Eriksson, M., “Simulation Driven Car Body Development Using Property Based Models ” SAE paper 2001-01-3046. In proceedings of IBEC 2001, conference postponed to 9-11 July, in Palais de congres in Paris, France due to the 11 of September event.

Cross, N., “Engineering Design Methods”, third edition, Wiley 2000. Fenton, J.,” Handbook of Vehicle Design Analysis”, MEP, London, 1996.

Hidekazy et al., “First Order Analysis – New CAE Tools for Automotive Body Designers” SAE paper 2001-01-0768, SAE 2001 World Congress Detroit, Michigan March 5-8, 2001. Hubka, V., Andreasen, M., and Eder, W.,“Practical Studies in Systematic Design”, Butterworths, London, 1988.

Pahl, G. and Beitz, W.,”Engineering Design”, Springer, Berlin 1996. Pugh, S., “Integrated methods for successful product engineering”, Addison-Wesley 1990.

Nicklas Bylund, M.Sc. Department of Advanced Body Engineering, 93420, Volvo Car Corporation SE-405 08, Gothenburg, Sweden and Division of Computer Aided Design at Luleå University of Technology, SE-97187, Luleå, Sweden telephone: +46 (0)31 765 4145 email:[email protected]

Paper C1

�������������� ������������������� ����� ���������������������������������������������������������

�������������� �������������� �������������������������������������������������������

1

ADRIAN: A software for computing the stiffness of automotive joints and its application in the product development process

Nicklas Bylund Luleå University of Technology

Division of Computer Aided Design Luleå, Sweden

and Volvo Car Corporation, Göteborg, Sweden

Keywords: design process, automotive joint, car body, joint stiffness, simulation

Abstract The development of complex mechanical structures such as a car body is an iterative process, alternating between design and analysis. Traditionally, these are made in different departments, making the loops between design and analysis slow and costly. This paper presents a method with accompanying software for the design engineer/draftsman to do preliminary mechanical analysis himself, which not only makes design loops shorter but also means they can be made in parallel. This speeds up the development process, while at the same time allowing exploration of more alternative solutions.

1. Introduction The Body In White (BIW) is the main structural part of a vehicle. Traditionally, the BIW is built up from sheet metal stampings spot-welded together to create a shell structure, see Figure 1. The BIW has a number of functions, such as the bearing structure for the engine, suspension, sub-frames, powertrain and seats, as well as being the largest visible surface of the car. The main global mechanical requirements for a BIW are stiffness, crashworthiness, and noise, vibration and harshness (NVH); these have to be fulfilled at minimum cost and weight.

Figure 1. Lateral view of Volvo S80 BIW CATIA, with main joints in colour.

A UPPER B UPPER

B LOWER

A MIDDLE

C UPPER

2

Detail design is done with Computer Aided Design (CAD) tools, which are used to describe the geometry in 3D. The CAD geometry is the basis for different Finite Element Method (FEM) analyses such as static stiffness, eigenfrequencies, eigenmodes and crash at global car body level. Today, design and analysis are done in different departments; furthermore, analysis is concentrated on the complete BIW. This is why it takes a long time before the design engineer/draftsman becomes aware whether the detail design of his particular area of expertise contributes to the BIW's purpose, which is to fulfill the global requirements. To address this problem the global requirements for the car body have to be broken down to local requirements corresponding to the design areas of the designers/draftsmen. This breakdown can be made by using a concept model in which local mechanical requirements for beams and joints are balanced so that the resulting global behavior of the complete model corresponds to global requirements, see Chapman and Pinfold [1], Bylund et al [2 and 3]. By introducing easy-to-use tools to verify if local designs fulfill the local requirements, the number of long loops between design and analysis can be reduced. The design engineers/draftsmen carrying out the detail design do not have the time or knowledge to use general purpose analysis tools to verify his design. This paper presents an analysis tool for joints, see figure 1, which after a short introduction will be easy-to-use for the designer/draftsman. While the analysis department simulates complete vehicle models, the design engineer analyses his particular area of design. The process and tool presented are not intended to replace today’s complete body simulations; they are merely to permit the design engineer to make a preliminary check of his design, leaving the more in-depth complete body analysis to the analysis department. This way the number of immature designs being transmitted to the analysis departments are reduced, thereby limiting the number of large iteration loops, see Figure 2 (dotted line). The easy-to-use analysis tools used at VCC so far are DAMIDA [4] for beams, and ADRIAN for joints, which is the subject of this paper.

Figure 2. Development process using PBM and easy-to-use analysis tools.

Assembled complete shell mode

FEM analysis of complete shell model check if requirements are fulfilled,

OK Not OK, change design

Global requirements hard to use for component designers

ComponentdesignerComponent

designerComponentdesigner

PBMRequirements broken down to organ level and thereby easier to use for component designers

Easy-to use tools, ADRIAN and

DAMIDA

Assembled complete shell mode

FEM analysis of complete shell model check if requirements are fulfilled,

OK Not OK, change design

Global requirements hard to use for component designers

ComponentdesignerComponent

designerComponentdesigner

PBMRequirements broken down to organ level and thereby easier to use for component designers

Easy-to use tools, ADRIAN and

DAMIDA

3

2.1 Joint stiffness evaluation In a self-supporting car body the joints, see figure 1, are of great importance, governing up to 60 % of the global stiffness, Lubkin [5]. The requirements for spot-welded automotive joints are numerous: 1. Stiffness 2. Crash performance 3. Manufacturability (stamping, factory sequence, weld accessibility) 4. Corrosion protection, liquid escape, etc 5. Interaction with interior panels 6. Feasibility to make with the sheets available in the joint* 7. Acceptable cost *It should be stressed that the joints in a car body of monoque type are not isolated components but the result of fabrication of steel sheeting. During detail joint design, the design engineers continually discuss and weigh how the requirements are to be fulfilled. A deep understanding of all the above types of requirements, and spatial vision, are needed to be able to create automotive joints. Due to the complex geometry of a joint and the constraints of the automated manufacturing process (e.g. heavy investments in case of a change of robot configuration) great efforts can be spent on a detail such as whether or not to add one extra spot weld. Convenient parameterization can not be made because although the basic topology of a car body joint is repeatable, the detail design of a joint is one of a kind. This paper describes how each design engineer can analyze the stiffness of a joint in parallel with his design work without having to rely solely on the analysis department. There are some major difficulties in evaluating joint stiffness: • To define a geometric joint center. • In the case of static measurement, to fix one or more degrees of freedom in an experimental set-

up and assure zero displacement. • Automotive joints have no standard shape, thus the experimental set-up is unique for every joint. As it is hard to define where an automotive joint has its center, it is possible for the joint to have more than one center, see Figure 3.

Figure 3. Realistic shape of automotive joint with no absolute centre.

When no unique center can be found, the distance X, see Figure 4, is not unique, so evaluating the joint stiffness with the static method in Figure 4, as presented by Moon et al. [6], leads to unacceptable errors. Even when a unique joint center can be defined, the set-up is laborious: the joint has to be permuted, e.g. each leg has to be grounded while one of the others is attached to a

CentresCentres

4

force-lever. To deal with the difficulties described above, two independent methods are used, as presented in the following sections.

Figure 4. Example of static stiffness evaluation method: suitable only for geometries where the geometric center can be found.

2.2 Super-element method The super-element method condenses the stiffness of an arbitrary FE model to any desired number of nodes. The corresponding FE stiffness matrix (K-matrix), e.g. a sheet metal joint modeled with plate elements, can be a hundred columns by a hundred rows in size depending on the coarseness of the mesh. This K matrix can be reduced in size to only the number of legs x 6, see Equation 1, Moon et al [5] and Nastran Handbook [8].

Equation 1. Super-element reduction. The joint center does not need to be explicitly defined and the boundary conditions can be free-free. This means that the boundary conditions can easily be automated in a software and do not need to be specified manually by the user. Only master nodes at each leg end have to be defined, see figure 5. The condensed matrix contains the stiffness in all directions at the leg ends. To simplify the interpretation of the joint stiffness, the principal directions of stiffness for each leg can be calculated and presented, see Figure 6.

The stiffness matrix from the FE-model of the jointcomponent can be partitioned as:

1

:givesReduction

zero. toequalherenodes,internalonForces

nodes.masteron theForces

d.o.f.Internal

leg.eachofendat thed.o.f6hered.o.f,Master

matrixstiffnessReduced

�−�−=

=

=

=

=

=

��=��⋅��

TmsKssKmsKmmKmK

sF

mF

sD

mD

mK

sFmF

sDmD

ssKTmsK

msKmmK

Rigid wall

L

X F

Geometric joint center

Deformation measured

5

Figure 5. Joint leg-end section with a master node connected with rigid body elements.

2.3 Dynamic joint method As a complement to the super element method, a method using structural dynamics can be used. An approach using structural dynamics for evaluating joint properties is given in Wyatt Becker et al. [7]: lumped masses are put at the ends of the joint. The resulting eigenfrequencies and eigenmodes can be used as a measure of the joint stiffness. The method presented here is similar, and has the following main features: • No levers are defined. • Free-free set-up is used. • A heavy mass (m>> joint mass) is cast on each leg; experiments have shown that a 5 kg mass

suits car body joints. The joint is defined as inscribed in a sphere with radius r=250 mm, a size fitting all joints in a car body. The center of the sphere is placed in the middle of the various joint centers, see Figure 3, and the legs are cut where the sphere bisects them. Finally, a heavy mass is cast onto each leg end, see Figure 7. Modal analysis is then done with the joint hanging on soft springs (eigenfrequency of the assembly less than one tenth of the first eigenfrequency of the joint), thus creating a free-free set-up. The frequencies and the corresponding eigenvectors are used to visualize the vibration behavior of the joint. Since the shape and size of the masses are standardized and much heavier than the joint itself, different joints can be compared, see [8] for more details. The higher the eigenfrequency, the higher the stiffness. The advantage of the free-free set-up used is that no expensive, stiff, tooling is needed. The virtual counterpart of the experimental set-up is easy to reproduce; a CAD geometry is used as a basis for an FE mesh. The masses can be added at each leg end as lumped masses with appropriate inertia properties. The final stage is a computational modal analysis, omitting the first six modes (rigid body modes), giving the eigenfrequencies and the eigenmodes as in the experimental case. As with the super element method, the boundary conditions can easily be automated in a software without the need for manual interaction. One could argue that the sphere used when cutting the legs also needs to be in some kind of joint center. However, the results are not as sensitive to the position of the center as when a static method is used, see Urzua and Chouping [9]. The dynamic method has the advantage of being exempt from the numerical frequency values, also giving a qualitative animation where weak areas, e.g. lack of spot-welds, are clearly visible, thus giving a hint where there is potential for improvement.

6

Figure 6. Visual representation of the joint stiffness and information about sheet gauges and spot welds

3. ADRIAN: the joint evaluation program This chapter describes briefly the development of the ADRIAN program for automotive joints.

3.1 Requirements for ADRIAN The mechanical requirements for car joints are always of the same type, even if their numerical values change from one development project to another. Standardizing the model building, analysis

7

and post-processing according to the mechanical requirements is therefore possible. Using the analysis capabilities in CATIA does not permit standardizing the boundary conditions and analysis steps (i.e. the dynamic joint method and the super-element method) which is essential if the analysis should be done rapidly and be repeatable by users with limited experience of analysis. Furthermore, the automatic meshing in ANSA, standard at VCC, is better than the one in CATIA. As DAMIDA [10], a similar type of software for fast beam analysis, has previously been developed at VCC, some experience exists of how to run the development of a similar program for joints, such as ADRIAN. The key factors for success are identified as: − Easy to learn and use even for design engineers with little experience of analysis. − Detailed geometry exported from CAD program used. Thus no need for rework. − Automatic meshing with small (5mm) elements used; gives good results and works even when

surfaces in the detailed CAD model are small; gives accurate result for global stiffness and eigenfrequencies of the joint.

− Necessary user-interaction should be concentrated on the CAD environment as far as possible because that is the home environment for the design engineer.

− Commercial solver to obtain confidence in results; if possible the same solver as the analysis department.

− Use in-house software to minimize license costs. − It should take no more than 15 minutes, maximum, to analyze a joint. − Results should be presented clearly, permitting easy comparison with requirements.

Documentation and communication of the results should be simple. − A small team of programmers should develop the program entirely, thereby keeping an

overview of development in order to minimize cost and assure quality. − Possibility for advanced users to override default parameters and also manually run sections of

the program. − There should be continuous dialogue with the maintenance department during program

development, in order to ensure that the program is easy to maintain.

Figure 7. Experimental set-up for the dynamic joint method

3.2 Problem formulation for the development of the ADRIAN program In order to fulfill the requirements described in the previous section, the software must be designed for the specific platform and users at VCC. The main features of the software are its capability to import a CAD model from a CATIA joint model via the IGES graphical format; transform it to a finite-element-model; perform linear static super-element reduction, as in Section 2.2; and modal analysis according to the dynamic joint method, in Section 2.3, and; finally, visualize the results. Technical requirements are as follows:

8

1. Unix platform using C language; widespread and cheaper than using matlab licenses 2. Adapted to shell models of joints made in the CAD software CATIA.

Compatibility with the IGES graphical exchange format to permit adaptation to other CAD programs if necessary. (IGES is a VCC standard.)

3. Automatic geometry meshing in ANSA software. (ANSA is a VCC standard.) 4. Automatic and mesh-independent addition of weld spots based on points defined in CATIA by

the design engineer. With the same weld definition as used by the analysis departments, namely CHEXA elements connected to the CQUAD4 and CTRI3 in the shell mesh using displacement interpolation functions. (Functionality of the in-house SPOT code.)

5. Automatic modeling of the master node at the leg end and its connection to the section, see fig 5; no need for users to define the boundary conditions.

6. Automatic submission to the MSC/Nastran solver. 7. Automatic and pedagogic presentation of both stiffness and mode shapes, using existing post-processing software and HTML pages.

3.3. The work process using ADRIAN During detail design, the design engineer has to fulfill the requirements stated in 2.1, including the stiffness requirement. Several alternative joints can be developed and an important criterion when choosing between alternatives is stiffness. Without ADRIAN the design engineer has to wait until the complete car body has been analyzed at the analysis department, and as this can take a long time only a few design alternatives can therefore be tested. On the other hand, using ADRIAN the design engineer can calculate the stiffness of the joint and compare it to requirements himself. Relative comparison, i.e. checking how a change in the design of a joint affects the stiffness, is also valuable. 3.4. Data flow in ADRIAN The program consists of a pre-processor that automatically converts the IGES model to the Nastran format via the ANSA mesher, a Nastran launcher and a post-processor that treats the data. The procedure is described below. 3.4.1. Manual user input needed The user starts with cutting the joint out in CATIA using planes to define the cut on each leg (3 or 4); the user then defines the thickness of the various metal sheets defines the points where spot welds should be situated and their diameter. Each type of information is put into a different set by the user: there are thus weld sets, geometry sets and a planes set in the resulting CAD model that is finally converted to the IGES format. 3.4.2 Automatic data treatment When ADRIAN is started it automatically extracts the information from the IGES file and takes appropriate actions for the set content. The geometry sets are the base for the ANSA meshing; the weld sets are used to create the welds using the in-house code, SPOT; the plane set is used to put the master nodes at each leg end and connect them with rigid elements to the nodes around the section, see Figure 5. Once pre-processing is complete and the mesh created, ADRIAN automatically submits a job to the MSC/Nastran solver, for linear elastic analysis and super-element reduction. While Nastran runs, ADRIAN waits for significant files, (.f06, .op2 and .pch) to be returned and then automatically launches the post-processing sequence (.f06 contains warning and error messages; .op2 contains eigenmodes; and .pch contains the reduced stiffness matrix). Once post-processing is complete, the user automatically obtains a HTML page created in Matlab containing rotational and translational stiffness for the joint legs, see figure 6. These are calculated from the .pch file and information from the plane set. ADRIAN also automatically launches Animator through its script language, see figure 8. Animator shows the eigenmodes resulting from the dynamic joint method.

9

Figure 8. Screen capture of ANIMATOR, here can the mode shapes according to the dynamic joint method be visualised. Lumped masses with inertia are put at each leg end, but are not visible.

3.5. The graphical user interface The ADRIAN Graphical User Interface (GUI) is programmed in OSF/Motif, see Figure 9. The program may be run completely, or for advanced users, just by launching separate routines. Each of these sub-processes are stand-alone and may be executed from specific menus. There is also a help section available from the interface consisting of user information on all ADRIAN functions. Processing information is printed in the Output window, see figure 9. ADRIAN gives information, for example, on IGES file contents, Nastran analysis results and processing errors.

10

3.6. The post-processing interfaces ADRIAN visualizes the results in two forms: as a HTML page with the principal stiffness calculated according to the super-element method, see Section 2.2 for each leg figure 6, and as eigenmodes according to the dynamic joint method, see Section 2.3, figure 8. The HTML page also contains a reference view and information about sheet gauge and spot-welds, see figure 6.

3.7. ADRIAN robustness test The first test of the tool was to cut out five joints from the Volvo S80 BIW CATIA model. Figure 1 shows the global position of the analyzed joints. The program showed good capability for transforming the CAD models to FEM models. Two faces were not connected in one of the models, possible resulting problems are discussed in Section 3.8. The overall performance was satisfying, i.e. all joints but one could be analyzed in under 15 minutes. All of the FEM models produced by ADRIAN passed the standard limits for singularities set by MSC/Nastran. 3.8. Analysis of possible instabilities Rare instabilities could be identified in the connections between the faces in the CAD model. ANSA has a tolerance level in order to define which faces are joined together. In one of the analyzed joints, B_LOWER, ANSA failed to connect two fairly long faces, and this resulted in a crack in the mesh. When studying the modal animations in ANIMATOR, this crack was easily identified. It may be wise to investigate the underlying problem causing the errors in ANSA, and, if possible, draw a better geometric CAD representation. However, it is important to emphasize that

Figure 9. ADRIAN graphical user interface during a run.

11

only two faces of the hundreds of faces in the tested models had a problem that affected the total result, and this problem was easily identified and corrected by cutting the long surface into two shorter ones in CATIA. Another approach to correct errors, for the user familiar with basic commands in ANSA, is to repair the geometry or repair the mesh using the advanced option in ADRIAN, permitting manual interaction in ANSA.

4. Conclusions Breaking down global requirements to local joint stiffness requirements permits analysis and verification at the local level with the help of ADRIAN. The combined use of the super-element method and the dynamic joint method presented here complements earlier methods, especially when the geometry of the joint makes it difficult to find a unique center. In addition, the dynamic joint method has an experimental counterpart enhancing the use of quantitative benchmarking of competitors’ joints. With easy-to-use programs for evaluating his design in comparison to local requirements the detail designer can reduce the number of lengthy design loops involving the complete car body and, consequently, development time. The joint stiffness values presented in the HTML page permit comparison with local requirements and the eigenmodes shown in ANIMATOR shows weak areas in the design . The time gain when analyzing a couple of different design alternatives for a joint is considerable; analyses can be completed in a day instead of the one to two weeks needed when submitting the work to the analysis department and waiting to get the results report back.

5. Ongoing and Future work ADRIAN has been introduced in a pilot group at VCC’s car body department and is used in ongoing VCC projects. Furthermore a consultant firm hired by VCC has analyzed a number of joints from earlier Volvo cars using ADRIAN to give a map of the picture of stiffness levels in different car bodies. Introduction of the software at VCC will continue on a broader scale, the resulting changes in the design process will be monitored and results published; the focus will be on time and quality gain.

Acknowledgements The author gratefully acknowledges the financial support provided by Volvo Car Corporation and the Foundation for Strategic Research through the ENDREA national graduate program. The ADRIAN programming performed by Henrik Sandström and Mattias Shamlo has been invaluable. Furthermore, thanks to design engineer Hossein Rezaei for help with the CATIA modeling and suggestions for ADRIAN from a user point of view. I would also like to thank Patric Kennerud and Mats Johansson at Volvo IT for suggestions on program structure. References 1. Chapman CB, Pinfold M. The application of a knowledge based engineering approach to rapid design and analysis of an automotive structure. Advances in Engineering Software 2001; 32:903-912. 2. Bylund N, Fredricson H, Thompson G. A design process for complex mechanical structures using Property Based Models, with application to car bodies. INTERNATIONAL DESIGN CONFERENCE - DESIGN 2002 Dubrovnik,Croatia, May 14 - 17, 2002. 3. Bylund N, Eriksson M. Simulation Driven Car Body Development Using Property Based Models. SAE paper 2001-01-3046, in proceedings to IBEC 2001. 4. Lubkin JL. The Flexibility of a Tubular Welded Joint in a Vehicle Frame. 1974 SAE 740340:1518-1522.

12

5. Moon YM, Jee. TH, Park YP. Development of an Automotive Joint Model Using an Analytically Based Formulation. Journal of Sound and Vibration 1999; 220(4):625-640. 6. MSC/Nastran: Handbook for superelement analysis. MSC/Nastran version 61, 2.2-3. 7. Wyatt Becker PJ, Wynn RH-Jr, Berger EJ, Blough JR. Using Rigid-Body Dynamics to Measure Joint Stiffness. Mechanical systems and Signal Processing 1999; 13(5):789-801. 8. Bylund N, Fast and Economical Stiffness Evaluation of Mechanical Joints, SAE 2003-01-2751, JSAE 20037025, International Body Engineering Conference, (IBEC03), Chiba, Japan, October 27-29, 2003. 9. Urzua P, Chouping L. Parametric study of the T-joint stiffness of an aluminium car body. M.Sc Thesis, Dept of Structural Mechanics, Chalmers University of Technology, 1999. 10. Lundgren D, Johansson M. Development of Sectional Capacity Software. MSc Thesis, Dept of Structural Mechanics, Chalmers University of Technology, 2001. Author: Nicklas Bylund, 93710, PV2A2, Volvo Car Corporation, 405 31 Gothenburg, Sweden. Email: [email protected] Telephone: +46 (0)31 325 41 45 Fax: +46 (0) 59 9990

Paper C2

Fast and Economic Stiffness Evaluation of Automotive Joints In the proceedings of the International Body Engineering Conference, IBEC 2003,

27-29 of October 2003, Shiba, Japan.

1

JSAE Paper Number 20037025 SAE Paper Number 2003-01-2751

Fast and economic stiffness evaluation of mechanical joints

Nicklas Bylund Volvo Car Corporation

ABSTRACT

Car body structures and the joints between beam members have a great impact on global vehicle stiffness. With the method presented in this paper it is possible to experimentally assess the stiffness of joints by a robust and economic means.The stiffness of a beam can easily be found experimentally just by cutting it in two and using the cross-sections to calculate the polar moment of inertia. When it comes to a joint, there are no formulae or expressions describing its behavior. Therefore, measurement of its mechanical behavior has to be made. The dynamic joint method presented here does not need levers or a costly, rigid set-up, but an economical free-free set-up and cast-on weights. Furthermore, the same method can be emulated by FEM when a digital model exists.

INTRODUCTION

During the design of space-frame automotive structures the joints are of great importance, governing up to 60% of the global stiffness [1]. In order to design a stiff and light auto body, a lot of effort is spent on benchmarking global behavior: measuring torsion stiffness and bending stiffness. These measurements illustrate the state of the art within the car body field. But in order to identify why a certain automotive body has a good behavior, measuring the behavior of its parts, such as beams and joints is needed. The behavior of a beam can easily be found just by cutting it in two and using the cross-section to calculate the polar moment of inertia. When it comes to joints there are no explicit formulae or

expressions describing their behavior. Therefore measurement of their mechanical behavior has to be done. The dynamic joint method presented here does not need levers or a costly, rigid set-up, but an economical free-free set up and cast-on weights. Furthermore, the same method can be emulated by FEM when a digital model exists.

1. RELATED WORK

The impact of joint stiffness on a structure’s overall stiffness has been known for a long time. In the seventies, Lubkin [1] showed that the overall stiffness of frame structures is very sensitive to the stiffness of the joints. He chose to represent beams as 1D beam elements and joints as Super elements, using FEM (Finite Element Method) to calculate the eigenfrequency of the frame. Lubkin compared two frame structures, one with the joints represented as ideally stiff and one where the joints were modeled as having a finite stiffness. His results show a difference of 60% in stiffness. He verified his results by experimentally measuring the eigenfrequency of a prototype. Later, Moon et al, [2] evaluated three- legged joints in the plane. They represented the joint analytically with three rigid levers representing the three legs. The levers were connected to a common center and torsional springs were put between the three levers, creating a diagonal stiffness matrix of size 3x3 with 3 independent spring coefficients. Finally the joint was measured statically in order to identify the stiffness of the different springs. The physical joint was made from straight,

2

prismatic, hollow beams welded perpendicular to each other. Furthermore, the cross section of the beam was in the order of 10x10 mm, thus very far from the size of automotive joints for which cross sections of 100x100 mm are not unusual.

A dynamic approach for evaluating joint properties can be found in Wyatt et al’s paper, [3]. Two-legged, small-sized joints, where also the movements out of the plane are considered; as in [2] a model of the joint is made by rigid levers to a common center and springs. But due to the three-dimensional set-up the resulting stiffness matrix has the size 6x6 with 6 independent coefficients. Furthermore, lumped masses much heavier than the beam itself are attached to both ends of the joint. These masses are analytically modeled as having a mass and a moment of inertia creating a square, mass matrix of size 6x6. By dynamically measuring the eigenvalues of the physical joint, with the two masses added and with free-free boundary conditions, the coefficients in the stiffness matrix are found by inverse modeling.

2. THE FAST AND ECONOMICAL DYNAMIC JOINT METHOD

The methods presented in related works all have their virtues and drawbacks. In Moon et al’s method, [2] each leg of the joint has to be rigidly attached (grounded) one at a time, and a lever attached to one of the other legs, see figure 1. This procedure has to be repeated for each leg, so for a three-legged joint this means three permutations. This is cumbersome and the need for a rigid set-up makes it costly. Furthermore, because the plates are welded, only the outer skin of the joint is attached, and reinforcement within the sections is not attached: thereby contributing less to the stiffness than they actually do when included in the complete car body.

The method applied by Wyatt et al uses structural dynamics to evaluate the joint:

something that we will see is beneficial to the cost of the experimental set-up.

2.1. DIFFICULTIES WHEN MEASURING A JOINT

As mentioned in the introduction, there is no explicit formula to describe the stiffness of a joint. Some characteristics make it difficult, furthermore, to measure a joint’s stiffness. The two major difficulties refers to:

1. The definition of the legs of the joint 2. The experimental set-up

Considering an automotive joint, it is hard to evaluate where the center lies; it is even possible that the joint has more than one center, see figure 2. In order to use the approach of Moon [2] and Wyatt [3], levers must be defined. The levers are rigid elements all attached at a common center by a frictionless coupling, see figure 3. The joint stiffness is then represented by springs between these legs, see figure 3.

Center

Figure 2. Shape of a realistic automotive joint with no absolute center.

Figure 1. Joint with unique center.

Welded plates on each leg ends

L X

Deformation measured

F Joint center

Rigid floor

3

When the axis lines of all the beams do not cross each other at one point, as in figure 2, no unambiguous center can defined. This makes it impossible to represent the joint with levers and springs as in figure 3. In these cases, it is thus impossible to use Moon’s static method.

2.2. DESCRIPTION OF THE DYNAMIC JOINT METHOD

2.2.1. Features of the method presented

In order to avoid the problems stated in the previous section, the method presented has the following features:

• No explicit levers are defined. • Heavy masses are cast at the end of

each leg. • A free-free boundary condition is used

The two last points are common to Wyatt et al’s method. By casting the masses onto the legs, any eventual reinforcement will also contribute to the stiffness, see figure 4. The free-free boundary condition means that no rigid plates or grounding are needed. To cut out the joint, a sphere of 250 mm diam. is laid over it with the center of the sphere at the approximate mid-point of the various joint centers, see figure 2. The legs are then cut where the surface of the sphere intersects them. The robustness and accuracy of this method has been shown to be good [4].

2.2.2. Principle of the mass lumping

In the method presented in this paper, as well as in Wyatt et al’s method, a special form of mass lumping is used. The idea is that in order to access the global modes,

i.e. where the joint moves globally, and not only the sheet metal vibrates, heavy masses have to be added. For a prismatic beam, for example, there exist six global modes: torsional, longitudinal, first bending in the plane, s-bending in the plane, first bending, first bending out of the plane and s-bending out of the plane. The form of all the global modes can also be made statically by bending the beam or joint at it’s ends; local modes, on the other hand, can not be made by statically bending the beam or joint at it’s ends. In fact the number of global modes equals the number of degrees of freedom minus the six rigid body modes. So for a three-legged joint this means a total of twelve global modes. For car body design, the first three or four global modes are the most interesting, as these are similar to the joint’s movements in the car body, such as forward-backward and inward-outward movement of the legs. The mass matrix of the joint itself is unknown and hard to find. If heavy masses with known mass and known moment of inertia are added at each joint end they will contribute only to the mass matrix’s diagonal. Therefore, if the added masses are heavy enough, the contribution of the non-diagonal elements will be negligible, i.e. the joint’s own mass does not influence the dynamic behavior much.

2.2.3. Dynamic equation governing the joints

The relation between stiffness and mass can be seen in equation 1. The solution of equation 5 gives the eigenmodes and the eigenfrequencies under the form of equation 2. The unknown in our case is the stiffness matrix K; the dominating diagonal masses of matrix M are known. Therefore by measuring the eigenfrequencies and the eigenmodes, a picture of the joint’s stiffness is obtained. The lowest frequency and its corresponding eigenmodes show the weakest direction of the joint. The next frequency and mode show the second weakest direction and so on. As mentioned earlier, it is the first 3-4 modes

Figure 3. Joint modeled with rigid elements and springs.

4

that are the most interesting. The measurements are done by adding accelerometers at several locations on the joint and the masses, and exciting the structure with a hammer equipped with a force transducer. From the resulting transfer functions (H=F/a) the eigenfrequencies and eigenmodes can be found. It should be remembered that from the knowledge of the mass matrix, eigenfrequencies and eigenmodes alone: although theoretically possible to calculate the stiffness matrix it is not practically feasible. The problem is an inverse one that is very ill-conditioned; see Berman, [5].

.

0)det(.5:143,2

.4

)sin(.3

)cos(

)sin(.2:deg

,

0.1

2

2

known

areMandKifsolvedbecanWhich

MKeq

toleadsequationinand

eq

encieseigenfrequ

rseigenvectoR

tRXeq

tRX

tRXeq

onssubstituti

freedomofreesofvectorX

matrixstiffnessK

matrixdampingD

matrixmassM

XKXDXMeq

=−

===

⋅⋅⋅−=

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

====

=⋅+⋅+⋅

λ

ωλω

ωωωω

ω

��

���

2.2.4. Examples of use of the method

The method can be used on different occasions: to test different joint reinforcement, for example. Volvo Car Corporation (VCC), is interested in the influence on stiffness when introducing bulkheads in joints. Two joints were made, one without bulkheads and one with; both were tested with the dynamic joint method, see figure 5a, 5b. A Finite Element Model (FEM) was also built and subjected to the same free-free boundary conditions, see figures 5c and 5d. The frequency difference between the experiments and the FE-models in this case was 7%. Other comparisons between FE-results and experiments have shown differences of 7%-15%. It should be pointed out that it is much easier to see the mode shape when the results (see figure 5,a and 5 b) are animated rather than as frozen images.

Figure 4. An automotive joint set-up according to the method presented.

5

2.3 USE OF THE METHOD IN THE BENCHMARKING PROCESS

The increased use of aluminum in car body design has made joint design even more important. In such designs, more than ever before, the joints are used as elements to connect beams. At VCC joints from the aluminum bodies already on the market have been analyzed giving some valuable input on joint stiffness in cast aluminum joints. The alternative: using the dynamic method would have required extensive rigid tooling and raised the almost impossible task ofmeasuring joints with no geometrical center.

CONCLUSIONS

The proposed dynamical joint method is a fast and economical means to assess the stiffness of joints. The method permits all type of joints to be measured, regardless of whether an unambiguous joint center can be found or not. Internal reinforcement contributes to stiffness, and because of this cast-on weights are used instead of welded plates. Different joints can be compared if the same masses and the same cutting lengths are used. A drawback of the method is that the static stiffness cannot be explicitly found because of the ill-conditioned inverse problem it presents.

Figure 5b. Joint with bulkheads, Eigenfrequency 185 Hz

Picture 5c. Joint without bulkheads

Picture 5d. Joint with bulkheads

Figure 5a. Joint without bulkheads, eigenfrequency 85Hz

6

ACKNOWLEDGMENTS

The dynamic measurements performed by K.G. Johansson at VCC are gratefully acknowledged. The discussions of the experimental set up with Jonas Forssell, also at VCC, are gratefully acknowledged.

REFERENCES

1. James L. Lubkin “The Flexibility of a Tubular Welded Joint in a Vehicle Frame” SAE 740340, pp1518-1522.

2. Moon Y.-M, Jee T-H and Park Y.-P

“Development of an Automotive Joint Model Using an Analytically Based Formulation” Journal of Sound and Vibration (1999) 220(4) pp625-640.

3. Patricia J. Wyatt Becker, Robert H. Wynn, Jr., Edward J. Berger and Jason R. Blough “Using Rigid-Body Dynamics

to Measure Joint Stiffness.” Mechanical systems and Signal Processing (1999) 13(5), pp 789-801.

4. Paulo Urzua and Lou Chouping “Parametric Study of the T-joint Stiffness of an Aluminium Car Body” Master Thesis 1999, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden.

5. Beerman, A. System identification of Structural Dynamic Models – Theoretical and practical Bounds 84 -0929

CONTACT

Nicklas Bylund, Tech lic and MSc

Email: [email protected]

Volvo Car Corporation

Paper C3

Field Method for Torsional Stiffness Measurements of Complete Vehicles In the proceedings of the International Body Engineering Conference, IBEC 2003,

27-29 of October 2003, Shiba, Japan.

1

JSAE Paper Number 20037028 SAE Paper Number 2003-01-2754

Field Method for Torsion Stiffness Measurement of Complete Vehicles

Bylund, N., Fredricson, H. Volvo Car Corporation

ABSTRACT

The following paper describes how to measure the global torsional stiffness of a complete car under field- like conditions. All that’s needed are lifting devices, two stands of equal height, three glide planes or equivalent, three scales and two inclinometers, a spirit level, some pieces of aluminum and a glue gun. The results from four measured cars are presented and a comparison is made with values obtained with laboratory equipment and data from manufacturers. The method is a fast and economic means to find the most interesting cars that then can be selected for measurement by traditional methods, giving the stiffness as a function of the vehicles long axis, and thus minimizes the cost of benchmarking. Time for measuring one car with all equipment readily available and with personnel having some experience of the method is about two hours. Only the sway bars have to be disconnected. Absolutely no damage to the measured car means that rented cars can be used.

1. INTRODUCTION

1.1. BACKGROUND

The experience of different benchmarking studies has shown that finding realistic values from other vehicles is tricky. This experience provided the inspiration for developing this measurement method: making it possible to find the global stiffness of a car body in an economic and easy way. Furthermore, the method can be used when there is a need to

monitor a car's eventual change in torsional stiffness, e.g. if a glued car body’s stiffness changes with time and use.

1.2. METHOD

The object of the method is to make it so easy that it can be done anywhere there is a vehicle lift available. The motivation has been to make it possible to take measurements without any damage to the vehicle. The equipment is easy to move to any location where there is a vehicle lift.

1.4. LIMITATION

During the measurement, the measured angles are in tenths of a degree so for good accuracy the inclinometers must have a precision within thousandths of a degree, thus limiting this source of error to a few percent. The scales should be able to measure weight within in a few kilos. The installation of the measurement equipment should be done with care to avoid unwanted errors due to bad mounting. From measurements done on a Volvo S80, good agreement with earlier values has been obtained with an error of approximately 4 %.

2. MEASUREMENT DESCRIPTION

This section explains the equipment, vehicle setup and mounting of measurement instruments.

2

2.1. EQUIPMENT

The major advantage of using this measurement method is the little amount of equipment used.

All the needed equipment is shown in the following photos.

Fig. 2.1. Transformer and Voltmeter used with the Inclinometer

Fig. 2.2. Inclinometer

Fig. 2.3. Glide plane

Fig. 2.4. Scales

Fig. 2.5. Stand Fig. 2.6. Forklift

Fig. 2.7. Vehicle lift

2.1.1. Inclinometer (Fig. 2.1; 2.2)

Torsional stiffness is the relation between applied torque and amount of twist the vehicle undergoes. The inclinometer is

used to read the twist angle directly. As only the relative angle between the front and the rear of the vehicle is measured in this method, only the global torsional stiffness of the vehicle is obtained. The method could therefore be used to compare vehicles in the early benchmarking process, as the stiffness as a function of the vehicle's long axis is not measured.

2.1.2. Glide plane (Fig. 2.3)

During loading of the vehicle the wheels move upward, sideways and forward or backward. This motion has to be free to avoid parasite loading into the vehicle, i.e. we do not want any side forces into the wheels.

2.1.3. Scales (Fig. 2.4)

There has to be scales to measure the load under at least three wheels, to cater for front-heavy and rear-heavy vehicles. This load is later used to calculate the torque applied on the vehicle.

2.1.4. Stands (Fig. 2.5)

During the setup two diagonally opposed wheels will be placed on fixed stands. See the vehicle setup in section 2.2. The stands should be of equal height.

2.1.5. Forklift (Fig. 2.6)

During the setup, the forklift's forks will be placed under one wheel: either a front wheel or rear wheel depending on the weight distribution of the vehicle. See the vehicle setup in section 2.2. If a forklift is not available, an adjustable stand could be used.

2.1.6. Vehicle lift (Fig. 2.7)

To be able to locate all the equipment under the vehicle a regular vehicle lift can be used. Important: the vehicle lift should NOT be of the type that directly lifts the car’s wheels, but the type that lifts the car at its jacking points! This also makes it possible to study the body structure and

3

use the information in the analysis of the structure.

2.2. VEHICLE SETUP

The car is lifted and then placed upon the two diagonally opposed stands. Glide planes have to be placed on the stands because the wheels translate upward, sideways and forward/backward when the suspension is compressed.

Scales have to be put under at least three of the wheels: If the car is front-heavy scales have to be put under each front wheel; if the car is rear-heavy scales have to be put under each rear wheel. It is a good idea to measure the balance of the car before placing the scales. The end of the car that has scales under both left and right wheel should be absolutely horizontal. This is done by using an adjustable stand or placing the scales on the forks of a forklift under the wheel that is on the same side as the fixed stand at the other end of the car. (See figures 2.8 and 2.9 below, of a front-heavy car).

Fig. 2.8. Front wheels. Front right: Fixed stand with scales and glide plane. Front left: forklift with scales.

Fig. 2.9. Rear wheels. Rear left: Fixed stand with, Scales and glide plane. Rear right: In the air. (See the twist!)

2.3. INSTALLATION OF INCLINOMETERS

To obtain good readings; the inclinometers should be attached to light beams which are then put onto short vertical supports attached to the suspension towers in front, and to the rear side beams in the rear, see 2.10-2.13.To mount the attachments at the front end is usually easy; the suspension towers are easily accessible.

In the rear, some problems can occur; interference with the suspension has to be avoided. As the suspension moves a lot it has to be checked during the first loading that there is no such interference between the suspension and the inclinometer attachment. It is best to attach the inclinometers to the rear side beams, as close to the spring towers as possible, but if they are not easily accessible and the sub-frame is rigidly attached to the side beams the latter can be used.

Fig. 2.10. Front-end attachment to suspension tower.

Fig. 2.11. Light beam with inclinometer attached mounted on front-end attachments.

Fig. 2.12. Rear attachment up to rear side beams.

Fig. 2.13. Rear attachment to rigidly mounted sub-frame.

3. MEASUREMENT PROCEDURE

When the stands have been placed under the wheels and the inclinometers are mounted, the following steps have to be carried out. 1. Mount the supports on the front

suspension towers; see fig. 2.10 and fig. 2.11.

2. Put the lift under the car. Make sure that the lift supports the car at

Hotmelt Glue

Support Beam

4

symmetrical locations and at the same time, to avoid parasite torques. Lift the car.

3. Put the four scales on the floor and measure whether the car is front-heavy or rear-heavy. Lift the car again.

4. Mount the supports at the rear side beams, making sure that they are not too close to the moving parts of the suspension. See fig 2.12 and fig 2.13. Observe that soft rust protection must be taken away otherwise the supports may slide!

5. Place the fixed stands with scales and glide planes diagonally under the left rear and right front wheels. See fig 2.5. Move the forklift to the heavy end of the car and lower the forks below the level of the fixed stand. See fig 2.6

6. Lower the car slowly and adjust the forklift so that the end of the car rests horizontally (use a spirit level) on the fixed stand and forklift forks. Finally, the car should be supported only on the stands and forklift. The car may roll a few cm but if the lift is adjusted so that the car is horizontal it will not roll much. Fig 2.8 and 2.9.

7. Check so that no part of the rear suspension touches the inclinometer support at the rear. Look also for interactions between the lift and the floor.

8. Lift the car again so that it is only supported on the lift. Zero the scales and the inclinometers.

9. Now it is time to start measuring. Lower the car slowly down on the stands and the forklift. Check that the stands are placed exactly under the wheels. Check: readings on the scales, angles, and level. Repeat several times. The first readings should be ignored, as the car has to be set the first time.

10. Test with sway bars mounted and demounted. A sway bar attached on the overhang side reduces the stiffness while a sway bar attached towards the middle of the cars augments it.

11. Eventually test with open and closed doors.

4. DATA ANALYSIS

In order to calculate the stiffness value from the measured values the following procedure is used.

Torque calculation:

The resultant moment on the car has to be zero because the car is at rest.

On the side that is just supported at one point we have the torque:

281.9 1

11

bmM ⋅⋅=

=1m mass on the scale

=1b track width on side with one scale

On the side that has both wheels supported, we have the torque:

2)( 2

322

bmmM ⋅−=

2m = mass on left scale

=3m mass on right scale

Important condition; both torques should be equal. Anyhow, a difference of 2-3 % can occur depending on the precision of the scales and accuracy of the measurement of the track width.

221 absMabsM

M+=

=M mean value of torque

Calculation of stiffness, K:

αM

K =

=α measured torsion angle

5

5. METHOD CALIBRATION

To check how the method complies with values from measurements done by Volvo Car Corporation (VCC) we have used the Volvo S80 as a reference vehicle. A torsional value of 18.6 kNm/deg has been measured at VCC, with an advanced method, and this serves as a reference value to our measurements. From the measurements done with the field method, we achieved a torsional stiffness value of 19.2 kNm/deg without sway bars and 23.7 kNm/deg with sway bars. As mentioned above in the report the sway bars have a great influence on the torsional stiffness. The values from measurements done without sway bars are closer to the reference measurements, as they are done without any driveline. From these values it can be seen that the new method is within 4 % of the reference value for the Volvo S80. See fig 5.1. The maximum error from measurement of three other cars is hard to evaluate, as no measurements with the advanced method could be made on these vehicles. In the appendix, some comparisons between other sources of data outside VCC and results from the field method are made: the differences are around 10%.

Torsional stiffness Volvo S80

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Tors

iona

l stif

fnes

s (N

m/d

eg)

test 1test 2test 3test 4Series5test 5test 6test 7test 8Series11reference

No swaybarSwaybar Ref.

Values from measurements with noswaybar 3.3 % higher then ref.

Figure 5.1

The method also shows great repeatability, within +/- 100 Nm/deg for values up to 10000 Nm/deg.

This result is satisfactory, as the method is so rapid and economic to apply.

The values from three other vehicles measured can be seen in the appendix.

6. CONCLUSIONS

With the presented method the global torsional stiffness of a vehicle can be measured under field-like conditions using only a vehicle lift and some easily transportable equipment. The time needed for measuring one vehicle is about two hours. The difference between the field method and the advanced method used at VCC lies within 4%. The difference between the field method and non-verified results from other sources is about 10%. Furthermore, the method can be used when there is a need to monitor a car's eventual change in torsional stiffness, e.g. if a glued car body’s stiffness changes with time and usage. The speed of the field method, together with the small amount of equipment and the non-destructive character, makes it a good complement to more advanced methods when making a scan of several vehicles on the market.

6

ACKNOWLEDGMENTS

We acknowledge the help from Shaylor Duncan at VMCC (Volvo Monitoring and Concept Center) for the design and manufacture of the necessary stands, supports and beams for the measurements.

REFERENCES

[1] Ford: Static Torsion and Bending Test – Body and Vehicle, Engineering Standards & Systems Engineering (ESSE), EATP:01.01-16.01

[2] Forssell Jonas: Mätning av vridstyvhet – komplett bil, Volvo Car Corporation, dept. Painted Body Engineering, 1995, LM – 132930

[3] Mikael Holmsbo: Metodutvecklingsprojekt – mätning av vridstyvhet, kompl. Bil, Volvo Car Corporation, 1995, LM – 132618

CONTACT

Bylund, N., Licentiate of Engineering Department of Advanced Body Engineering, 93710, Volvo Car Corporation SE-40508 Gothenburg Tel: 46-31-325 4145 E-mail: [email protected] Fredricson, H., Licentiate of Engineering Department of Advanced Body Engineering, 93710, Volvo Car Corporation SE-40508 Gothenburg Tel: 46-31-325 9707 E-mail: [email protected]

APPENDIX

A1. CHRYSLER SEBRING

Chrysler Sebring

Stifness values from measurements

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Car, Chrysler seebring

test 1

test 2

test 3

test 4

Series5

test 5

test 6

test 7

test 8

Series10

Benjamin Yilma

ref. From manufacturer

No swaybarSwaybar

Ref.

Values from measurements with no swaybar appr. 12 % lower then Benjamin Yilma.

BenjaminYilma.

Average values from measurements of Chrysler Seebring:

• Authors, with sway bar: 4780 Nm/deg • Authors, without sway bar: 3898 Nm/deg • Value received from Ford: 4389 Nm/deg • Value received from the manufacturer:

8800 Nm/deg A2. CHEVROLET CORVETTE

Chevrolet Corvette

7

Stiffness values from measurements

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Car, Chevrolet,corvette

test 1

test 2

test 3

test 4

Series5

test 5

test 6

test 7

test 8

Series10

ref. manufacturer

No swaybarSwaybar

Values from measurements with noswaybar appr.15 % higher then ref from manufacturer

Ref.

Average values from measurements of Chevrolet Corvette:

• Authors, with sway bar: 10468 Nm/deg • Authors, without sway bar: 11051 Nm/deg • Value received from the manufacturer: 12570

Nm/deg A3. HONDA S2000

Honda S2000

Stiffness values from measurement

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Car,S2000

kNm

/deg

test 1

test 2

test 3

Series4

test 4

test 5

test 6

Series8

Benjamin Yilma

No swaybar

Swaybar

Values from measurements with no swaybar appr. 6 % higher then Benjamin Yilma

Benjamin Yilma.

Average values from measurements of Honda S2000:

• Authors, with sway bar: 6649 Nm/deg • Authors, without sway bar: 7525 Nm/deg • Value received from Ford benchmarking: 7121

Nm/deg • Value received from the manufacturer: not

available

Paper D

A study of the use of Engineering Design methods in an automotive company

��

��

A study of the use of design methods in an automotive company

����������� ������

�������������������

�������������������

������������ ��������������������� ������������������������

�� �����!"��!��#��"����$��%���&'(�)���*����+�����������

)��,-����$.�/.0������"�1�������������,2'��34��,"��� ��������565�

Abstract ����� �!�"#$%��#&'��(�� ��")%��%�(*�+���&+,#�+��-$+�%�,&%��.�,&%�!�&�,$ ��%�+��"#��+��!/&,"�$ � � %)�"+*� "$�(�� � �)--�,�� ".��#��$(0�,"�'��$-� "#��� +���&+,#� ��� "$�) %�+�"& %� "#��)��� & %� �!/&,"� $-� %���� � !�"#$%�� � � "#�� ,$ "�1"� $-� &� �/�,�-�,� ,$!/& *�� 2$3'$� �&+��$+/$+&"�$ � 42��5�� (*� %��,+�(� �� "#�� (�#&'�$)+� $-� � �� ��+�� � � +�3&"�$ � "$� !�"#$%���"#�+�(*�/+$'�%� ��� ���#"�� "$�#$6�+���&+,#�+��,& ��)//$+"�%���� �+�.��#��%&"&�/+��� "�%����"#��+��)3"�$-�7)&3�"&"�'��+���&+,#�,&++��%�$)"�%)+� ��-$)+�*�&+��&"�2����6#�+��"6$�$-�"#��&)"#$+��6�+��3$,&"�%�&�� +���&+,#�+�.���� �� "#��,$ ,�/"��/+��� "�%�#�+��� �"� ���#$/�%� "#&"�+���&+,#�+�� ,& � (�""�+� ) %�+�"& %� "#�� '&3)�� $-� %�'�3$/� �� %���� � �)//$+"� "�,# �7)����%���� ��)//$+"�"$$3���& %�"#��/+$,������$-�&%$/"�$ �$-�!�"#$%��(*�� %)�"+*.�

6������� 7��� ��8����� ��"���8������� �����"��#������8����� ��8#"�������� ��8����� ���� ����

1. Introduction ����� �"�&!��6�"#�&�+& ���$-��/�,�&3���%�8 $63�%���&+��,$!!$ 3*�-$+!�%�"$�) %�+"&8��%���� � � � /+$%),"� %�'�3$/!� ".� ����� � (*� "�&!�� � '$3'��� &,"�'�"���� �),#� &�� �"+&"��*�%�'�3$/!� "�� �*�"�!� �$3)"�$ � %�'�3$/!� "�� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ �� /+$(3�!� +��$3)"�$ �� �",.�4�9/�: ���&� & %� �#$!/�$ � �;;<5�� �$!�� $-�6#�,#� &+�� � ")�"�'�3*�/+&,"���%.� �$!/& ������ �+&33*�-��3�� ��,)+��&($)"�"#���--�,�� ,*�$-�"#��+�� ")�"�'��%���� �/+$,�%)+������/�,�&33*�� �"#���&+3*��"&����$-�%���� �6#�+��"#��3�'�3�$-�) ,�+"&� "*�& %�,$ ��7)� ,���$-�%�,���$ ��&+��#��#.��#�� )!�+$)��%���� �!�"#$%��$-�"#��/&�"�-�6�%�,&%����� �+&"�%�(*�&,&%�!�&�#&'�� "#��/$"� "�&3� "$� � �)+�� �--�,�� ,*� � � "�&!� %���� =� #$6�'�+�� "#��+� �!/&,"� $ � � %)�"+*� ���,$ ��%�+�%�� �)--�,�� "�4��+8#$-�+��"�&3.��;;�=���33& %�+��;;�=��$#&"� �8*��;;�5.��

2. State-of-the-art in use of design methods () %& "�3�"�+&")+�� � �"#��>;?��& %�@;?���#$6�%�"#&"� "#��(��"�/�+-$+!� ��!& )-&,")+� ��A&/& ���� ,$!/& ���� ,$)3%� ,+�%�"� /&+"� $-� "#��+� �),,���� "$� "#��+� &""� "�$ � "$� %���� �$/�+&"�$ �� 4B#�" �*� �@>>=� B$!&,8� �"� &3.� �@@;5.� 3"#$)�#� &""�!/"�� "$� �!/+$'�� %���� �$/�+&"�$ ��!)�"�#&'���1��"�%� �� ,��/�$/3�� �"&+"�%� "$�%���� �,� ")+���� &�$�� "#�� "$/�,�#&��

��

��

(�� �+���&+,#�%�� �"#��3&�"�%�,&%���4�3���� ���;;�5.�2&+�$)��-��3%��#&'��,$ "+�()"�%�� �"#���� �+&"�$ �$-�!�"#$%��6�"#�&�-$,)��$ �%���� ���.�.�%���� ��,�� ,���7)&3�"*�!& &��!� "��,+�&"�'�"*�� �",.� �#�� &)"#$+�� $-� "#��� /&/�+� %$� +���&+,#� � � "#�� %���� � �,�� ,��-��3%.������ ��,�� ,�� !�"#$%�� /3�&%� -$+� +&"�$ &3��&"�$ � & %� �*�"�!&"��&"�$ � � � %���� � �.� ��"#$%��/�+-$+!� �� %�--�+� "� "&�8�� � � "#�� %�--�+� "� �"&���� $-� %���� � 6�+�� ,$33�,"�%� 4�)�#� �@@�=�A$ ��� �@@�=� �&#3� & %� ���":� �@@C5.� � � "#��3&"�� @;?��� "#��3�"�+&")+���+�6� &($)"�6#*�%���� ��,�� ,��!�"#$%��6�+��(�� ���� $+�%�(*�� %)�"+*�4�%�+��@@>=�D+$�"��@@@5��6#�+�&��A&/& ����!�"#$%��6�+��)��%.��")%����$ �"#��)���$-�%���� �!�"#$%��� �� %)�"+*�/+$3�-�+&"�%.�+&)0$��"�&3.� 4�@@C5�!�&�)+�%� "#��'&3)��$-�!�"#$%��&��&�/�+,� "&���$-�,$!/& ����6#$�/�+,��'��"#&"� &�!�"#$%� �"+$ �3*�,$ "+�()"��� "$�/+$%),"�7)&3�"*.� �$!��&)"#$+��%� ��%� "#���� �+&3�(�3��-� "#&"�-$,)�� ��$ �%���� �$/�+&"�$ ���)&+& "���� "#��()�� ���� �),,����$-�&�,$!/& *.��& "&!���&� 4�@@@5�� -$+� �1&!/3��� �"&"��� "#&"� E%���� � �)//$+"� "�,# �7)��� %$� $"� 3�&%� "$�%�"�+!� ��"�,� & %� /+�%�,"&(3�� �--�,"��� �� ,�� "#�� (� �-�"� "#�*� %�3�'�+� "$� "#�� -�+!� ���,$ %�"�$ �%�(*�&�+&"#�+�,$!/3�1� �"6$+8�$-�� "�+&,"�$ ��(�"6�� �&���"�F.����+�,$!!� %���'&3)&"� ��"�,# �7)���(*�,$ ��%�+� ��"#��+�-�+! �/�,�-�,�&��+��&"�$ .��$+��&�/�,"��"$�"#���),,���-)3� �!/3�!� "&"�$ � $-� !�"#$%�� �1��"� "#& � "#�� -) ,"�$ &3�"*� $-� �),#� "�,# �7)��.��3���� ���"�&3.�4�@@>5�/+$/$��%�& �&//+$&,#�"$�%�&3�6�"#�"#��,$!/3�1�"*�� �/+�%�,"� ��"#���--�,"�� $-� %���� � +���&+,#� (*� ��"&(3��#� �� ,&)�� �--�,"� +�3&"�$ �#�/�� (�"6�� � �),,����,+�"�+�&���.�.�()�� ����+�3&"�%�!�&�)+����%$6 �"$�!�&�)+&(3��,+�"�+�&�,3$��� "$� "#��/+$%),"�%�'�3$/!� "�&,"�'�"*.���� ��&�3$��,&3�,#&� �"$��#$6�,&)���& %��--�,"� ���&3�$�%��,+�(�%�� ��� �4�@@<5�&��&��� �+&3�&,"�$ �+���&+,#��"+&"��*.���'�+*� ,#& ��� � � &� ,$!/& *� ��� ,)!(�+�$!�� & %� !),#� �--$+"� #&�� "$� (�� � '��"�%� -$+� &�,#& ��� "$� $,,)+� & %� (�� �)�"&� &(3�.� � � "#�� -��3%� $-� !& &��!� "�� +���&+,#� #&�� (�� �,$ %),"�%� "$� ) %�+�"& %� "#�� /#� $!� $ � $-� +����"& ,�� "$� ,#& ��� 4D$+%�� D$+%�� & %��,�&!&+&� �;;�=� �$""�+� �@@G=��&)+�+� �@@C5.� �$6�'�+�� !$�"� &)"#$+�� 6�"#� � "#�� %���� ��,�� ,��-��3%���&+,#� ��-$+�6#*�"#�+�����&�3&,8�$-��!/&,"�$-�%���� ��,�� ,��!�"#$%��%$� $"�,$ ,� "+&"�� $ � �� �+&3� +�&�$ �� &($)"� 6#*�,#& ��� ��� %�--�,)3"� "$� �!/3�!� "�� ()"� $ � "#��� "+� ��,�+�&�$ ��6�"#� �"#��%���� �!�"#$%$3$�*�-��3%�"#&"�!&8��%���� �!�"#$%��%�--�,)3"�"$� �!/3�!� ".� �3���� �� 4�;;�5� -$) %� "#&"� E!& *� $-� "#�� +���&+,#�+�� ���!� "$� 6$+8� � �H��$3&"�$ ?�� $"� � '��"��&"� �� &,")&3� � %)�"+�&3� ��%�F�� 6#�3�� �"�!/-3�� & %� �&%8� �,#&)(�4�;;�5�+�!&+8�%�"#&"�E"#�$+* ()�3%� ��& %�+���&+,#�,$ %),"�%�) %�+�"#�� $+!&"�'���"+&� �#&��$-"� � ��3�,"�%�"$�3$$8�&"�6#&"�/�$/3��&,")&33*�%$�I���!/3*�/+��,+�(� ��&�!�"#$%$3$�*�!&*� $"�!��"�"#�� ��%��$-�%���� �+�H$)"�"#�+�?F.�

3. Objective of the paper �#��$(0�,"�'��$-�"#���+���&+,#����"$�) %�+�"& %�"#��)���& %��!/&,"�$-�%���� �!�"#$%��� �"#��,$ "�1"�$-�&��/�,�-�,�,$!/& *��2$3'$��&+��$+/$+&"�$ �42��5��(*�%��,+�(� ��"#��(�#&'�$)+�$-�� �� ��+�� � � +�3&"�$ � "$�!�"#$%��� & %� "#�+�(*�/+$'�%� �� � ���#"� � "$�#$6� +���&+,#�+��,& ��)//$+"�%���� �+�.���� ��"#��,$ ,�/"��/+��� "�%�#�+����"����#$/�%�"#&"�+���&+,#�+��,& �(�""�+� ) %�+�"& %� "#�� '&3)�� $-� %�'�3$/� �� %���� � �)//$+"� "�,# �7)���� %���� � �)//$+"�"$$3���& %�"#��/+$,������$-�!�"#$%��&%$/"�$ �(*�� %)�"+*.�

4. Research method �$�) %�+�"& %�"#��)���$-�!�"#$%��� �&�,$!/& *���"���� �,���&+*�"$��")%*�"#��/+$(3�!�-+$!�%�--�+� "�/�+�/�,"�'��.���+"&� 3*��� �� ��+��,& �(��&�8�%�&($)"�"#��!�"#$%��"#�*�)����& %�"#��+�'��6�$ �!�"#$%���/+$'�%� �� � "�+��"� ��!&"�+�&3�-$+� +���&+,#�+�.��$6�'�+�� &��+�&"�

��

��

&!$) "�$-�"#��+�8 $63�%������"&,�"�& %�%�--�,)3"�"$��1/3&� .��$+�$'�+���%�+�4�@@>5��)����"��"#&"� %���� �+�� #&'�� &� '$,&()3&+*� � � +�3&"�$ � "$� "#�� %���� � &,"�'�"*� "#&"� ��� $"� � � ,3$���&3�� !� "�6�"#�"#��&(�"+&,"�$ �& %�'$,&()3&+*�$-�+���&+,#�+�.��#���,& �+��)3"�� �%���� �+��&3!$�"� $"�(�� ��&(3�� "$� +�,$� ���� "#��%��,+�/"�$ ��$-�!�"#$%�� � � &(�"+&,"� "�+!��&�&� �"�"#�� !�"#$%�� & %� &,"�'�"���� 6#�,#� "#�*� +�/+��� "� 4D+$�"� �@@@5.� �(��+'&"�$ �� $-� %���� �/+&,"�,�� & %� & &3*���� $-� %$,)!� "�%� !�"#$%�� )��%� ,& � /+$'�%�� �6� � ���#"�� "#&"� "#��+���&+,#�+� 6$)3%� $"� -� %� �-� $ 3*� +�3*� �� $ � /+� -$+!)3&"�%� 7)��"�$ �� (&��%� )/$ � "#��"#�$+�"�,&3�-+&!�6$+8�4�)($���& %��&%%���;;�5.��$6�'�+��"#���"*/��$-�+���&+,#�,& �&3�$�(�� 3�!�"� ��� �� ,�� 6#&"� #&//� �� � � &� /&+"�,)3&+� ,&��� !&*� (�� $-� � ,�%� "&3� ,#&+&,"�+� $+�,$++�3&"�%� "$� ,$!/& *� -&,"$+�� &"� &� #��#�+� 3�'�3�� & %� ,& $"� (�� �+&�/�%� (*� &� !�+��$(��+'&"�$ �$+�%$,)!� "� & &3*���.��� ,��� &� ��"� $-�,$!/3�!� "&+*� +���&+,#�!�"#$%��&+��,$!(� �%�� �"#���/&/�+��&��,$ %),"�%�(*�"6$�+���&+,#�+��3$,&"�%�� �� %)�"+*���#&+� ��"#���&!�� /#*��,&3� &"!$�/#�+��� ,)3")+��� & %�'$,&()3&+*� $-� � �� ��+�� 4�3$!(�+�� �"� &3.� �@@�5��& %� $ �� �)/�+'��$+� 3$,&"�%� &"� &� ) �'�+��"*.� �+�& �)3&"�%� �'�%� ,�� ��� &3�$� &� +�&�$ � "$�,$!(� ��+���&+,#�&//+$&,#����&���)����"�%�(*��� �4�@@<5.��#�� -�+�"� (3$,8� $-� +���&+,#� 6&�� & � � "�+'��6� �")%*� ,$ %),"�%� (*� "6$� $-� "#�� &)"#$+��(�"6�� ��$'�!(�+��;;��& %�D�(+)&+*��;;��6�"#�"6$�!&� �$(0�,"�'��J�"$�) %�+�"& %�"#��� $'&"�$ �/+$,����&"�"#��/+$0�,"?��!�3��)�3�'�3�& %�"$�) %�+�"& %�"#��)���$-�!�"#$%$3$�*�&"� "#��/+$(3�! �$3'� ��3�'�3.��#�� ��,$ %�/&+"� ��� +�/$+"�%� � � "#��� &+"�,3��� "#$)�#� "#��-�+�"�/&+"�/+$'�%������� "�&3�� -$+!&"�$ �&($)"�"#��,$ "�1"�� �6#�,#�"#��!�"#$%��&+��)��%.�D$+�-)+"#�+�� -$+!&"�$ �&($)"�� $'&"�$ �/&+"��"#��+�&%�+����+�7)��"�%�"$�+�-�+�"$��9/�: ���&�4�;;�5� & %��9/�: ���&� & %��#$!/�$ � 4�;;<5.�-"�+�� � � &� ��,$ %�(3$,8�$-� +���&+,#�� "6$�$"#�+� &)"#$+�� $-� "#��/&/�+�-$33$6�%�6�"#� & � $(��+'&"$+*� & %� & � � "�+'��6� �")%*�$-� "#��/+$,���� $-� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � -$+� &($)"� ��1� !$ "#�� � � �;;�� & %� �;;�.� �&+"� "#+��� $-� "#���+���&+,#�%��,)�����"#��& &3*����$-�&� )!(�+�$-��1&!/3���$-�%$,)!� "�%�!�"#$%��)��%�� �"#��� ,$!/& *� -$+� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � �&"#�+�%� $'�+� ��'�+&3� *�&+�� (*� $ �� $-� "#�� &)"#$+�.��#���� "#+��� /��,��� $-� +���&+,#� &+�� ,$!/3�!� "&+*� (�,&)��� "#�*� ,$!(� �� � "�+'��6���$(��+'&"�$ ��� & %�%$,)!� "&"�$ � & &3*���.� � � "#��-�+�"� (3$,8� $-� +���&+,#�� "#�� +���&+,#�+��� 7)�+�%� &($)"� %���� � !�"#$%�� )��%� (*� � �� ��+�� -+$!� &� '&+��"*� $-� %�/&+"!� "�.� �#����,$ %� /��,�� $-� +���&+,#� ,$ ,� "+&"��� $ � "#�� ($%*� %�/&+"!� "� & %� $ � "#�� /+$,���� $-���3�,"�$ �$-�,$ ,�/"�� 4"#��6$+%�!�"#$%�6&�� $"�!� "�$ �%5.��#�� "#�+%�/��,��$-�+���&+,#�,$ ,� "+&"���$ �!�"#$%��)��%�-$+�,$ ,�/"���3�,"�$ �& %�& &3*����$-�"#��+��)3"��$("&� �%�(*�%���� �"�&!��6�"#�"#����!�"#$%�.���"6�� ��;;��& %��;;<��"#��&)"#$+��#&'��#&%�&,,����"$�� "�+ &3�� �"+),"�$ ���,$ "� )$)��� %)�"+�&3�-��% (&,8�-$+�"#��+��%�&���& %�#&'���#&+�%�"#��/#*��,&3�& %�,)3")+&3�� '�+$ !� "�6�"#� "#��� �� ��+�� 4�3$!(�+���"�&3.��@@�5.��� ,��� "#��+���&+,#�!�"#$%�-$+�"#���6$+8�,& �(���)!!&+���%�&��&�,$!(� �%���"�$-�+���&+,#�!�"#$%���� ,3)%� �� � "�+'��6��� /3& �%� $(��+'&"�$ �� �/$ "& �$)�� $(��+'&"�$ ��� & %� %$,)!� "���&+,#���-+$!�� ��%��"#��,$!/& *��/+$'�%� ��&�/+$�+����'��) %�+�"& %� ��$-�"#��/+$(3�!.�

5. Results �#�� +��)3"�� #&'�� (�� � $+�& ���%� &,,$+%� �� "$� "#�� "#+��� /+�'�$)�3*�!� "�$ �%� +���&+,#�(3$,8��� '�:.� %���� � !�"#$%�� )��%�� "#�� /+$,���� $-� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ �� & %� & &3*���� $-�%$,)!� "�%�!�"#$%��)��%�-$+�,$ ,�/"���3�,"�$ .��#��+���&+,#�!�"#$%��)��%�"$�$("&� �"#��%&"&�&+���3&($+&"�%�-)+"#�+�� ��&,#�(3$,8.�

��

<�

5.1 Research block one: Design methods used as reported by interviewees to an in-company researcher

-"�+� $ �� *�&+� &"� "#�� ,$!/& *�� &() %& "� � -$+!&"�$ � &($)"� "#�� )��� $-� !�"#$%�� 6&���&"#�+�%.� �$6�'�+�� !$�"� �%�&�� &($)"� 6#*� !�"#$%�� #&%� $"� �+�&"3*� �!/&,"�%� "#��,$!/& *� ,&!�� -+$!� "#�� �&!�� +�%),�%� )!(�+� $-� � �� ��+��� 6#$� 6�+�� -&'$)+&(3�� "$�)�� ��!�"#$%�.� �#�*� &+�� #�+�� +�-�++�%� "$� &�� � -$+!& "�.� � -$+!& "�� +�'�&3�%� "#&"� "#�*�6�+�� ) &6&+�� $-� "#�� #��#� )!(�+� $-� �1��"� �� &,&%�!�,� %���� � !�"#$%�� (�-$+�� "#��+���&+,#�/+$0�,"�6&��� �"�&"�%.���$�&,#��'��!$+��$(0�,"�'�"*�� �"#��/+$(3�!��1/3$+&"�$ ��& �� "�+'��6��")%*�6&��,$ %),"�%�6�"#�&�+�/+��� "&"�'�� )!(�+�$-�� �� ��+��-+$!�%�--�+� "�%�/&+"!� "�.��#��$(0�,"�'��6&�� $"�"$��&"#�+�%&"&�&($)"�&33�!�"#$%��)��%�� �"#���,$!/& *��()"�"$���"�& �) %�+�"& %� ��$-�"#�� "*/��� $-� !�"#$%�� )��%�� "#�� /+$,���� (*� 6#�,#� "#�*� &+�� &//3��%�� & %� "#�� 3�'�3� $-��&"��-&,"�$ �$-�� �� ��+��)�� �� "#����!�"#$%�.��#�� �%�&�6�"#� "#�� � "�+'��6��")%*�6&�� "$�-� %� &� �+$)/� $-� � �� ��+�� 6#$� ,$33&($+&"�%� ,3$��3*�� �$� "#&"� �#&+�%� 8 $63�%��� &($)"�!�"#$%�� ,$)3%� (�� %�"�,"�%.� "� "#�� �&!�� "�!��� �"� 6&�� %���+&(3�� "#&"� "#�*� +�/+��� "�%�%�--�+� "�%�/&+"!� "�� �$� "#&"� "#���+$)/�6&�� $"�3�!�"�%� "$�$ �� "*/��$-�%���� � "&�8.��#��� "�+'��6�� �"&+"�%� 6�"#� "#+��� � �� ��+�� -+$!� "#�� ,#&����� %�/&+"!� "� 6�"#� 6#$!� "#��+���&+,#�+�#&%�$-"� �,$ "&,".��#�*�6�+��&�8�%�"$��)����"�-$+�"#��� "�+'��6�$"#�+�� �� ��+��-+$!� & *� %�/&+"!� "� "#�*� $+!&33*� 6$+8� 6�"#.� �-� "#�� �)����"�%� � �� ��+�� 6�+�� -+$!�,#&������"#�*�6�+��&3�$�&�8�%�"$��)����"�$"#�+�� �� ��+���"#)��� �)+� ��"#&"�&33�� �� ��+��6�+�� ��"#�+� -+$!� "#�� ,#&����� %�/&+"!� "� $+� $"#�+� %�/&+"!� "�� "#&"� 6$+8� 6�"#� ,#&�����+��)3&+3*.��#�� )!(�+�$-�� "�+'��6���+�6�"$���.�33�6�+��� %�'�%)&3���1,�/"�-$+�$ ��6#�+��"6$� /�$/3�� 6�+�� � "�+'��6�%� ��!)3"& �$)�3*.� �#�� ��� � "�+'��6���� 6$+8�%� &"� '&+�$)��%�/&+"!� "��& %�%�&3"�6�"#�%�--�+� "�&�/�,"��$-�"#��/+$%),"�%�'�3$/!� "�/+$,����4�&(3���5.� �#�� � "�+'��6�� 6�+�� +�,$+%�%� & %� "+& �,+�(�%.� � %�"&�3�%� �1/3& &"�$ � $-� "#��� "�+'��6���?�"&�8�������'� �� �4�9/�: ���&�& %��#$!/�$ ���;;<5.���+���"#��"&�8��&+��$ 3*�+�3&"�%�"$�"#��!�"#$%��)��%���%��,+�(�%�� �-$33$6� ����,"�$ �.�

�D��)+���.���/&+"!� "�$-�"#��� "�+'��6����& %� )!(�+�$-�*�&+��6$+8� ��&"�2���4&%&/"�%�-+$!��9/�: ���&�& %��#$!/�$ ��;;�5���&"&� & &3*���� ��� /+��� "�%� �1"�� �%� "�-*� �� "#�� !�"#$%�� )��%�� /&""�+ �� � � )��� & %�&%$/"�$ � $-� !�"#$%��� "#�� '��6� $-� � �� ��+�� $ � %���� � !�"#$%�� )�&(�3�"*�� & %� "#���!/$+"& ,����'� �"$�,$ ,�/"���3�,"�$ .���-$+��"#��� "�+'��6��"$$8�/3&,����&,#�� "�+'��6���6&��,$ "&,"�%�'�&�� !&�3��"�3�/#$ ���$+�� �/�+�$ ��& %���'� �&�"� "&"�'��� "�+'��6�7)��"�$ ��3��"�& %�&�3��"� &!� ��%���� �!�"#$%��"#&"�,$)3%� (�� )��%�%)+� �� "#�� � "�+'��6�� "$� #�3/� "#�!� +�!�!(�+� "#�� /$���(3��!�"#$%��"#&"�"#�*�#&%�)��%.��#��3��"�$-�!�"#$%�����/+��� "�%�� �&//� %�1��.�

��

G�

�#��� "�+'��6����+�/$+"�%�&� )!(�+�$-�!�"#$%��)��%.�� ��$!��$,,&��$ ���!�"#$%��6�+��%��,+�(�%�&��/+�!�%�"&"�%�/+$,�%)+���)��%�(*�&��+$)/�-$+�&�,$ ,� "+&"�%�/�+�$%�$-�"�!��"$�&,#��'��&��$&3.��#���&!��!�"#$%�,$)3%�+�7)�+��&� )!(�+�$-�,$ ,� "+&"�%��/��$%����$+������$ ���"$�(��&//3��%��()"�"#���� �+&3�/3& ��$ �#$6�"$�/+$,��%�6$)3%�+�!&� �) "$),#�%.��#���� !�"#$%�� &+�� ,&33�%� �1/3�,�"� !�"#$%�� � � "#��� /&/�+.� � � $"#�+� $,,&��$ ��� !�"#$%��6�+��%��,+�(�%�&��&�,#&� �$-�&,"�$ ��$,,)++� ��&"�%�--�+� "�$,,&��$ ���6�"#�&�#��#�"� %� ,*�"$6&+%�� $//$+") ��"�,� %���� �� &�� %��,+�(�%� (*� 2����+� 4�@@<5� & %� �� %�+� & %� �3���� ��4�;;<5.��#�*�&+��"*/�,&33*�) %�+"&8� �(*�� %�'�%)&3�.��"#�+�"�!����"#��!�"#$%��%��,+�(�%�(*�"#�� � "�+'��6����6�+��&��"& %&+%���%�� ,$!/& *�/+� ,�/3��$-�6$+8� ���+&"#�+�"#& �&�"�,# �7)�� &"� "#�� /+$(3�!� �$3'� �� 3�'�3.� �#�� $(0�,"� $-� �")%*� � � "#��� (3$,8� $-� +���&+,#� ����1/3�,�"� !�"#$%�.� � �1&!/3�� $-� $//$+") ��"�,� �"�/�� & %� �"& %&+%���%� � ,$!/& *�/+� ,�/3��$-�6$+8� ��&+��/+��� "�%�� ��&(3���.�� �� ��+��)�� ���1/3�,�"�!�"#$%��,$)3%�(��%��,+�(�%�&��)�� ��&�/+$,��� $+�� "�%�&//+$&,#�%���� ��6#�+�&��� �� ��+��)�� ��&�,#&� �$-��"�/��,$)3%�(��%��,+�(�%�&���$&3 $+�� "�%.����

�1&!/3��$-�$//$+") ��"�,�,#&� �$-��"�/�� �1&!/3�� $-� �"& %&+%���%�� ,$!/& *� /+� ,�/3�� $-�6$+8� ��

H���,)���$ ��6�"#�,3�'�+�-+�� %�?�D$+� &� /+$0�,"�� $ �� � "�+'��6��� +�/$+"�%�%��,)��� �� "#�� /+$(3�!� 6�"#� �$!�� '�+*�� $'&"�'��,$33�&�)��.����%�,�%�%� $"� � '�"��"#�!� "$� "#�� (+&� �"$+!� �� �����$ � (�,&)���"#�*� 6$)3%� %��+)/"� �".� � �"�&%�� #�� !�+�3*�%��,)���%�"#���%�&��6�"#�"#�!�"$�(+$&%� �#���'��6�$ � "#��/+$(3�!.��#� �#��(+&� �"$+!�%��"�6�"#� $"#�+�,$33�&�)��.�B#� � "6$� $+� "#+����$3)"�$ �� �!�+��%� -+$!� "#�� (+&� �"$+!� �������$ �� #�� &���� �%� &� )!(�+� $-� /�$/3�� "$�3$$8�&"�"#�!�� �&�!$+��"�,# �,&3�!& �+.�

��7)�+�!� "�� �+&,�&(�3�"*��& &��+�4���5��"� ��� &� �� �+&3� "$$3� -$+��"$+� �� & %� ,$ �,"� ��+�7)�+�!� "�.� �#��� "$$3�6&�� �!/3�!� "�%� &"� "#��,$!/& *� 3�'�3�� & %� �"���!/3�!� "&"�$ � 6&��&,,$+%� �3*�"$/ %$6 ���.�.��!& &��!� "�6&��� '$3'�%�� � "#�� %�,���$ � $-��!/3�!� "� ��"#��"$$3.�

��&(3���.��1&!/3���$-�$//$+") ��"�,�,#&� �$-��"�/��& %�/+� ,�/3���$-�6$+8� ��

5.1.2 Explicit methods

�&(3�� �� 3��"�� "#�� �1/3�,�"� !�"#$%�.� �#�� � "�+'��6�+� �*�"�!&"�,&33*� &�8�%� "$� %��,+�(�� "#��!�"#$%�� &!�%�"$�&'$�%�/+$(3�!��$-�%�--�+� ,���� � $!� ,3&")+�.��#��+�%��,+�/"�$ ��&+����'� � � � "#�� �1"� ��,"�$ .� �&(3�� �� �#$6�� "#�� &��$+"!� "� $-� !�"#$%�� )��%� (*� �&,#�� "�+'��6��.����"$"&3�$-��C�%�--�+� "�"*/���$-��1/3�,�"�!�"#$%���,$'�+� ��!$+��"#& ��;�&,&%�!�,�%���� �!�"#$%���6�+��+�/$+"�%�(*�"#������ "�+'��6���.��#�� )!(�+�$-�� "�+'��6����"#&"�)����&,#�!�"#$%� ��� $"� )��-)3� #�+�� (�,&)��� �"� ��� %�/� %� "� $ � "#�� "&�8�� %�'�3$/�%� (*� �&,#�� �� ��+��& %�"#�� )!(�+�$-�� "�+'��6����-$+��&,#�"&�8���� $"�) �-$+!�4�&(3���5.��$6�'�+��"#�� )!(�+�$-�!�"#$%��"#&"��&,#�� �� ��+�)�������&�!�& � �-)3�%&"&J��- �6$�$-�"#��"6� "* "6$�� �� ��+��)�����'� �"*/���$-�!�"#$%�.��#�*�%�&3�6�"#�,)�"$!�+�

��%���1/3$+&"�$ �& %��"+&"��*�%�'�3$/!� "�� �"#��/+$%),"�/3& � ��%�/&+"!� ".�D$+�"#����"&�8���"#�� )!(�+�$-�/�$/3�����3�!�"�%.�� �"#��+�%�/&+"!� "��&($)"����#"�� �� ��+��

��

C�

#&'����!�3&+� "&�8�.��#�+�-$+��� "#�*�&+��#��#3*�+�/+��� "&"�'��$-� "#��+�%�/&+"!� "�& %�#&'��&�+�3�&(3��$'�+'��6�$-��"��/+&,"�,��.�

- �-�"#�� "6$�� �� ��+��)�� ��-�'��!�"#$%���$ ��6$+8��-$+�&�%�/&+"!� "� �!/3�!� "� ��%���� ��)//$+"�"$$3�.��#��$"#�+�� �� ��+�6$+8��6�"#�"�,# �,&3�%�'�3$/!� "��& %�#&��&�+�/)"&"�$ �-$+�/+$!$"� ���"+),")+�%�6&*��$-�6$+8� ��&!$ ��#���,$33�&�)��.�

- � �� ��+�� )�� �� "6$�� "#+���� $+� -$)+� !�"#$%�� &+�� -+$!� "�,# �,&3� %�'�3$/!� "��+�/+��� "� �� ��� $-� "#�� ��� � "�+'��6���.� ���#"� $-� "#�� "#�+"�� � � "�+'��6���� )���(+&� �"$+!� �� & %� !&"+�1 (&��%� �'&3)&"�$ � !�"#$%��� & %� -$)+� $-� "#�� +�!&� � ��"#�+"�� �)��� (+&� �"$+!� �.��� �"� ��� �1/3&� �%� � � "#�� �1"� ��,"�$ �� "#���� "6$� "*/��� $-�!�"#$%��&+��)��%�(*�"�&!��� �"#��+�$6 �6&*�4& %� $"�&36&*���&"��-&,"$+�3*5.�

- � �� ��+��)�� ��$ ��$+� $�!�"#$%�&+��"#+���/)+,#&��+���$ ��� �� ��+�-+$!�/+$%),"�$ �46$+8� �� $ � "#��'�+*�3&�"� /#&���� $-� "#��,&+� /+$0�,"5�� & %� & � � �� ��+�-+$!� "�,# �,&3�%�'�3$/!� "�"#&"�#&��&�+�/)"&"�$ �-$+�(�� ��H&�&� �"?�!�"#$%�.�

��"#$%��K�

L� "�+'��6�

��

�+&� �"$+!� ��!�"#$%��

�&"+�1 (&��%��'&3)&"�$ �

!�"#$%��

D���!�"#$%��

�#�,83��"��

���%�D� %� ����,# �7)���

�)�� �����'&3)&"�$ �

2&3)��& &3*����

�*�"�!

��� �� ��+� ��

M)&3�"*�D) ,"�$ ���/3$*!

� "�

�"&"��"�,&3�A&/& ����!�"#$%��

�,� &+�$�!�"#$%�

����,�

�"+),")+�%�� '� "�'���#� 8� ��

1�$!

&"�,������ �

�*�"�!

�%* &!

�,��

N��& &��!

� "��

$$3��

�$"&3��$.�$-�!

�"#$%��)��%�

�� 1� � � � � � � � � � 1� � � � � � ���� 1� 1� � � � � � � 1� � � 1� � � � � <��� 1� 1� 1� � � � � � � � � � 1� 1� � � G�<� 1� � 1� � � � � � � � � � � � � � ��G� 1� 1� � � � � 1� 1� � � � � � � � � <�C� 1� 1� � � � � � � � � � � � � � � ��N� 1� 1� � 1� � � � � � � � � � � � � ��>� 1� 1� � � 1� 1� 1� � 1� 1� � � � � � � N�@� 1� 1� � � 1� 1� 1� � 1� 1� � � � � � � N��;� 1� 1� 1� � � � � � � � � � � � � � ����� � � � � � � � � � � � � � � � � ;���� 1� � 1� 1� � � � � � � � � � � � � ����� 1� 1� � � � � � � � � � � � � � � ���<� � � � 1� � � � � � � � � � � � � ���G� 1� � 1� 1� � � � � � � � � � � � � ���C� 1� 1� � � � � � 1� � � � � � � � � ���N� � � � � � � � 1� 1� � � � � � � � ���>� � � 1� � � � � � � � � � � � � � ���@� � � � 1� � � � � � � � � � � � � ���;� 1� 1� � � 1� � � � � � � � � � � � ����� � � � � � � � � � � � � � � � � ;���� � � 1� � � � � 1� 1� � � � � � 1� 1� G��$"&3� �G� ��� N� G� �� �� �� <� G� �� �� �� �� �� �� �� �

�&(3���.��1/3�,�"�!�"#$%��)��%�(*�"#��� "�+'��6����

��

N�

�#���� %�,&"���"#&"�%�'�3$/!� "�� �� ��+��"*/�,&33*�)����O��!�"#$%��"6$�$-�6#�,#�"� %�"$�(��(+&� �"$+!� ��& %�!&"+�1 (&��%��'&3)&"�$ �!�"#$%�.��+$%),"�/3& � ��� �� ��+��)���&�(+$&%�+�&��$+"!� "�$-�!�"#$%�.�� �� ��+��6�+��&3�$�&�8�%��-�"#�*�)���"#��!�"#$%��$-"� �& %�6#&"�"#�*�)��%�"#�!�-$+.��"�(�,&!��&//&+� "�"#&"�!& *�&+��)��%�$ 3*�$ ,�.�D+$!��&(3�����"#��!�"#$%��+��)3&+3*�& %�) �-$+!3*�)��%�� �"#��,$!/& *�&+�J�- D$+�"#���")%*�$-�,)�"$!�+� ��%��� ��%�-� %� ��"�,# �7)���3�8��-$,)���+$)/���� "�+'��6���

& %�!&�&:� ��+�&%� ��&+��6�33���"&(3��#�%��&��6�33�&��&��*�"�!�"$��'&3)&"��"#��()�� ����$//$+") �"*�$-�,&+�/+$0�,"�.�

- � �� ��+�� � � "#��3&"�� �"&����$-�,&+�/+$0�,"��#&'��(�� � "+&� �%�& %�)���D&�3)+���$%���& %��--�,"� &3*����4D��5�& %����!(3* D��.�

- �$!��,#�,83��"��&+��)��%��*�"�!&"�,&33*�-$+��$!���/�,�-�,�"&�8�.��� ,��� !& *� !�"#$%�� #&'�� (�� � "+��%�� ()"� -�6� &+�� +��)3&+3*� & %� ) �-$+!3*� )��%� (*�%�--�+� "� "�&!�.��#���7)&3�"&"�'��+���&+,#� ����'�%� ,�� "#&"�%���� �!�"#$%��#&'���&� �%�&�,�+"&� �&,,�/"& ,���()"�&+���"�33� $"�)��%�,$ ���"� "3*�& %��&"��-&,"$+�3*.�

5.1.3 Patterns in the use and adoption of methods

�#�� � "�+'��6���� ,$!!� "�%� &($)"� "#�� %�--�+� "� �1/3�,�"� !�"#$%�� "#�*� #&%� "+��%�� 6�"#�"#��+�%��,+�/"�$ ��$-�"#��!�"#$%��(�� ��/+��� "�%� �1"J�- �+&� �"$+!� ��!�"#$%��42�#&+��"�&3.��@@@5��#��� &!�� �����'� � "$� &� /+$,���� � �6#�,#� � �� ��+�� /+$/$��� & %� %��,)��� �%�&��6�"#$)"��)�/� %� �� 0)%�!� "&3� "#� 8� �� & %� ,+�"�,��!.� ,&%�!�,� (+&� �"$+!� �� �)����"�� "#&"�0)%�!� "&3� "#� 8� �� �#$)3%� (�� �)�/� %�%.��$6�'�+�� "#�+�� ��� &� &")+&3� "� %� ,*� � � "#��+�&3�%���� �&,"�'�"*�"$�,$ -3�,"��!�+�� ,����� ,��(+&� �"$+!� �������$ ��&+��"*/�,&33*�,+$�� %��,�/3� &+*.��&,#� � �� ��+� +�/+��� "�� &�%�--�+� "� &""+�()"�� $+�/&+"� $-� &� �*�"�!P/+$%),".��+$�� %��,�/3� &+*� "�&!�� &+�� &���!(3�%� "$��"#�+� -$+� �&+3*� ,$ -3�,"� +��$3)"�$ .� D$+� "#���+�&�$ ��0)%�!� "&3� "#� 8� �� ��� ��� �&�� "#�� &")+&3�6&*.��+&� �"$+!� �� ���)��%� "$� �"&+"�&�/+$0�,"�$+��$3'��/+$(3�!����.�.�-� %�&�6&*�"$�+�%),�� "#��,$�"�$-�& ��1,����'�3*��1/� ��'��/+$0�,".� �$!��/�$/3��,$ ��%�+� (+&� �"$+!� �� "$� (��-+)�"+&"� ��(�,&)��� �"� "&8���6��8�� "$�+��$3'�� �$!�� /+$(3�!�.� � '&+��"*� $-� (+&� �"$+!� �� !�"#$%�� &+�� )��%�� � ,3)%� �� (&��,�(+&� �"$+!� �� & %� (+&� �"$+!� �� 6�"#� �$�" �"� �$"��.� � �� � "�+'��6��� !� "�$ �%� "#&"�(�-$+�� &� (+&� �"$+!� �� �����$ �� �;� !� )"��� $-� /�+�$ &3� +�-3�,"�$ � ��� $-"� � %$ �.��+&� �"$+!� ��6�"#��$�" �"��$"������!�1�%�6�"#�"#��,3)�"�+� ��"�,# �7)��� ���'�+&3�3$$/�.�-"�+�"#���%�&��&+��+�/+��� "�%�& %�/� �%�$ �"#��6&33���$!�$ �����&�8�%�"$�,3)�"�+�"#�!�� �&�,�+"&� �6&*.��#��,3)�"�+� �����%��,)���%��& %� �6��%�&��!&*�/$/ )/.��#��,3)�"�+� ��/+$,�������+�/�&"�%���'�+&3�"�!����(�� ��%$ ��(*�%�--�+� "�"�&!�/&+"�,�/& "�.��$!��/�$/3��%$� $"� 3�8�� (+&� �"$+!� �� 6�"#� �$�" �"� �$"��� (�,&)��� "#�� !&� � &%'& "&��� $-� ,3&���,&3�(+&� �"$+!� �� ��� �/$�3�%.� �%�&�� ,& $"� (�� ,$ ,��'�%� (*� ��'�+&3� /�$/3��� 6#� � �$!��� %�'�%)&3��,+�&"��"#��(��� � ��$-�& ��%�&�& %�$"#�+��"#��� %.��"#�+�� �� ��+��&+�)��"#&"�(+&� �"$+!� �� 6�"#� �$�" �"� �$"��� ��'��� "#�� /$���(�3�"*� -$+� !$+�� �#*� � %�'�%)&3�� "$�,$ "+�()"�.��- �&"+�1 (&��%��'&3)&"�$ �!�"#$%��4�&#3�& %����":��@@C5��)�#�� �&"� �� Q� B���#"� ��� $+� �&�+ 6���� ,$!/&+��$ �� &+�� �1&!/3��� $-� !&"+�1 (&��%��'&3)&"�$ � !�"#$%�.� �#�� )��� $-� "#���� !�"#$%�� ��� �1"� %�%� � � "#�� ,#&����� %�/&+"!� ".�� �� ��+�� "� %� "$�,$!!� "� "#&"� "#���� 8� %�� $-�!�"#$%��-�"� "#��+� $6 �6&*� $-� "#� 8� �.���--�+� "�'&+�& "��&+��)��%�%�/� %� ��$ �"#��/�+�$ &3�/+�-�+� ,���$-�"#��/&+"�,�/& "��& %�"#��/+$(3�!�&"�#& %.� ��'�+&3�'�+��$ ��$-��1,�3� "�!/3&"���,�+,)3&"�� &!$ �� "#�� � �� ��+�.�

��

>�

� �� � "�+'��6��� ,$!!� "�%� $ � �$!�� ,&���� 6#�+�� "#���� !�"#$%�� 6�+�� & %� 6�+�� $"�&//3��%� �&"��-&,"$+�3*.� ��� +�/$+"�%� "#&"� "$� )��� �)�#�� *$)� #&'�� "$� (�� ,&+�-)3� "#&"� "#��&3"�+ &"�'��� &+�� &"� &� ��!�3&+�3�'�3�$-�%�-� �"�$ .� �"� ���) -&�+� "$�,$!/&+�� &�8 $6 � �$3)"�$ �"#&"�#&��&3+�&%*�(�� �$/"�!���%�6�"#�&� �63*�%�-� �%��$3)"�$ .��#���+�/+��� "��&�/+$(3�!�(�,&)���"$�!&8��&�-&�+�,$!/&+��$ ��&33��$3)"�$ ��#&'��"$�(��(+$)�#"�"$�"#���&!��3�'�3�$-�%�-� �"�$ .��#���/+$(3�!�#&��&3�$�(�� �%�&3"�6�"#� � �$"#�+�%�/&+"!� "��$-�"#���,$!/& *.�D$+�-)+"#�+� � -$+!&"�$ �� "#�� +�&%�+� ��� +�7)��"�%� "$�+�-�+� "$��*3) %��"�&3.� 4�;;�5.� $"#�+�� "�+'��6���!� "�$ �%� "#&"� "#��!$�"� �!/$+"& "� "#� �� 6�"#� "#�� �)�#�!�"#$%� ��� -$+� "#��%�--�+� "�/&+"�,�/& "��$-�&�"�&!��-+$!�� �� ���,#&�������3�,"+�,&3��& %�($%*��"$�-$,)��$ �"#��� "�+�� /+$(3�!� � �"�&%� $-� "#��+� /&+"�,)3&+� &+�&.� -"�+� "#�� 6#$3�� /+$,����� �1&!� � �� "#��$("&� �%�-��)+���6�33� $"�(�� �,���&+*��()"�"#�+��6�33�(��&��� �+&3�,$ �� �)��&($)"�6#�+��"#�*� �#$)3%� (�� #�&%� �.� �#��!&"+�1� ��� "#� � $�3$ ��+� �!/$+"& ".� �"� $ 3*� +�/+��� "�� "#��&�� %&�$-�6#&"� #&�� (�� �%$ �� "$�,+�&"��,$ �� �)�� & %� ��� $ 3*�)��-)3� "$� �1/3&� �6#*�&�,�+"&� � %�,���$ � #&�� (�� � "&8� � � � "�+!�� $-� 6#&"� #&�� (�� � /&�%� &""� "�$ � "$.� $"#�+�� "�+'��6���!� "�$ �%�"#&"�� �"�&%�$-�)�� ��-��)+���$+�/3)����& %�!� )�����#��"� %��"$�)���,$3$)+��(�,&)���!& &��!� "�-� %���"��&���+�"$��+&�/.�3�$��#��%$��� $"�)���6���#"��-$+�"#��,+�"�+�&.� � �"�&%�� #�� $+�& ����� "#�!� � � �+$)/��� �.�.� ,$�"� �+$)/�� 3��&3� %�!& %��� �",.� ���"#� 8��� �� ��+���#$)3%�%�,�%�� "#+$)�#�%��,)���$ �6#�"#�+�$+� $"�$ ��,+�"�+�$ � �����'� �!$+���!/$+"& ,��"#& �& $"#�+.� $"#�+�� "�+'��6���!� "�$ �%�"#&"�/&�+ 6����,$!/&+��$ �& &3*��������!/$+"& "�"$�#� %�+�%�,���$ ��(�� ��"&8� �(*�%$!� & "�/�$/3�.�- D&�3)+���$%���& %��--�,"� &3*����4D��5�!�"#$%��4�#$!/�$ ��@@@5�D��� ��� &� ,$!!$ �!�"#$%� )��%� � � "#��� ,$!/& *� "$� �%� "�-*� &33� /+$(3�!�� +�3&"� �� "$��*�"�!�.� �#�*� &3�$� %$� +��8� & &3*���� 6�"#� � D���� (*�,&"��$+��� �� "#�� �--�,"�� $-�-&�3)+��!$%���&"�%�--�+� "�3�'�3��$-�+��8.����!(3* D������&�!�"#$%�)��%�� �"#��3&"���"&����$-�,&+�/+$0�,"��"$�/+�%�,"�6#&"�,& ��$�6+$ ��6�"#� &� �6�&���!(3*�%�"&�3�& %� "$�/+�'� "� �"�-+$!�&,")&33*�#&//� � �.� �"� &33$6���1&!� � ��"#��/+$(3�!�-+$!�%�--�+� "�/�+�/�,"�'�����.�.��+�$ $!�,���&���!(3*�7)&3�"*���",.��#���!�"#$%���� $"�)��%��-�"#��&���!(3*�%�"&�3���� $"� �6�(�,&)���"#��8 $63�%���/+$'�%�%�(*�/+�'�$)�� �1/�+�� ,�� ��� � $)�#.����!(3* D��� ��� &�6�33 ��"&(3��#�%�!�"#$%� � � "#���,$!/& *.��"����"&)�#"��*�"�!&"�,&33*�"$�� �� ��+��6#$�6$+8�6�"#�&���!(3*��& %�"#�+�����&��)//$+"��+$)/�"$�& �6�+�/$���(3��7)��"�$ ��&($)"�"#��)���$-�"#��!�"#$%.�� �� ��+��)�� ��"#��!�"#$%��"&"�%�"$�(���&"��-��%�6�"#��".�- �#�,83��"��4�#$!/�$ ��@@@5��#�+��&+��&� )!(�+�$-�,#�,83��"��� �%�--�+� "�&+�&����$!��$--�,�&3�& %��$!��) $--�,�&3.��#��) $--�,�&3� ,#�,83��"�� &+�� ,+�&"�%� (*� "#�� � �� ��+�� -$+� "#�!��3'��� $+� "$� &'$�%� 3�����1/�+�� ,�%�� �� ��+��"#&"�!&*�"&8��$'�+�"#��+�+$3�� $"�-$+��""� ���!/$+"& "����)���6#� �%�'�3$/� ��"#���*�"�!.� � �1&!/3�� $-� & � $--�,�&3� ,#�,83��"� ��� �)//3��+� �'&3)&"�$ � �&"+�1� 4���5�� �.�.� &� �,$+� ��,#�,83��"�-$+��)//3��+��'&3)&"�$ .��"��'&3)&"���"#��/�+-$+!& ,��$-��)//3��+��&��&�,$!/& *.��"����)��%�"$�� �)+��"#&"��)//3��+��6$+8� ��6�"#�2���#&'��&�#��#�3�'�3�$-�7)&3�"*��&��6�33�&���'�+*�"�!��&� �6��)//3��+� ���,$ "&,"�%��$+�&��&�,#�,8� ��!�"#$%�6�"#�&3+�&%*�8 $6 ��)//3��+�.�- ���%�D� %� ����,# �7)���4�+�&)"��"�&3.��;;�5��)�"$!�+�&""+�()"���&+��& &3*��%�(*�'�+*��1/�+�� ,�%�� �� ��+��� �"#��,$!/& *��� �)+� ��&""+�()"����1/3$+&"�$ �6�"#�&�%��/�8 $63�%���$-�6#&"�"�,# $3$�����,& �&,#��'�.�� �� ��+��,&++*� �� $)"� "#��� "*/�� $-� 6$+8� !� "�$ �%� &� #��#� )!(�+� $-� "�,# �7)���� �),#� &�� �"+�,"�,$!/&+&"�'�� "��"� %+�'���� !&�&:� �� +�&%� ��� � "�+ �"� %&"&� �&"#�+� ��� /&+"�,�/&"�$ � � �

��

@�

,$ -�+� ,����%��,)���$ ��6�"#��)//3��+���-$,)���+$)/���7)��"�$ &�+�����* %�,&"�%��� �+&3��")%�����%�!$�+&/#�,�� -$+!&"�$ ��&"#�+� ����",.�- �)�� �����'&3)&"�$ ��"�6&��%��,+�(�%�&��&�-$+!&3�!�"#$%�%�'�3$/�%�� #$)���& %����)��%�"$��")%*�"#���!/&,"�$-�,#& ����� �%�--�+� "�&""+�()"���$-�"#��,&+�$ �,)�"$!�+��&"��-&,"�$ .�- 2&3)��& &3*����4��3����@>@5��"� ��� )��%� "$� �")%*� #$6� "#�� �)!� $-� &33� ,$!/$ � "�� &,#��'��� "#�� +�7)�+�!� "�� &"� "#��,$!/3�"�� '�#�,3�� 3�'�3.� �$!/$ � "�� &+�� "#� � $/"�!���%� -$+� ,$�"�� 6#�3�� �"�33� !��"� ��,)�"$!�+� &""+�()"��.� � �#�� � "�+'��6���� ,$!!� "�%� $ � "#�� ,)++� "� +��)+�� ,�� $-� '&3)��& &3*�����6#�,#�6&��)��%�&�%�,&%��&�$.�- �*�"�!�� �� ��+� ��4�33�'�+��"�&3.��@@N5���,# �,&3�+�7)�+�!� "��&+����"�-$+�"#��/+$0�,"�&"�"#��"$/�3�'�3��"#��,$!/3�"��'�#�,3���& %�&+��%��,+�(�%� � � -) ,"�$ &3� "�+!�.� �#�� -) ,"�$ � ��� )��%� &�� "#�� ,&++��+� -$+� &33� +�7)�+�!� "���� ,3)%� ��,)�"$!�+�&""+�()"����!& )-&,")+� ��/+�+�7)���"�����",.��*�"�!��&+���%� "�-��%�"$�-)3-�3� "#�� +�7)�+�!� "�.� �#�� �*�"�!�� &+�� "#� � %�,$!/$��%� � "$� ,$!/$ � "��� & %� "#��+�7)�+�!� "�� &+�� ��"� -$+� �&,#�,$!/$ � ".� �#���!�"#$%��$��� ) %�+� "#�� &!�� $-� �*�"�!�� �� ��+� ��$+�,&�,&%� ��� �"#���,$!/& *.�� �� ��+��)�� ��"#����!�"#$%��6�+���&"��-��%�6�"#��"��& %�,$!!� "�%��"�(�� ��&�+�,� "�6&*�$-�6$+8� �.�- M)&3�"*�D) ,"�$ ���/3$*!� "�4MD�5�4�&�),#��& %��3&)�� ���@@;5�2��� %�,�%�%� "$� )��� MD�� �� ,�� & $"#�+� ,$!/& *� "#�*� 6�+�� � � ,$ "&,"� 6�"#� 6&���),,���-)33*�)�� ��"#���!�"#$%.��#�*�+�,��'�%��$!��'�+*�%�"&�3�%��1&!/3���$-�"#��!�"#$%�)��%�&"�"#���$"#�+�,$!/& *�& %�"+��%�"$�%$��"��7)&33*�%�"&�3�%��()"��"�6&���1"+�!�3*�"�!� ,$ �)!� �.� It required cross-disciplinary groups having to gather abundant amounts of information. The perceived result was simple project specifications that were initially clear, but which were highly susceptible to change during the design process. B#� � /�$/3�� � � "#��,$!/& *� "&38�&($)"�!�"#$%���*$)�&36&*����"� "#�� �1&!/3��$-�MD��&�� & � �1/3& &"�$ � $-�6#*� "#�*� &+�� $"� �$� )��-)3.�,,$+%� �� "$� $ �� � "�+'��6����MD��!�"#$%��!&*�(��!$+��)��-)3�� �,$!/& ����6#�+��/+$%),"�$ �%$��� $"�� '$3'���$�!),#�� '��"!� "��& %�6#�+��"#�+�� ��� &� #��#�+� -+��%$!� "$� %�'�3$/� "#� ��� � � "$"&33*� �6� 6&*�.� �6$� � "�+'��6����%��,)���%� "#�� �!/$+"& ,��$-� "#��/+� ,�/3��6�"#� � "#��MD��!�"#$%�$-�) %�+�"& %� �� "#��,)�"$!�+�.��"�6&��!� "�$ �%�"#&"��'� ��-�"#��!�"#$%���� $�3$ ��+�� �)����MD��"#� 8� ���"�33���.� $"#�+� � "�+'��6����)����"�%� "#&"�MD��!&*�(��!$+��-�&��(3��6$+8� ��6�"#��/�,�-�,�&+�&���+&"#�+�"#& �6�"#�"#��6#$3��/+$%),".�- �"&"��"�,&3�A&/& ����!�"#$%��4B)�& %��&!&%&��;;;5��#�� /#�3$�$/#*� $-� A&/& ���� �"&"��"�,&3� !�"#$%�� 6&�� "+��%� &"� "#�� ��%� -� %� �� /#&��.�A&/& ����!�"#$%�� "+*�"$���"�)/�&� "��"�/3& � "$�!� �!���� "#�� )!(�+�$-�"��"�� ��%�%�-$+�&�+�3�&(3�� +��)3".� ,,$+%� �3*�� /+$%),"� /3& � �� � �� ��+�� "+��%� "$� �")%*� #$6� ,)�"$!�+� ��%��-� %� ��"�,# �7)���,$)3%�(��$/"�!���%.��$!��&""�!/"��6�"#�"#���,$ ,�/"�6�+��%$ ���()"��"�6&��-$) %�"$� $"�(��6$+"#�"#���--$+"�"#&"��"�+�7)�+�%.�- �,� &+�$�!�"#$%�4'& �%�+����0%� ��@@C5��"����)��%�-$+��"+&"��*�,+�&"�$ .��#��� "�+'��6���)�� ��"#���!�"#$%��&�%�"#&"�&"�"#���"+&"��*�/#&����,$!/&+��$ ��(�"6�� �,$ ,�/"��,& $"�(��!&%��%)��"$�) ,�+"&� "*�� �"#��%&"&.��#����1/3&� �� 6#*� "#��� !�"#$%�� ,$ ��%�+�%� &� '�+*� �/�,)3&"�'�� /+$,���� (&��%� $ � /+�'�$)���1/�+�� ,��� 6&�� )��%.� �$� )��� "#�� !�"#$%�� "#�� � "�+'��6��� +�&%� ($$8�� &($)"� �"+&"���,�/3& � ���& %��"�6&��"#��� "�+'��6���&3$ ��6#$�)��%�"#���!�"#$%.�- �3)��� �$"� "�&3� �$ ,�+ � �'�+,$!��,$ ,�+ ��4����,5��42�#&+��"�&3.��@@@5��&"#�+�"#& �(�� ��&�!�"#$%�)��%�(*�"#��($$8���"�,$)3%�(��� -�++�%�-+$!�"#��,$ '�+�&"�$ �6�"#�"#��� "�+'��6���"#&"��"����)��%�&��&�6&*�$-�"#� 8� �.��"�6&��%��,+�(�%�&��& &3*�� ��"#��

��

�;�

/+$�� & %�,$ �� $-� %$� �� "#� ��� � � %�--�+� "� 6&*�� &"� '�+*� �&+3*� �"&���� $-� %���� �6#� � &�/3&"-$+!�$-�&�,&+����%��,)���%.��#��� "�+'��6���%�%� $"�)���"#��� &!��-$+�"#��!�"#$%.����+�/$+"�%� "#&"� �"� ���#��� $6 �6&*�6$+8� �� � �/3&"-$+!�%�'�3$/!� ".����)���� "#���!�"#$%�(�,&)��� #��-� %�� �"� )��-)3�6#� � "#�+�� ��� #��#� ) ,�+"&� "*� � � "#�� +�&�$ ��-$+�,#$$�� �� &�,$ ,�/".�- �"+),")+�%�� '� "�'���#� 8� ��4���5�4��,8&-)���@@N5��#��� !�"#$%� 6&�� )��%� 6�"#� &� -&,�3�"&"$+� -+$!� &� ,$!/& *� 6�"#� � "#�� �&!�� &)"$!$"�'���+$)/��6#�+��"#��!�"#$%�6&��+��)3&+3*�)��%.�� ��+���&+,#�+�/&+"�,�/&"�%�� �"#�������$ .��"�6&�� )��%� "$� �� �+&"�� �%�&�� -$+� &� �6� �*�"�!� �$3)"�$ � "#&"� +�7)�+�%� & � � $'&"�'��&//+$&,#.��#��� "�+'��6���/$� "�%�$)"�"#&"�"#��!�"#$%����&�'�+*��"+),")+�%�6&*�(*�6#�,#�!& *� �%�&�� &+�� �� �+&"�%.� ��� /&+"�,)3&+3*� &//+�,�&"�%� "#�� -$,)�� $ � ) %�+�"& %� �� "#��/+$(3�!.�- 1�$!&"�,������ �4�&!��;;�5��"� 6&�� )��%� "$� "&8�� &� -� &3� %�,���$ � &($)"� 6#�,#� ,$ ,�/"� "$� /)+�)�� � � &� �6� �$3)"�$ �%�'�3$/!� ".���)�#�!�"#$%�#&%�/+�'�$)�3*�(�� �)��%��& %�"6$��$3)"�$ ��6�+��-$) %�"$�/�+-$+!��7)&33*�6�33.� �&1�$!&"�,�%���� �!&"+�1�6&��)��%�"$��%� "�-*�6#�,#��$3)"�$ �#&%�3����,$)/3� ����& %�"#�+�-$+��#��#�+�7)&3�"*.�- �*�"�!��* &!�,��4D$++��"�+��@C�5��"� ��� &� !�"#$%� 3� 8� �� &33� "#�� /$���(3�� -$+,��� $-� &� ,$!!$ � /+$,���� "#&"� � -3)� ,�� "#���),,����$-�&,"�$ �.��#���!�"#$%�6&��� �"#��/+$,����$-�(�� ���1/3$+�%�(*�&�%�/&+"!� "�&"�"#��"�!��$-�"#��� "�+'��6�.�- ��'� ��& &��!� "��$$3��4N��5�4�:�8��& %��&8&��@@;5�� %�/&+"!� "� �)����"�%� )�� �� "#��� ��"� $-� "$$3�.� �#�*� 6�+�� "&)�#"� � � ,$)+����� ()"� "#��� "�+'��6��� "#� 8�� "#&"� "#�*� #&'�� $"� (�� � )��%.� ��� ,$!!� "�%� $ � "#��+� � "+$%),"�$ �6�"#$)"�,$!/)"�+��)//$+".��#����'� �"$$3��&+��&3�$�/+$!$"�%�� �"#��� "�+ &3� �"6$+8.����&+%� ��MD���D����������*�"�!��* &!�,���& %�N����"#��%�,���$ �"$��!/3�!� "�"#��!�"#$%� ,&!�� -+$!� !& &��!� "� $+� -+$!� %�/&+"!� "�� %�'�3$/� �� $+� /)+,#&�� ���)//$+"� �� "$$3�.� �#��� ,& � (�� ,&33�%� &� "$/ %$6 � �!/3�!� "&"�$ � $-� !�"#$%�.� D$+� "#��+�!&� � ��!�"#$%����"�6&��"#��)��+��6#$�%�,�%�%���.�.��"�6&��&�($""$! )/�$,,)++� ,�.��#��� "�+'��6���� 6�+�� &�8�%� #$6� "#�*� ,&!�� &($)"� "$� )��� "#���� !�"#$%�.� �#�� -$33$6� ��& �6�+��6�+�� �1/+����%� (*� "#�� � �� ��+�.� �$!�� �3��#"�!$%�-�,&"�$ �� &+��!&%�� � � �$!��& �6�+�� "$� +� %�+� "#�!�) %�+�"& %&(3��$)"��%�� "#��,$ "�1"�$-� "#�� �/�,�-�,�7)��"�$ � "#&"�6&��-$+!)3&"�%�%)+� ��"#��� "�+'��6�$+�"$�&'$�%�%��,3$�� ��,$ -�%� "�&3�� -$+!&"�$ .�

3����-.9�:���"����������������������� ����"��8�����;�%9�<�=��>"�"#�������8��?#�@�,� "�"�����8# ����''�A�B��8������ ���#��#���#�� �������"�� ����C���B%������"������"������"����� �C�B-��"�����"����� �8������+��������������������� �8���������" �������+�����C��B%���8#"�����8����� "8��"���8���������#��" �� ���� �8������"��"��������8���"����8#"���"8������D#�"�"���"���"����C�B%���8#"���"��+��� ���� ���������� �8�����5������������������"�����������+�� ���� �������������C�B-���"��"��������8#"���" �� ���� �8������ ���� �����C��B-�� ��" ��������� �"������#��#���+��������8�����5�-���� �8���"�������1�C�B-�� ��" ������D#�"���������������"��� ������8���� C�B-� ��1� �� � "���"�� ��� � �� ���� "� 8������ ���� ��"�5� -�� � "� ����� ����� �88"��� ��������������������E� �����#"��C��

��

���

B��"��8������ ��������������5�-�� �"� 8#����"�����+��"1�����#��+��8 5���8��8� �#��+��8 �"�������+�C5��B4�������#��#���1����"��������������8����� 5�9��8"�������"##���"���8+"������ ����"��8����� C�B��� ��8����� �"������������� �-�1��C�B������"������������8����� 5�9���"��"� ������D ����� ����������� �"������"�����������������8����� �� �8��8� ���8+���D ���8����� C�B��"�� ���"������"8���#�����"���� ��"���������������������C�

D+$!�"#����& �6�+���� "�+��"� ��&�/�,"��$-�"#��)��+�?�%�,���$ �"$�&%$/"�&��/�,�-�,�!�"#$%��� �&�($""$! )/�&//+$&,#�,& �(��� -�++�%J�- �#�� � �"�&3� 8 $63�%��� �&� �%� &($)"� !�"#$%�� "$� %$� &� /&+"�,)3&+� "&�8� � -3)� ,��� "#��

!�"#$%$3$�*�"#&"�6�33�(��)��%�-$+�&�3$ ��/�+�$%.�- �#�� +�/)"&"�$ � $-� "#�� � -$+!&"�$ � �$)+,�� 4�.�.�� ($$8��� �),,���-)3� ,$!/& �����

) �'�+��"���5�"$�3�&+ �!�"#$%��&--�,"��"#��&%$/"�$ �$-�!�"#$%�.��- �$!�"�!���� �'� �!�"#$%�� "#&"� &+�� $"�-)33*�) %�+�"$$%�&+��)��%.��!�"#$%� ��� $-"� �

)��%� "#&"� $ 3*� $ �� $+� "6$� /�$/3�� � � "#�� %���� � "�&!� ) %�+�"& %.� �#�� +�!&� � ��/&+"�,�/& "��3�&+ �"#��!�"#$%�"#+$)�#�"#��/+$,����$-�)�� ���".��

- ��"#$%�� ()�3"� $ �/+� ,�/3��� "#&"� &+�� �&���+� "$��+&�/� & %�!&",#� � �� ��+� �� "#� 8� ��#&'��&��+�&"�+�,#& ,��"$�(��)��%.�

��+"&� �!�"#$%�� )��%� � � &�,$!/& *� +��)3"�-+$!� &� �"+&"���,�,#$�,�� $-�!& &��!� "� $+� &�%�/&+"!� ".� �$6�'�+�� "#��� %$��� $"� �)&+& "��� �"�� �),,���-)3� )��.� �*3) %� �"� &3.� 4�;;�5�%��,)��� "#�� %��"� ,"�$ � (�"6�� � !�"#$%�� &,,�/"& ,�� & %� "#��+� �),,���-)3� )��.� To successfully �!/3�!� "�!�"#$%��� �� %)�"+*��"6$�(&++��+��!)�"�(��$'�+,$!�J�4�5�!�"#$%��&,,�/"& ,��� & %� 4�5� �),,���-)3� )��� $-� !�"#$%�.� ��"#$%�� &,,�/"& ,�� �!/3���� � %)�"+*�(�,$!� ��� "�+��"�%�� �)�� ��&�!�"#$%.��#���$,,)+��6#� ���"#�+�!& &��!� "�$+�� �� ��+��$+�($"#�%�,�%��"$�"+*�&�!�"#$%�� �/+$%),"�%�'�3$/!� "�(�,&)���"#�*�(�3��'��"#&"��"��)���6�33� (� �-�"� ,$!/& *� /�+-$+!& ,�.� �),,���-)3� )��� $-� !�"#$%� !�& �� "#&"� &� ,$!/& *�/�+,��'��� &� �"+$ ��,$ "+�()"�$ � $-� &�!�"#$%� "$�/+$%),"�7)&3�"*�$+� +�%),�%�/+$0�,"�3�&% "�!��� & %� %�,�%��� "$� )��� �"� -$+� ,�+"&� � ��")&"�$ �.� �#�� %��"� ,"�$ � (�"6�� � !�"#$%�&,,�/"& ,��& %��"���),,���-)3�)������!&%��(�,&)���"#�+��&+��!�"#$%��"#&"�%$� $"�$'�+,$!����"#�+� $-� "#���� (&++��+���!�"#$%�� "#&"� $'�+,$!�� $ 3*� "#��-�+�"� (&++��+�� & %�!�"#$%�� "#&"�$'�+,$!��($"#.�� 3*�"#$���!�"#$%��$'�+,$!� ��($"#�(&++��+��(�,$!��/�+!& � "3*�)��%�& %� ,& � (�� +��&+%�%� &�� "+& �-�++�%� -+$!� &,&%�!�&� � "$� � %)�"+*.� �$6�'�+�� -+$!� $ ��!�"#$%�"#&"�6&��)��%�& %�&(& %$ �%�&-"�+��$!��"�!���MD���"#��� "�+'��6����,$!!� "�%�#$6� "#��!�"#$%� /+� ,�/3�� +�!&� �� � � "#�� � �� ��+�?� 6&*� $-� "#� 8� �� 6�"#� /&+"�� $-� "#��!�"#$%��(�� ��� ,$+/$+&"�%�� �� ,$!/& *�,+�&"�%�!�"#$%�.��� ,����'� ��-�!�"#$%��&+�� $"� �&"��-&,"$+�3*� )��%�� �"� ��� /$���(3�� "#�*� ,$ "+�()"�� "$� �)//$+"� %���� �+�� (*� /+$'�%� ��'&3)&(3��%���� �/+� ,�/3��.�B#� �"#��)���$-�!�"#$%��$+��� &"���-+$!�"#�� ��%��$-�)��+���6#$�%�,�%��"$�&//3*��"��"#��,#& ,���$-���""� ��"#��!�"#$%��*�"�!&"�,&33*�)��%�&+��3$6�+.���� �+&3�3&,8�$-�+��$)+,���4/+$/�+�%��,+�/"�$ ��& %��1&!/3���� �$-"6&+���)//$+"��-&,�3�"&"�$ ��/+$/�+� "+&� � ����",5� ���"#�� !&� � ,&)��.� �#��� ,$!!$ � /#� $!� $ � $-� � �� ��+�� "+*� �� "$� �!/3�!� "� %���� �!�"#$%��(*�"#�!��3'�������#$6�'�+��& �� %�,&"�'����� �$-�"#��'&3)��$-�%���� �!�"#$%$3$�*�+���&+,#�-$+�� %)�"+*.� � � "�+'��6��� ,$!!� "�%� "#&"� "$� �!/3�!� "� !�"#$%�� � � &� ($""$! )/� !& �+�� �"� ��� �,���&+*� "$� � 0�,"� "#�� �%�&� � � )!�+$)�� /3&,���� ��/�,�&33*�6�"#� E/$6�+-)3�� �!&�� &"�'��/�$/3�� 6#$� #&'�� "#�� /$6�+� "$� � -3)� ,�� $"#�+�F.� �*� %$� �� �$�� "#�� $+�& ��&"�$ � 6�33��'� ")&33*�&(�$+(�"#��!�"#$%.���$/3��6�33��)%%� 3*�"&38�&($)"�"#��!�"#$%�&���-��"�6&��&�

��

���

�"& %&+%�"$$3.��)"���""� ��"$�"#���3�'�3�+�7)�+���!),#��--$+".��//$�� ��-$+,���&+��$-"� �!�"��& %�$ ��,& $"���'��)/��$"#�+6����"#��6$+8����3$�".�

5.1.4 Why do engineers think design methods have not had the expected impact?

-"�+�"#��� "�+'��6�����1/3&� �%�6#&"�!�"#$%��"#�*�)��%��"#�*�6�+��&�8�%�6#*�!�"#$%��&+�� $"�)��%�!$+��$-"� .��1,�+/"��$-�"#��� "�+'��6���1/3&� � ��6#*�!�"#$%��&+�� $"�)��%�,& � (�� -$) %� � � &//� %�1� �.� ��+��� &� �)!!&+*� ��� ��'� � 6�"#� "#�� !$�"� +�3�'& "� ���)���#��#3��#"�%�(*�"#��� "�+'��6���J��#��!&� �+�&�$ ��-$+�&�3&,8�$-�)���$-�!�"#$%��� �� %)�"+*��&,,$+%� ��"$�"#��� "�+'��6�����,& �(���)!!&+���%�&��-$33$6�J��- �$�"�� �� ��+��%$� $"�#&'��"#��"�!��"$�3�&+ �"$�)��� �6�!�"#$%�.�- �#��&'&�3&(3��"�!��-$+�/+$0�,"�%�'�3$/!� "�%$��� $"�&33$6�-$+�)�� ��!�"#$%�.�- �#��� ,$++�,"�)���$+���3�,"�$ �$-�!�"#$%��3�&%��"$�%��&//$� "� ��+��)3"�.�- �$!��!�"#$%��&+��&(�$+(�%�(&��%�$ �"#��+�/$/)3&+�"*��& %��$!�"�!���"#�*�%$� $"��)�"�

"#��/+$(3�!.�- ��"#$%�� &+�� 3�8�� -&�#�$ =� "#�*� &+�� )��%� -$+� �'�+*"#� �� $ �� *�&+� & %� %��&//�&+� "#��

-$33$6� ��*�&+.�- �#��!�"#$%��-+$!�� ,$!/& *�!& )&3��&+��%��,+�(�%�� �#&+% "$ +�&%�-$+!&"�.�- �$�"�� �� ��+��&+��) &6&+��$-�"#��&'&�3&(3��!�"#$%��- �#�+�����3&,8�$-��)�%& ,��� �"#��,$!/& *�� �"#��)���$-�!�"#$%���- ��$/3��%$� $"�6& "�"$�,#& ���"#��+�6&*�$-�6$+8� ��- ��"#$%��&+���1,����'�3*�&,&%�!�,�- �&,8�$-�,$!/)"�+��)//$+"�- ��"#$%��+�%),��-+��%$!�"$�"#� 8�& %�&+��($+� ��- � �� ��+��&+�� $"�"+&� �%�"$�)���!�"#$%��- �#��'&3)��$-�"#��!�"#$%����$ 3*�) %�+�"$$%�6#� �*$)�#&'���$!��/+&,"�,&3��1/�+�� ,��

6�"#��"�- �'�+*�/�+�$ �%�'�3$/� ���$!�"#� ��#&��&�!�"#$%�,&3�/+$,����-$+��".�B#*��#$)3%�"#�*�

,#& ����"�-$+�& �&,&%�!�,�!�"#$%R�- � !�"#$%� ��� $ 3*� &� ()+�&),+&"�,� �*�"�!� "$� $--�,�&33*� &//+$'�� �$!�"#� �� "#&"� #&��

&3+�&%*�(�� �%�,�%�%�)/$ ��

5.1.5 The importance given to concept selection

�6$�� "�+'��6����,$!!� "�%�"#&"� "#�+�� ����� �+&33*� $�3&,8�$-��%�&�=� �"� ��� "#��/+$,����$-��!/3�!� "� �� "#�!� "#&"� ��� � �--�,�� ".� �$!�� �$$%� �%�&�� &+�� 3$�"� 6�"#$)"� $"�,�.� �#�*�+�&3����"#���!/$+"& ,��$-�3$�"��%�&��6#� �&�,$!/�"�"$+�3&) ,#���&��$3)"�$ �"#&"�#&%�(�� ��1/3$+�%�&� )!(�+�$-�*�&+��(�-$+���()"�6&�� �'�+��!/3�!� "�%�� �&�,&+.��& *�� �� ��+��(�3��'��"#��/+$(3�!�3����� �"#��,$ ,�/"���3�,"�$ �/+$,�����6#�+���%�&��&+��3$�"�%)��"$�/$$+�%�,���$ �!&8� �.��$ ,�/"���3�,"�$ ����� �-&,"�&��)(0�,"�"#&"�#&��(�� �3&+��3*�%��,)���%�6�"#�� �� ��+��$-�"#���,$!/& *�%)+� ��"#����-$)+�*�&+�.��#�� +�&�$ � -$+� "#�� �!/$+"& ,�� ��'� � "$� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � � � "#��� ,$!/& *� 3���� � � "#��+�/+$%),"�%�'�3$/!� "��"+&"��*�& %�� �"#��,#&+&,"�+�$-�"#��&)"$!$"�'��� %)�"+*.�2$3'$��&+��$+/$+&"�$ � #&�� & � �!/3�!� "�%� $-- "#� �#�3-� �$3)"�$ �� �"+&"��*� 4�9/�: ���&� & %��#$!/�$ ��;;<5�� �.�.� "#�*�� �)+��"#��+�)���$-�%�'�3$/�%�"�,# $3$�*�� �&�6�%��'&+��"*�$-�/+$%),"�.���6��$3)"�$ ��-$+��*�"�!��&+��%�'�3$/�%�� %�/� %� "3*�$-�,&+�/+$0�,"��& %�&+��

��

���

$"� �!/3�!� "�%� � � &� ,&+� ) "�3� "#��+� -�&��(�3�"*� & %� &%'& "&���� � � +�3&"�$ � "$� "#�� $3%��$3)"�$ ��&+��,$ ���"� "3*�/+$'� ��6�"#�-�6��1,�/"�$ �.�� 3*�"#� �%$�"#�*�(�,$!��$-- "#� �#�3-� �$3)"�$ ��� �.�.� �*�"�!� �$3)"�$ �� (�,$!� ��/&+"� $-� &� �"$,8�6�"#� 8 $6 �/�+-$+!& ,��-+$!�6#�,#�"$�,#$$���-$+�,&+�/+$0�,"�.��#��$(0�,"�'��$-�&�,&+�/+$0�,"����!&� 3*�"$���3�,"�"#��,$!(� &"�$ �$-�$-- "#� �#�3-��$3)"�$ ��-$+�"#���*�"�!��$-�&�,&+�-+$!�"#��H�"$,8?�"#&"�(�""�+�-)3-�3� ,)�"$!�+� &""+�()"��.� �#�� ,&+� /+$0�,"� /+$,���� ,& �� "#�+�-$+��� (�� %��,+�(�%� &�� &�,$ "� )$)�� /+$,���� $-� � �)+� �� "#&"� "#�� �$3)"�$ �� ,#$�� � -$+� "#�� ,&+� !$%�3� -)3-�3� "#��"&+��"�%�,)�"$!�+�%�!& %��&��(��"�&��/$���(3��&"�&�,$�"� �)�"&(3�� "$�&�()�� ����,&����& %�"#&"� "#$��� �$3)"�$ �� ,& � (�� %�'�3$/�%� 6�"#� � &� 3�!�"�%� "�!�� -+&!�.� �$3)"�$ �� &+��/+$�+����'�3*� ��3�,"�%� -$+� "#�� %�--�+� "� 3�'�3�� $-� "#�� ,&+� (+�&8 %$6 �� /3&"-$+! �*�"�! ,$!/$ � ".� �#��� ��� %$ �� (*���""� �� &� �&"��-&,"$+*� %��+��� $-�,�+"&� "*� � � "#�� 8 $63�%���&($)"� �$3)"�$ �� /�+-$+!& ,��� � �)+� �� "#�� ��3�,"�%� �$3)"�$ � ��� $/"�!&3� & %� ,& � (���!/3�!� "�%�6�"#� �&�3�!�"�%�"�!��-+&!�.��� ,��"�!� ������$��!/$+"& "�� �"#��&)"$!$"�'��� %)�"+*���"�#&��(�� �%��,+�(�%�(*���'�+&3�� "�+'��6����&��"#��+�&3�%�,���$ "&8�+.��#*��,&3�& %� ��!)3&"�%� "��"� �� &+�� -) %&!� "&3�!�& �� "$� +�%),�� ) ,�+"&� "*� � � "#�� &)"$!$"�'��,$!/& *.� � ,�� "#�� "�!�� -$+� &� %�,���$ � +) �� $)"�� &� �$3)"�$ � #&�� "$� (�� "&8� � 6�"#� "#��&'&�3&(3��� -$+!&"�$ .� ��!/$+"& "�"$/�,�$-�%��,)���$ �%)+� ��"#�� � "�+'��6��6&��"#��+$3��$-�,$ ,�/"���3�,"�$ �!�"#$%�� � � "#�� %�,���$ � !&8� �� &,"�'�"*.� D+$!� "#�� /$� "� $-� '��6� $-� �$!�� � �� ��+���,$ ,�/"� ��3�,"�$ �!�"#$%��,& �$ 3*� �)//$+"� $--�,�&3�%�,���$ !&8� �.�����%���� "#�+�� ��� &�+�&3�� -$+!&3�,$ "� )$)��/+$,����$-�%�,���$ !&8� ��� �6#�,#� $�!$%�3�-�"�.�,,$+%� ��"$�$ �� � "�+'��6���� %�,���$ �� &+�� "&8� � $)"��%�� "#�� !��"� ��.� $"#�+� � "�+'��6���,$!!� "�%�"#&"�$ 3*�&�-�6�%�,���$ ��� �&�,$!/3�"��,&+�/+$0�,"�,& �&,")&33*�(��"&8� �6�"#�"#�� )��� $-� &�!�"#$%.� D+$!� "#�� /$� "�� $-�'��6� $-� $"#�+� � �� ��+��� "#�� �*�"�!&"�,� )��� $-�!�"#$%������!/$+"& "�(�,&)���&%&/"� ��"$�&�%�--�+� "�6&*�$-�6$+8� ��-$+��'�+*�/+$0�,"����%�--�,)3".� �� �1/3�,�"3*� !� "�$ �%� (*� �$!�� � "�+'��6����� "#�� )��� $-� -$+!&3� !�"#$%��%�/� %��$ �"#��$/� �$ ��&($)"�"#�!�$-�"#��!$�"�%$!� & "�/�$/3��� �"#��!��"� ��.� �� "�+'��6���,$!!� "�%�"#&"�!�"#$%��-$+�,$ ,�/"���3�,"�$ �&+���7)&33*��$$%�(*���"#�+�#& %�$+�,$!/)"�+��)//$+"��()"�"#�*�!)�"�&36&*��(��8�/"�&"�&���!/3��3�'�3.��#�*��#$)3%� �'�+� (�� �$� ,$!/3�,&"�%� "#&"� � �� ��+�� 3$��� -��3� �� -$+� 6#&"� "#�*� &+�� %$� �.� �#�� %&"&�� "+$%),�%� � �!�"#$%�� ���)�)&33*�'�+*�) ,�+"&� .���""� ��$(0�,"�'�� +��)3"�� ���,$!-$+"� ���()"�!�"#$%���#$)3%�&36&*��3�"�� �� ��+��"&8��%�,���$ �.��#��� "�+'��6����"&"�%�E�"����'�+*��!/$+"& "� $"�"$�3�"�"#��!�"#$%��6$+8�-$+�"#�!��3'��F.���#�� �1"� "6$� (3$,8�� $-� +���&+,#� %��/� � "#�� /+$,���� $-�,$ ,�/"� ��3�,"�$ .� � � "#��,&��� $-�� "�+'��6��,$!/3�!� "�%�6�"#�$(��+'&"�$ ��� "#��$(0�,"�$-��")%*���� "#��/+$,����(*�6#�,#�,$ ,�/"�� &+�� ��3�,"�%.���"#$%��,$)3%� (�� %�"�,"�%.� � � "#��,&��� $-� & &3*�� ��%$,)!� "�%�)��%� !�"#$%��� "#�� $(0�,"� $-� �")%*� ��� "#�� &//3�,&"�$ � $-� &,&%�!�,� !�"#$%�� -$+� ,$ ,�/"���3�,"�$ .�

5.2 Research block two: the process of concept selection as reported by engineers to an in-company researcher and complemented with observations

�#�����,$ %�(3$,8�$-�+���&+,#�,$ ���"�%�$-������!� �"+),")+�%�� "�+'��6��&($)"�"#��/+$,����$-�,$ ,�/"� ��3�,"�$ .� �#�� � "�+'��6����6�+�� ��3�,"�%� &!$ ��"�%���� � � �� ��+��� & &3*�����1/�+"���& %�%�'�3$/!� "�� �� ��+��6$+8� ��6�"#�"#��%�'�3$/!� "�$-� �6�,&+�($%���.�33�� "�+'��6�� �1,�/"� $ �� 6�+�� ,$ %),"�%� � � "#�� &"�'�� 3& �)&��� $-� "#�� � "�+'��6��.� �#��& �6�+��6�+��"+& �,+�(�%.��)"��%��$-�"#��� "�+'��6���� �� ��+��6�+��&3�$�� -$+!&33*�&�8�%�

��

�<�

7)��"�$ ��& %�"#��+�& �6�+��6�+��6+�""� �%$6 .��#��&%'& "&����6�"#�,&",#� ��/�$/3��$ �"#���$�& %�"&8� ��"#��$//$+") �"*�"$�%�+�,"3*�&�8�7)��"�$ ��%�/� %� ��$ �& %�&($)"�"#��+�%���� � ��")&"�$ � $)"6���#� "#�� %��&%'& "&���� $-� $"� &36&*�� -$33$6� �� &� �"+�,"�7)��"�$ &�+�.� �� &� ,$!/3�!� "� "$� "#�� � "�+'��6� !&"�+�&3�� $(��+'&"�$ �� 6�+�� !&%�� &"�"#+��� &+�&� !��"� ��.� �#�� &+�&� !��"� ��� &+�� $ �� %&*� !��"� ��� ,&++��%� $)"� 6�"#� ,+$�� %��,�/3� &+*� "�&!�.� �1/�+"�� -+$!� '&+�$)�� -��3%�� �),#� &�� �"&!/� ��� &���!(3*�� ,$++$��$ �/+$"�,"�$ �� $����& %�'�(+&"�$ �4�2�5���",.��&+���&"#�+�%�� �&�"�&!�$-�&//+$1�!&"�3*��G �;�/�+�$ �.� �#��!��"� ���6�+�� $(��+'�%� & %� $"���6�+�� "&8� .� D)+"#�+!$+���,$/���� $-� "#��!��"� ��!� )"���6�+��,$33�,"�%.��(��+'&"�$ ��-+$!�($"#�"#��� "�+'��6��& %�$(��+'&"$+*��")%*�&+���1/3&� �%� �1"J�- �!/+����$ �� &($)"� "#�� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � /+$,���� & %� "#�� (�#&'�$)+� $-� %���� �+�� � �

%���� � &+�� #��#3*� %�/� %� "� $ � "#��+� /+$(3�! �$3'� �� �"*3�.� �)+� �� "#�� � "�+'��6��")%*�%�--�+� "��"*3���$-�%���� �+��6�+��� ,$) "�+�%.���+"$ �4�@@<5��"&"���"#��/+$(3�!��$3'� �� �"*3�� $-� /�$/3�� 3���� (�"6�� � "6$� �1"+�!���� "#�� � $'&"�'�� & %� "#�� &%&/"�'��/+$(3�!��$3'�+.� �� $'&"�'��%���� �+�"� %��"$���&+,#�-$+�+&%�,&33*�%�--�+� "��$3)"�$ ��"#&"�#&'��"#��/$"� "�&3�"$��)+/&���"#��,)++� "�/&+&%��!.� �&%&/"�'��%���� �+�"� %��"$�!&8���!&33�& %��� ��"�'���!/+$'�!� "��"$��1��"� ���$3)"�$ �.��$�"�/�$/3��&+����")&"�%��$!�6#�+�� � (�"6�� � "#���� "6$� �1"+�!��.� � �1&!/3�� $-� & � &%&/"�'�� %���� �+�%��,+�(� �� "#��/+$,����$-�,$ ,�/"�� ��3�,"�$ �-$33$6�J��/+�'�$)�3*�)��%� �$3)"�$ � � � &�2$3'$� �#$)3%�(�� "��"�%=� �-� "#&"� �$3)"�$ �%$��� $"� �&"��-*� "#�� +�7)�+�!� "��� &� �$3)"�$ �-+$!� &� ,$!/�"�"$+� �#$)3%� (�� "+��%�� & %� �-� ��"#�+� !��"�� "#�� +�7)�+�!� "�� &� �6�) 8 $6 ��$3)"�$ ��#$)3%�(��%�'�3$/�%.�����&�%��E��6��$3)"�$ ��,& �,+�&"��/+$(3�!��3&"�+���$��"�����&-�+�"$��$�-$+�/+$'� ��$3)"�$ ���-�/$���(3�F.� ��1&!/3��$-�& �� $'&"�'��%���� �+� �&�%� "#&"J� E�$)� �#$)3%� "&8�� "#�� ,#& ,�� "$� ��"� � � �6� ,$ ,�/"�.� �#���!/+$'�!� "�� �/�+-$+!& ,�����!&*(�� $"�(���� �"�&33*��()"�"#�*�#&'��&��+�&"�/$"� "�&3��6#�+�&��"#��$3%��$3)"�$ ��,& $"�(���!/+$'�%�!),#�-)+"#�+F.��#����"6$�� "�+'��6����6�+��&!$ ��"#���1"+�!���� �"#��� "�+'��6��")%*�& %��#$6�"#&"�/�+�$ &3��"*3���+�&"3*�&--�,"�� "#�� 6&*� $-� %���� � �� & %� #$6� "#�� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � /+$,���� 3$$8�� 3�8�.�,,$+%� ��"$�& �� "�+'��6�%�!& &��+��6#&"�����!/$+"& "����"$�!&8��"�&!��6�"#�&�!�1�$-� "#�� +��#"�/�$/3�.��#��/+$(3�!� ��� "#&"� �$!�"�!��� "#�+�� ���&�3&,8�$-�,�+"&� �8� %��$-�/�$/3�.�

- $"#�+�-&,"$+� ���#$6�(&,8�+$) %�&--�,"�� "#�� $"�$ �$-�,$ ,�/"� ��3�,"�$ .� ��� �-�,& "�%�--�+� ,��� 6�+�� -$) %� (�"6�� � "#�� � "�+'��6���.� �$�"� $-� "#�� � "�+'��6�%� %���� �� �� ��+��&"�2���#&'��6$+8�%�!&� 3*�6�"#��� �+&"� �����%+&6� ���)�� ��%�--�+� "��$-"6&+�.� �#��+� �1/�+�� ,��3���� � � ,+�&"� �� ���!$%�3�� $-� �$3)"�$ �� "#&"�-)3-�3�'&+�$)��+�7)�+�!� "�.��#��%���� �� �� ��+���"&"�%�"#&"�!& *�%�,���$ ��6�+��"&8� �&-"�+��+$)/�%��,)���$ ���$+�(*�� ")�"�$ �& %��1/�+�� ,�.������ �+��6�"#�&�(&,8�+$) %�6�"#� �D���& &3*����$-"� �+�3&"�%�"$�%�,���$ ��(�� ��(&��%�)/$ �& &3*����+��)3"�.��#����"6$�-&,"$+��&--�,"� ��"#��/�+,�/"�$ �$-�"#��/+$,����$-�,$ ,�/"���3�,"�$ ��/+$(3�!��$3'� ���"*3���& %�(&,8�+$) %�+�'�&3�"#&"�� %�'�%)&3���+&�/�-+$!���")&"�$ ��6#&"�"#��+�!� %����/+�/&+�%�-$+��&���)����"�%�(*��?�$ $+�& %���*!$)+�4�@@;5.�

- �)+� �� "#�� � "�+'��6� �")%*�� %���� �+�� 6#$� &+�� $-"� � 0)%��%� "$� (�� �8�3-)3� (*� "#��+�,$33�&�)��� & %�!& &��!� "�6�+�� &,")&33*� ��� � )�� �� �1/3�,�"�!�"#$%��� �'� � �-� "#�*�%�%� $"� +�-�+� "$� "#��+�/+$,�%)+��� &��!�"#$%��%)+� �� "#�� � "�+'��6�.� �#���!�& �� "#&"�/+$,��� $+�� "�%� � �� ��+�� &+�� 6�33� +��&+%�%� � � "�&!� %���� .� !$ ��"� "#�� �3�'� �� "�+'��6����� "#+���)��%� �1/3�,�"�!�"#$%��� �.�.�!�"#$%��/�+-�,"3*�,$!/3*� ��6�"#� "#��%�-� �"�$ � (*� �)(8&�� E!�"#$%�� &+�� �*�"�!�� $-� !�"#$%$3$��,&3� +)3��� "#&"� %�"�+!� ��,3&�����$-�/$���(3��/+$,�%)+���& %�&,"�$ ��"#&"�&+��3�8�3*�"$�3�&%�$ �&�/3& �%�/&"#�"$�

��

�G�

"#�� &,,$!/3��#!� "� $-� &� %���+�%� &�%F� 4�)(8&� �@>;5.� �-$)+"#�!�"#$%�6&�� %�"�,"�%�"#+$)�#�$(��+'&"�$ �& %� � -$+!&3�7)��"�$ �� "$�/&+"�,�/& "�.��#�*�&+��/+��� "�%� �1".��#��-$)+�!�"#$%��#&'��(�� �3&(�33�%���������& %��.�

5.2.1 Method A

�#�� -�+�"� !�"#$%� /+��� "�%� #�+�� ��� )��%� -$+� ��3�,"� �� &!$ �� %�--�+� "� ,$ ,�/"�.� �"��%��,+�/"�$ �,&!��&��& �& �6�+� "$� "#��7)��"�$ J�EB#&"� ��� "#��,$ ,�/"� ��3�,"�$ �/+$,���RF�� �6�+J�EB��)���"#��/3)��I�!� )��!�"#$%.F��#��� "�+'��6�%�/�+�$ �6&�� $"�&(3��"$�"�33�"#��$+��� �$-�"#��!�"#$%.�� �$"#�+�$,,&��$ ���� �� ��+��#&'��&3�$�+�-�++�%�"$�"#���!�"#$%�&�� "#�� /3)� !� )�� !�"#$%� 6�"#$)"� -)+"#�+� %��,+�/"�$ .� � � "#��� !�"#$%� 4�&(3�� �5�� "�++�3&"�%�%���� �,+�"�+�&�&+��� %�,&"�%�& %�%$,)!� "�%�� �"#��!�"#$%.�D$+��1&!/3����-�,$ ,�/"� $ �� ��� /+$(3�!&"�,� "$� !& )-&,")+�� &� !� )�� ��� /)"� � ��%�� "#�� ($1� & %� &� �#$+"��1/3& &"�$ � ��� ��'� .� � D)+"#�+� ,#& ���� "#&"� ,& � &3"�+� "#��� !� )�� � "$� &� /3)�� &+�� &3�$�� %�,&"�%.��#�� � %�,&"�%� � "�++�3&"�$ ���--�,"��&+���&,,$+%� ��"$�"#�� � "�+'��6�%�%���� �+��,$!!$ .� � �1&!/3�� $-� & � � "�++�3&"�$ � ��J� �-� ,$ ,�/"� "#+��� #&�� &� (��� &,,���� #$3�� -$+�6�3%� ���"�!&*�3�&%�"$�(&%�/�+-$+!& ,��� ��"+� �"#�& %��"�-- ���.���

��������

���� ����������

���������������� ���������������� ����������������

������� �(�,&)��S .�()"��-�,#& ���"#� �T�

T� ��(�,&)��S

����� �� ��

T�(�,&)���$-S � �(�,&)��S ��()"��-S �

��������� � � �(�,&)��S ��()"��-S �

����� ��

� �

��������� ��

� �

�������� ��

� �

��&(3���.�H�#��/3)��I�!� )��!�"#$%?�

�#��!� )����& %�/3)����&+�� �'�+� �)!!�%.�B#� � "#��%���� �+�6&��&�8�%� �-�!$+�� "#& �$ �� /3)�� $+�!� )��,$)3%� (����'� � "$� &�,$ ,�/"�� #�� �&�%�� E�$��6�� 8 $6�#$6� �!/$+"& "�%�--�+� "� ���)��� &+�F.� �#��!&"+�1� ��� )��%� &�� &� �)�%�� %)+� �� %��,)���$ �� &($)"� ,$ ,�/"���6#�,#�&�!�"$�+�&,#�,$ �� �)��&($)"�6#�,#�,$ ,�/"�"$�,#$��.���

5.2.2 Method B

�#���!�"#$%� ���!$+���/�,)3&"�'�� � � &")+�.� �"�6&��&3�$�� ,$) "�+�%�%)+� ��& � � "�+'��6�6#� � &�8�%J� UB#&"� ��� "#�� ,$ ,�/"� ��3�,"�$ � /+$,���RU� �"� #&�� (�� � +&"�-��%� (*� � -$+!&3�%��,)���$ ��6�"#� $"#�+�%���� �+�.� �#���$&3�$-� "#���!�"#$%� ��� "$� ��33�&�,$ ,�/"� $+�%���� ��$3)"�$ � "$�!& &��!� "�� 6#�,#� "#�� %���� �+�� #&'�� &3+�&%*� %�,�%�%� )/$ � & %�,$ ��%�+�$/"�!&3.��#��!�"#$%� ���7)�"�� ��!/3�.�B#� �&�%���� � "�&!�#&��%�,�%�%� � "�+ &33*�6#�,#�,$ ,�/"����(��"��"#�*�,& �"#� �!&8��&�,$ ,�/"�6�"#�&�3�����1/� ��'��%���� �"#&"�%$��� $"�-)3-�3�$+�#&+%3*�-)3-�3��"#��,+�"�+�&��& %�&�,$ ,�/"�"#&"�-)3-�3��"#��,+�"�+�&�(*�&�6�%��!&+�� �& %� ���&""+&,"�'��-+$!�&� "�,# �,&3�/$� "�$-�'��6��()"� ����1,����'�3*��1/� ��'�� "$�/+$%),�.�D� &33*�� "#�� "#+��� ,$ ,�/"�� &+�� /+��� "�%� "$�!& &��!� "� � � &� �$6�+�$� "� /+��� "&"�$ .��& &��!� "� #&�� (�� � $(��+'�%� (*� "#�� � �� ��+�� "$� &3!$�"� &36&*�� ��3�,"� ��"#�+� "#��

��

�C�

,$ ,�/"� "#&"� ��� "$$�U(&%U�6�"#� +��/�,"� "$�,+�"�+�&�� $+� "#��$ ��6�"#� "$$�#��#�,$�".��� ,���!& &��!� "���3�,"��"#��,$ ,�/"�"#��%���� �"�&!�"#� 8�����"#��!$�"��)�"&(3�.�

5.2.3 Method C

�#��"#�+%�!�"#$%����"#��!$�"��3&($+&"�.��"�6&��%��,+�(�%�&��& ��1/3�,�"�!�"#$%�(*�"#��� "�+'��6����6#� �&�8�%�"#���&!��7)��"�$ �&��&($'�.�� "�+��"� �3*��"#����/�,�-�,�!�"#$%�

6&��%�'�3$/�%�(*�&��!&33�,$ ,�/"�%�'�3$/!� "�"�&!�$-�-$)+�/�+�$ ��%)+� ��"#��)/�"&+"�$-�&�/+$0�,".��#��!�"#$%�6&��%���� �%�"$�,$/��6�"#�"#��/+$(3�!�$-���3�,"� ��(�"6�� �G;�

%�--�+� "�,$ ,�/")&3�,#& ����"$�& ��1��"� ��,&+�($%*�"$��!/+$'���"��!�,#& �,&3�/+$/�+"�����6#�3��+�%),� ��6���#"��&33�"#���6�"#�&�'�+*�"��#"�()%��"�-$+�,#& ���.��#��!�"#$%�����#$6 �� ��&(3��<.��#���"&")��($1�� %�,&"����-�&�,$ ,�/"�����"�33�$/� ���.�.�� '��"��&"�$ ��&+��$ �$� ��

"$��1/3$+��"#��-�&��(�3�"*�$-�"#��,$ ,�/".��),#�� '��"��&"�$ ��,& �(����.�.�D� & &3*����$-��"+� �"#�$+��"�-- ����$+�($"#.��+�$�!�& ��/+�$+�"*�& %����&�-) ,"�$ �$-�"#��/$���(3���!/&,"�$-�&�,$ ,�/".��-�"#���!/&,"����(����"#� �H/+�$?����#��#.�� ��8�",#�$-�,$ ,�/"��3� 8��&+��!&%��"$�$"#�+�%$,)!� "���,&33�%�$ � /&��+���,$ "&� � ��,$ %� ��%�� -$+!&"�$ �&($)"�,$ ,�/"���

& &3*����%&"&��%+&6� ����"&(3�����",.����'�3�$-�%�--�,)3"*����#$6�%�--�,)3"��"����0)%��%�"$�!&8��"#���,$ ,�/".��&� �%+�'�+��#$6��6#&"�"#��%+�'� ��-$+,��-$+�!&8� ��"#&"�,$ ,�/"���.��#��

&--�,"�/3&"-$+!�($1��#$6���-�"#��,$ ,�/"�6�33�&--�,"�"#��%���� �$-�"#��6#$3��/3&"-$+!�$+��-��"����&�U($3"U�$ �,$ ,�/".��-��"�&--�,"��"#��/3&"-$+!��!$+���"&8�#$3%�+��6�33� ��%�"$�(��

,$ '� ,�%�&($)"�"#�� �,����"*�$-�"#��,$ ,�/".����%�� �,$!/�"�"$+�����-�&���!�3&+�,$ ,�/"����(�� ��,)++� "3*�)��%�� �&�,$!/�"�"$+��& %�#� ,��(� ,#!&+8� �����/$���(3�.��

���

�&(3��<.���"#$%�%�'�3$/�%�� #$)�����)+� ��"#����3�,"�$ �/+$,����&33�,$ ,�/"��&+���)(!�""�%� "$�7)��"�$ ��&($)"� "#��-$33$6� �����)��J�J��$"� "�&3P�%+�'�+��4+�%),�%�6���#"�& %P$+��!/+$'�%�/�+-$+!& ,�5��J��"&!/� ��-�&��(�3�"*��-� �6�/&+"�& %P$+�!&"�+�&3��J�A$� � ��-�&��(�3�"*��-� �6�/&+"�& %P$+�!&"�+�&3���J��+$,����,$ ��7)� ,���4&���!(3*�-&,"$+*��/&� "� ��-&,"$+*5��J��$!!$ &3�"*�6�"#�$"#�+�!$%�3��(&��%�$ �"#���&!��/3&"-$+!�DJ� B���#"� /� &3"*� �-� /�+-$+!& ,�� �!/+$'�!� "� ��� "#�� %+�'�+P/�+-$+!& ,�� /� &3"*� �-�6���#"�+�%),"�$ ����"#��%+�'�+�,,$+%� ��"$�"#��� "�+'��6�����-�&�,$ ,�/"�/�+-$+!���1,����'�3*�(&%3*�6�"#�+��/�,"�"$�$ ��$-�"#��7)��"�$ ���"�,& �(��%��,&+%�%.�D)+"#�+!$+���"#��7)��"�$ ��&+��� "� "�$ &33*�$+%�+�%�&��� %�,&"�%.��-�"#��/$"� "�&3����#��#�$ ��,$ "� )���"$�7)��"�$ ��=��-�"#���"&!/&(�3�"*�$-�"#��,$ ,�/"����$8��"#� �$ �"$��=�& %��$�$ .��#��3$��,�(�#� %�"#��$+%�+����"#&"�"$������-�&�,$ ,�/"�3�&%�� "$� 0$� � �� /+$(3�!��� $ �� !)�"� &3+�&%*� 8 $6� "#�� "*/�� $-� !&"�+�&3=� #� ,��� "#��

�"&")�� �+�$P��!/&,"�

�8�",#� $-�,$ ,�/"�

��'�3� $-�%�--�,)3"*�

�&!��

�&� �%+�'�+� --�,"�/3&"-$+!�

���%� � �,$!/�"�"$+�

,$!!� "��

�/� P�,3$��%�

� �� �� 8� "$�/�,")+�� %� $ � �/&�� �%��,+�/"�$ �

�&�*���--�,)3"���%�)!�

� B���#"��$�"��$!!$ &3�"*�..�

���P $� �&!�� $-�,$!/�"�"$+�

�$ ,�/"���

� � � � � � � �

�$ ,�/"���

� � � � � � � �

�$ ,�/"���

� � � � � � � �

��

�N�

�"&!/&(�3�"*� ,& � (�� �'&3)&"�%� (�-$+�� 0$� � �.� �#�� �&!�� &//3���� "$� "#�� 7)��"�$ � �J� $ �� ��%�� "$� 8 $6� "#�� "*/�� $-� 0$� � �� (�-$+�� �'&3)&"� �� "#�� -&,"$+*� ,$ ��7)� ,��.� �-� "#��,$ ,�/"����-�&��(3��"$�/+$%),��-+$!�&�!& )-&,")+� ��/$� "�$-�'��6��()"��"��,$!!$ &3�"*����3$6�� �"� ,& � �"�33� (�� +��&+%�%� &�� /+$(3�!&"�,.� D� &33*�� &� ,$ ,�/"� !)�"� $"� �1,����'�3*�/� &3���� $"#�+� &�/�,"�� $-� "#�� %���� .� �#�� 7)��"�$ �� &+�� )��%� &�� &� �)//$+"� & %� "#��+�&//3�,&"�$ � ��� -3�1�(3��� !�& � �� "#&"� �$!�� 7)��"�$ �� !&*� (�� %��,&+%�%� 6#� � $"�&//3�,&(3��& %�$"#�+��!&*�(��&%%�%��-� ��%�%.��

5.2.4 Method D

�#�� -$)+"#� !�"#$%� 6&�� � ,$) "�+�%� 6#�3�� !&8� �� $(��+'&"�$ �� &"� "#�� �$ ,&33�%� &+�&�!��"� �.��'�+*�"6$�6��8��"#����!��"� ���&+��#�3%�-$+�"#����1�%���� �&+�&��$-�"#��,&+�($%*.��1/�+"�� � �"#��-��3%��&--�,"� ��"#��,&+�($%*�&+��/+��� "���),#�&���"&!/� ���&���!(3*��& %�,$++$��$ �/+$"�,"�$ .��&,#�%���� �� �� ��+�$-�"#���#��"�!�"&3�/&+"��$-�"#��,&+�($%*�� "�+��&,,$+%� ��"$�&�/+� %�"�+!� �%�$+%�+�& %�/+��� "��"#��+�,$!/$ � "�)�� ��&�/+$0�,"$+.�� �& $"#�+��,+�� ��&��,+�� �#$"�$-�"#��,$!/$ � "�����#$6�%�� �&��$6�+�$� "�%$,)!� ".��#��%���� �+� /+��� "�� "#��,$!/$ � "� & %� "#�� �1/�+"� "�&!�%��,)����� %�--�+� "� &�/�,"�� $-� "#��%���� �&,,$+%� �� "$� "#��+� &+�&�$-��1/�+"���.��+$(3�!���,$!!� "��� & %�/+$/$��%�,#& ����&+��6+�""� �$ �"#����%��$-�"#���,+�� �#$"�� �"#���$6�+�$� "�%$,)!� "�4D��)+���5.���

Figure 2. Method D

�$!!� "�� +�!&� �$ ��6��8�&-"�+�&� �$3)"�$ �#&��(�� �-$) %.��#���$6�+�$� "� �3�%���&+��,$33�,"�%� � "$� &� %$,)!� "� ,&33�%� "#�� �$%*� A$)+ &3� 4�A5.� � "$"&3� $-� ��1� 0$)+ &3��� �&,#�+�/+��� "� �� &� %���� � &+�&=� -+$ "�� -+$ " -3$$+�� +�&+ -3$$+�� ��%� � �+�� ��%� $)"�+� & %� +$$-��1��"��-$+��&,#�,&+�/+$0�,".��#��!�"#$%�����),,���-)3�-$+�+�-� � ��$ ���$3)"�$ �%)+� ��%�"&�3�%���� ��()"�6�&8�+��-�/&+&33�3�,$ ,�/"��&+��%�'�3$/�%.��"�6&��$(��+'�%�"#&"�6#� ���'�+&3�%�--�+� "�%���� �&3"�+ &"�'���6�+����!)3"& �$)�3*�/+$/$��%��"#$)�#�$-�3�!�"�%�,$!/3�1�"*��"#�� �#&+�%� '��6� $-� "#�� %���� � 6&�� 3$�"�� & %� %�--�+� "� /&+"�,�/& "�� � � "#�� "�&!� 7)�,83*�

CAD PPTExponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

Exponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

CADCADCAD PPTExponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

Exponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

PPTExponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

Exponential growthImportant differenceOpportunity to reduce weight

��

�>�

(�,&!�� ,$ -)��%� & %�!�1�%� "#�� ,$ ,�/"�.� ��!/3*� 6+�"� �� "#�� %�--�+� "� ,$ ,�/"�� %$6 �(���%���&�#& %��8�",#�� #& ,�%�&��#&+�%�) %�+�"& %� �.����#�� �$%*� A$)+ &3� ��� &� %$,)!� "� "#&"� ��� !�& "� "$� �)�%�� "#�� %���� �+�� 6�"#� &33� "#��+�,$!!� %�%�,#& ����& %�+��)3"��-+$!�"#��&+�&�!��"� ��.��#�+�����&�,� "+&3�/+$0�,"�/$+"&3�6#�+��"#��3&"��"�'�+��$ �$-�"#���A��#$)3%�(��&,,����(3��"$�&33�� �"#��/+$0�,".�D�&")+���$-�"#��/+$0�,"� /$+"&3� � ,3)%�� "#�� /$���(�3�"*� "$� +�,��'�� �!&�3�� 6#� � &� ,#& ��� "$� &� %$,)!� "�,$ ,�+ � ��&�,�+"&� �&+�&����+�,��'�%.��"�"#��"�!��$-�"#���")%*��"#��/+$0�,"�/$+"&3�6&�� �6�& %��"��)���6&�� $"�(�� ��!$ �"$+�%.�

5.2.5 Characteristics of methods

�,#&+&,"�+��"�,�$-�"#��)���$-�"#����-$)+�!�"#$%�����"#&"�"#�*�&+�� &")+&33*�&%&/"�%�"$�"#����")&"�$ �4�� %�+�& %��3���� ���;;<5.���"#$%����"#��H��33� � � ?�!�"#$%��,& �(��+��&+%�%�&��$%%��()"�/�+!�"��%�,���$ � "&8� ��(*� "#��%���� �+��6�"#� � ���#"� � "$� "#�� "�,# �,&3�%�"&�3��& %� 6�"#� !& &��!� "� ,#�,8� �� "#�� ,$ ,�/"�� (+��-3*.� �#��� !�"#$%� ,$++$($+&"��� "#��%��,)���$ � � � "#�� +���&+,#�(3$,8�$ ��&($)"� "#�� "6$���%���$-�%�,���$ �!&8� ��� "#��$--�,�&3���%�� & %� "#�� +�&3�� ()"� � -$+!&3� /+$,���.���"#$%��� & %� �� +���!(3��!$+�� "#��!�"#$%��%�'�3$/�%� � � %���� � �,�� ,�� +���&+,#.� ��"#$%� � )���� �$!�� -�&")+��� -+$!� "#�� �)�#�!�"#$%� 4�&#3� & %� ���":� �@@C5�� ()"� %$��� ��"#�+� �1/3�,�"3*� �)!� /3)���� $+� !� )����� $+�&���� �6���#"��"$�,+�"�+�&.�� �"�&%�+�3&"�'���!/$+"& ,��$-�,+�"�+�&����(&��%�$ �"#��/+�'�$)���1/�+�� ,��$-�"#��/&+"�,�/&"� ��%���� �+�.��#���6&��&3�$�$(��+'�%�&��&�,#&+&,"�+��"�,�$-�#$6��$!��"�&!��6$+8�%�6�"#�!&"+�1 (&��%��'&3)&"�$ �!�"#$%��� �+���&+,#�(3$,8�$ �.���"#$%��� +���!(3��� "#�� �3)��� �$"� "�&3� �$ ,�+ � �'�+,$!��,$ ,�+ �� 4����,5�!�"#$%�� ()"� ���!$+�� +�-� �%� � � "#�� �� ��� "#&"� !$+�� -&,"$+�� $-� �"+&"���,� '&3)�� -$+� "#�� ,$!/& *� &+��� ,3)%�%��& %�7)��"�$ ��"$��)�%��"#����3�,"�$ �&+��� "+$%),�%.��#��$ � /&��+��&""&,#�%�"$�"#��!�"#$%�,$ ,���3*�%��,+�(��"#��-�&")+���$-��&,#�,$ ,�/".��$��1/3�,�"�& �6�+�$ �6#&"�"#��(��"�,$ ,�/"����&//�&+��-+$!�"#����!�"#$%����1,�/"�-$+�!�"#$%���%)��"$��"��!�+�3*�$--�,�&3�,#&+&,"�+.� ��"#$%�� � & %� �� �)//$+"� %���� �+�� � � �1/3$+� �� & %� &++& �� �� %&"&� -+$!�%�--�+� "� ,$ ,�/"�.� � ��"#$%� �� ��� &%&/"�%� "$� "#�� +�-� �!� "� $-� $ �� ,$ ,�/"� � "$� %�"&�3�%���� .� �"� +���!(3���6#&"�6&��/+�'�$)�3*�,&33�%�&� �"& %&+%���%� � ,$!/& *�/+� ,�/3��$-�6$+8� �.� �"� ��� &� 3�'� �� %$,)!� "�� &� 8� %� $-� �+&/#�,&3� !��"� �� $"��� �#$6� �� "#��,$!/$ � "���� %�,&"� ��/+$(3�!���& %�#$6�"$��$3'��"#����/+$(3�!�.��

5.3 Research block three: analysis of methods used for concept selection

�#�� � "�+'��6� �")%���� � � +���&+,#� (3$,8� $ �� � ,+�&��%� "#�� %��,)���$ �� &($)"� %���� �!�"#$%��(�"6�� �� �� ��+��& %�$ ��$-�"#��+���&+,#�+�.�-"�+�"#��� "�+'��6��")%*��(�"6�� ��&+,#��;;��& %�)�)�"��;;���-�'��� "�+'��6����,&!��(&,8�"$�"#��+���&+,#�+�6�"#�7)��"�$ ��&($)"� %���� � !�"#$%�� &� )!(�+� $-� "�!��.� %%�"�$ &33*�� $ � -$)+� $,,&��$ �� %)+� �� "#&"�/�+�$%��� �� ��+��6�"#�6#$!�"#��+���&+,#�+�#&%� $"�#&%�/+�'�$)��,$ "&,"�� 7)�+�%�&($)"�!�"#$%���&��+�,$!!� %�%�(*��$!��$-�"#��� "�+'��6���.��#��&�!��$-�"#��!��"� ���+& ��%�-+$!�%��,)��� �� &�!�"#$%� "$� (�� )��%�-$+� &� �/�,�-�,� "&�8�� �'&3)&"� �� "#�� +�3�&(�3�"*� $-� & �&3+�&%*�)��%�!�"#$%�� �'&3)&"� �� &�!�"#$%� �)����"�%� (*� &�,$ �)3"& "�� $+� �'&3)&"� �� & �$--�,�&3�!�"#$%�� �"#��,$!/& *.��#��+���&+,#�+�#&%����!��"� ���$-�"#���"*/����;�$-�6#�,#�6�+��&($)"�!�"#$%��-$+���3�,"�$ �$-�,$ ,�/"�.�D�'��$-�"#��"� �!��"� ���6�+��&($)"�&3+�&%*�)��%�!�"#$%�.� � �� ��+�� ,&!�� 6�"#� %$,)!� "&"�$ � $-� "#�� !�"#$%� )��%� & %� /+$'�%�%��1/3& &"�$ ��$-�#$6�"#�*�#&%�(�� �)��%.��#�*�6& "�%�"$�%��,)���"#��!�"#$%�(�,&)���"#��"�&!��$+�/&+"�$-�"#��"�&!��6&�� $"��&"��-��%�6�"#�"#��+��)3"��$("&� �%�6�"#�"#��!�"#$%.���

��

�@�

+�/$+"�%�� �+���&+,#�(3$,8�$ ���!�"#$%��&+��-+�7)� "3*�)��%�6�"#�&% #$,�!$%�-�,&"�$ ��"$�&%&/"� "#�� !�"#$%� "$� "#�� �/�,�-�,� ��")&"�$ .� �$%�-�,&"�$ �� "$� !�"#$%�� 6�+�� -$) %� "$� $+!&33*�/+$%),��"6$�"*/���$-��--�,"��� �"#���!/3�!� "�%�!�"#$%J�,+�&"�'��&%&/"&"�$ �$-�!�"#$%� & %� ) +�3�&(3�� !$%�-�,&"�$ � $-� !�"#$%.� �"� ,& � &3�$� #&//� � "#&"� � � "#�� �&!���!/3�!� "�%�!�"#$%��"#�+��&+��,+�&"�'��&%&/"&"�$ ��& %�) +�3�&(3��!$%�-�,&"�$ �.��+�&"�'�� &%&/"&"�$ � $-� !�"#$%� $,,)+�� 6#� � &� !�"#$%� ��� &//3��%� "$� &� ��")&"�$ � 6�"#�!$%�-�,&"�$ �� "#&"� � ,+�&��� �"�� '&3)�� & %� 6�"#$)"� +�%),� �� �"�� +�3�&(�3�"*.� �1&!/3��� $-�,+�&"�'��&%&/"&"�$ �$-�!�"#$%��&+��-$) %� � � +���&+,#�(3$,8�"6$.�D$+� � �"& ,���!�"#$%���,& �(����� �&��& �&%&/"&"�$ �$-�"#������,�!�"#$%.��#��/+� ,�/3��$-�"#������,�!�"#$%����"$� %��/3&*� "#�� &%'& "&���� & %� 3�!�"&"�$ �� $-� ,$ ,�/"�� & %� "#�� 6&*� "$� $'�+,$!��3�!�"&"�$ �.� � � !�"#$%� ��� "#�� &%'& "&���� & %� %��&%'& "&���� &+�� �%� "�-��%� "#+$)�#� &� )!(�+�$-�/+� ,$ ,��'�%�/&+&!�"�+��43�'�3�$-�%�--�,)3"*��&--�,"�/3&"-$+!��!&� �%+�'�+���",.5�& %� &� )!(�+� $-� 7)��"�$ �� /$��%� -$+� )��� � � &� �,+�� � �� /+$,���.� �#���� !$%�-�,&"�$ ��� ,+�&��� "#�� '&3)�� $-� "#�� !�"#$%�� �� ,�� "#�*� � ,3)%�� -) %&!� "&3� ��3�,"�$ � -&,"$+���%� "�-��%�-$+�"#���8� %�$-�/+$(3�!�.���� +�3�&(3��!$%�-�,&"�$ � $-�!�"#$%�� $,,)+�� 6#� � &� !�"#$%� ��� &//3��%� "$� & � ) �)�"&(3����")&"�$ � $+� 6�"#� !$%�-�,&"�$ �� "#&"� +�%),�� �"�� +�3�&(�3�"*.� � -$+") &"�� !$%�-�,&"�$ �� $-��)( !�"#$%�� $,,)+� -$+� &� 3&,8� $-� ) %�+�"& %� �� $-� "#�� !�"#$%.� � )!(�+� $-� -+�7)� "�!��"&8��� 3�&%� �� "$� ) +�3�&(3��!$%�-�,&"�$ �� 6�+�� �%� "�-��%� � � "#�� )��� $-� !�"#$%�� -$+�,$ ,�/"���3�,"�$ .��6$�$-�"#�!�&+��/+$'�%�%�#�+��&���1&!/3��J�- �#�� �)�# 3�8��!�"#$%� $-� D��)+�� ��6&�� )��%� &"�2��� "$� ��3�,"� & � � �� �� �)�/� ��$ .�

D��)+����+�/+��� "��-$)+�%�--�+� "��$3)"�$ ���()"�"#��+�&3�example contained twelve. It has been simplified to make it legible, and confidential data has been deleted.��#���!�"#$%�6&��)��%� (�,&)��� "#�� �$3)"�$ � /�+-$+!& ,�� 6&�� $"� /+�,���3*� 8 $6 �� & %� �"� 6&�� !$+���� ��(3�� "$� �'&3)&"�� "#�� &3"�+ &"�'��� � � "�+!�� $-� (�""�+� $+� 6$+��� 6�"#� +��/�,"� "$� &�+�-�+� ,�� "#& � � � &(�$3)"�� "�+!�.� �$6�'�+�� � �� ��+�� �$$ � 6& "�%� "$� � "+$%),��6���#"� ��� "+*� �� "$� +�-3�,"� "#�� �!/$+"& ,��$-�&""+�()"��� & %�%�--�+� "�3�'�3��$-�(�""�+�& %�6$+��.��#���3�%� "$� )!�+�,&3�+��)3"�� "#&"�6�+��%�--�,)3"� "$��+&�/.��#�*�,$)3%� $"�) %�+�"& %� 6#&"�� �.�.�� H ��G?� !�& �� � � +�3&"�$ � "$� H��G?.� �#�*� %�%� $"� 8 $6� �-� "#$��� )!(�+��+�/+��� "�%�&�(���%�--�+� ,��� �+�&3�/�+-$+!& ,�.�This type of misuse of the Pugh method is very common and completely destroys its goal, i.e. permitting comparison without detailed quantifiable knowledge of the solutions. �

- $"#�+�,$!!$ �!��"&8��6�"#� "#���)�# "*/��$-�!&"+�1� ��� "$�(�3��'�� "#&"� "#�� +��)3"��$("&� �%�(*�,$!/&+� ��%�--�+� "�,$ ,�/"��6�"#�&�+�-�+� ,���,& �(��)��%�"$�,$!/&+��"#��,$ ,�/"��/�+-$+!& ,��6�"#��&,#�$"#�+.��-�"#��+�-�+� ,��,$ ,�/"�/�+-$+!�%���� �-�,& "3*�(&%��"#��,$!/&+��$ ��$-�"#��,$ ,�/"��6�"#�"#��+�-�+� ,��6�33� $"�#��#3��#"�"#��/$"� "�&3�%�--�+� ,��� � � /�+-$+!& ,�� (�"6�� � ,$ ,�/"�.� � � -&,"�� ) 3���� "#�� +�-�+� ,�� ,$ ,�/"�/�+-$+!& ,�� ����1&,"3*�"#��!�& �/�+-$+!& ,��$-�&33�,$ ,�/"��)��%�6�"#�+��/�,"� "$�&33�,+�"�+�&�� $�%�--�+� ,���(�"6�� �,$ ,�/"��/�+-$+!& ,��6�33�(��#��#3��#"�%� +�3�&(3*.���$3)"�$ �"$�"#���/+$(3�!����"#���),,����'���3�!� &"�$ �$-�,$ ,�/"�.�D$+�� �"& ,���� �"#���1&!/3��$-�D��)+����� �"�,& �(���"&"�%� "#&"�,$ ,�/"��� ���6$+��� "#& � "#��+�-�+� ,��& %�"#&"� "#��+�-�+� ,�� ���6$+��� "#& �,$ ,�/"�����������& %��2.��#�+�-$+��� "#��+�-�+� ,��& %�,$ ,�/"���,& �(��%��,&+%�%.��#� �& $"#�+�,$ ,�/"�,& �(��"&8� �&��&�+�-�+� ,��-$+�,$!/&+��$ �6�"#� "#�� $"#�+�,$ ,�/"�.� �#��,$ ,�/"�� &+��/+$�+����'�3*��3�!� &"�%�) "�3�$ �����3�-".

��

�;�

D��)+���.��)�# 3�8��!�"#$%�&��)��%�&"�2���4D+$!�& ��&+3��+��")%*�(*�"6$�$-�"#��&)"#$+�5�

6. Conclusions �#��� /&/�+� #&�� (�� � &� 0$)+ �*� "#+$)�#� &� 3&+��� &!$) "� $-� '&+��%� %&"&.� ��+��� �"� ���,$ '� �� "�"$�/+$'�%����� �-�,& ,��"$�"#��&���!(3&���$-�"#���� -$+!&"�$ �(*��1/3&� � ��"#��!&� ����)���& %�"#��+��!/3�,&"�$ �.��%��"� ,"�$ �#&��(�� �$(��+'�%�(�"6�� ��1/3�,�"�!�"#$%���/+$,�%)+���&//3��%�&,,$+%� ��"$�/3& ��-$+� &�,$ ,� "+&"�%�/�+�$%�$-� "�!�� "$� &,#��'�� &��$&3�� & %�$//$+") ��"�,�,#&� � $-�&,"�$ ����.�.�&,"�$ ��"&8� �%)+� ��%�--�+� "�$,,&��$ ��(*�!&8� ��"#��!$�"�$-�"#���!/+$!/")�$//$+") �"����"#&"�-$+!�/&+"�$-�&��� �+&3��$&3��&��&3+�&%*��)����"�%�(*�2����+�4�@@<5��& %��� %�+� & %� �3���� �� 4�;;<5.� �#�� )��� $-� �1/3�,�"� !�"#$%�� ��� -+�7)� "3*� /+$!$"�%� (*�/+$,��� $+�� "�%� /�$/3�� � � "�&!� %���� .� �!/3�!� "�%� �1/3�,�"� !�"#$%�� $-"� � +���!(3��"#$���%��,+�(�%�(*� &,&%�!�&�� �� ,��%���� � �,�� ,��!�"#$%��%�+�'��-+$!�$(��+'&"�$ �� � �� %)�"+*��()"�"#�*�&+��&//3��%�6�"#�!$%�-�,&"�$ ��"$�&%&/"�"$�"#��/+$(3�!�&"�#& %.�� �"#���/&/�+�� "#��-$,)�� #&�� (�� � $ �,$ ,�/"� ��3�,"�$ �!�"#$%�.� �"�,$)3%�(�� "#&"� �$!�� "*/��� $-�!�"#$%�� &+�� !$+�� 3�&(3�� "#& � $"#�+�� "$� (�� !$%�-��%� 6#� � &//3��%.� //3��%� !�"#$%��+���!(3��&,&%�!�,�!�"#$%��� �"#���� ���"#&"�"#�*�,$ "&� �!& *�$-�"#��+�/+� ,�/3��.��"�#&��&3�$�(�� �$(��+'�%�"#&"�!$%�-�,&"�$ ���$!�"�!���3�&%�"$�!�"#$%��6�"#�&�#��#�+�'&3)���()"�$"#�+�� "$� ) +�3�&(3�� +��)3"�.� �#���� /#� $!� &� #&'�� (�� � ,&33�%� ,+�&"�'�� &%&/"&"�$ � $-�!�"#$%�& %�6+$ ����3�,"�$ �$-��)( !�"#$%�� �"#���/&/�+.��"�#&��(�� �$(��+'�%�"#&"��$!��� �� ��+��+�&%�($$8��& %�/&/�+��&($)"�%���� �!�"#$%���&+��� �,$ "&,"�6�"#�) �'�+��"����%�'�3$/� ��!�"#$%���& %�&+��� "�+��"�%�� �8 $6� ��6#&"�"#�� /+$,�%)+��� $-� $"#�+� ,$!/& ���� &+�.� �#�*�!&8�� )��� $-� "#�� 8 $63�%��� "#�*� &,7)�+��"#+$)�#� "#���� �$)+,��� � � %�--�+� "� 6&*�.� �$!�� � �� ��+�� -$33$6�!�"#$%�� (*� "#�� ($$8��$"#�+��)���"#��/+� ,�/3���$+�/&+"��$-�"#��!�"#$%��"$�,+�&"��"#��+�$6 �!�"#$%���& %�$"#�+��)���!�"#$%�� &�� &�6&*�$-� "#� 8� �.� D$33$6� ��!�"#$%�� (*� "#�� ($$8� ��� +�-)��%�(*�!& *�� �� ��+��6#$�6& "� "$� #&'�� "#��-+��%$!� "$� "#� 8.� �#�� &() %& ,��$-�%�--�+� "�$/� �$ ��

��

���

&($)"�#$6��*�"�!&"�,�%���� ��#$)3%�(��� �� %)�"+*�+���!(3���"#&"�$-�&,&%�!�&.���--�+� "�6&*�� $-� 6$+8� �� �)�"� %�--�+� "� /�$/3�.� �)+�$)�3*�� "#�� � �� ��+�� � � & � � "�+'��6� �")%*��6#$�6�+��6�33�+��&+%�%�/+$-����$ &33*�(*�"#��+�,$33�&�)���& %�!& &��!� "��&+��/+$,��� $+�� "�%�/�$/3�.��6$�$-�"#��-$)+�!�"#$%��%��,+�(�%�6�+���1&!/3���$-�,+�&"�'��&%&/"&"�$ ��$-�!�"#$%�.��#�+��&+��!�"#$%��"#&"�(�,$!���!/3�!� "�%�(�,&)���$-�&�!& &��!� "�%�,���$ .��$)+����&+��"#� �$+�& ���%��& %�"$$3��(�,$!��&'&�3&(3��"#&"�!& *�� �� ��+��&+��� ,$)+&��%�"$�)��.���"#$%�� !&*� �"�33� �'� ")&33*� (�� &(& %$ �%�� ()"� �$!�"#� �� $-� "#�!� +�!&� �� � � "#��,$!/& *J� "#��+� /+� ,�/3��� & %� "#�� ) %�+�"& %� �� $-� 6#*� "#�� !�"#$%� %�%� $"� �)�"� "#��,$!/& *.��#���) %�+�"& %� �����&�+�-3�,"�$ �&($)"�#$6�"#�*�6$+8�� �+�3&"�$ �"$��$&3���& %�/+$'�%���"#�!�6�"#�� ���#"�� "$�#$6�"#�*��#$)3%�6$+8.������ �!�"#$%��+���&+,#�#&���"#�+�-$+���& ��!/$+"& "�,$ "+�()"�$ �"$�!&8��� ��)//$+"� ��%���� �+�.������ �!�"#$%�� +���&+,#� �#$)3%�,$'�+�#$6� "$� &'$�%�6+$ ����3�,"�$ �$-� �)( !�"#$%�� #$6� "$�/+$!$"��,+�&"�'�� &%&/"&"�$ � $-�!�"#$%��� & %�#$6� "$� �$3'�� "#���&/�� � �%���� �!�"#$%$3$�*.� � � �� �+&3�� "#�� ,$ "+�()"�$ � �#$)3%� /+$'�%�� "#��!�& �� "#&"� &33$6�/+&,"�"�$ �+��"$�) %�+�"& %�& %�+�-3�,"�)/$ �"#��+�$6 �%���� �&,"�'�"*.�

��

���

References +&)0$� ���� �� �%�""$ ��"$� ��� �&!/�33$� ��� ���+�� D.��� B+��#"� ��� 4�@@C5� �#�� )"�3�:&"�$ � $-�/+$%),"�%�'�3$/!� "�!�"#$%�J�&��)+'�*�$-����� %)�"+*.�A$)+ &3�$-�� �� �+� ������� ��N��//��CG �NN�

�� %�+� ��� �3���� �� �� 4�;;<5� � � "#�� �)/�+�$+�"*� $-� $//$+") ��"�,� %���� � �"+&"������ %)+� �� �&+3*��!($%�!� "� %���� .� � J��&+0& $'�,��� 4�%5� �+$,��%� ��� $-������ � �;;<�� �)(+$' �8���&*� �N �;.�D&,)3"*�$-���,#& �,&3�& %��&'&3�+,#�"�,")+����&�+�(=������ ��$,��"*���3&��$6��//���N ����

��+8#$-�+������ %�!& ����3(�+��������+���4�;;�5��+$%),"�%�'�3$/!� "�&��&� �"+),")+�%�& %�� "�+&,"�'�� �"6$+8�$-�8 $63�%���I�&�+�'$3)"�$ &+*�&//+$&,#.�� J��)33�*��A���)--*����,�&#$ ����B&33&,�� �� 4�%�5� �+$,��%� ��� $-� � ����;��� �3&��$6�� )�)�"� �� ��.� � �+$-����$ &3� � �� ��+� ���)(3��#� �������//�<GN <C<�

�3���� ���� 4�;;�5�B#&"� ��� "#��� "#� ��,&33�%������ �����&+,#R� � J� �+$,��%� ��� $-� �;;�� � "?3����������� ���!� &+���$ ���$ ����C �>��&*��//�� C.�

�3���� ����4�;;�5�B#&"����"#���"#� ��,&33�%�%���� �+���&+,#R���* $"��/&/�+�� J�D$38���$ ����&+V �����$+�33������33�+� ���4�%�5��� ����/+$,��%� ���$-�����;����"$,8#$3!��)�)�"��@ ���

�3���� �� ��� �#&8+&(&+"�� �� B&33&,�� �� 4�@@>5� ����� �+�� I� "#�� ��*� "$� �),,���-)3� ��'�3$/!� ".��/+� ��+ 2�+3&����$ %$ �

�3$!(�+��A����&,$!��A���$�#�+����6� "$ B&33���4�@@�5��"# $�+&/#�,�D��3%���"#$%��& %��#��+���3&"�$ �"$������ .�� J��#)3�+�����&!�$8&��4�%�5��&+"�,�/&"$+*������ ���+� ,�/3���& %��+&,"�,�.��.��+3(&)!���$,�&"������33�%&3���//���� �GG�

�*3) %����D+�%+�,�$ �����#$!/�$ ���4�;;�5��%���� �/+$,����-$+�,$!/3�1�!�,#& �,&3��"+),")+���)�� ���+$/�+"*��&��%��$%�3���6�"#�&//3�,&"�$ �"$�,&+�($%���.�� J��&+0& $'�,���4�%5��+$,��%� ���$-������ ��;;���$ -�+� ,����< �N�$-��&*��;;����)(+$' �8���+$&"�&.�D&,)3"*�$-���,#& �,&3�& %��&'&3�+,#�"�,")+����&�+�(=������ ��$,��"*���3&��$6��//�C�� C�;�

�*3) %�����+& "������9/�: ���&���4�;;�5���&(�3�"*�� �� %)�"+*�$-�!�"#$%��-+$!�%���� �+���&+,#.�� J�D$38���$ ����&+V �����$+�33������33�+� ���4�%�5��� ����/+$,��%� ���$-�����;����"$,8#$3!��)�)�"��@ ���

�& "&!���&���4�@@@5������ �(��"�/+&,"�,����,&/&(�3�"����& %�/�+-$+!& ,�.�A$)+ &3�$-�� �� ��+� ������� ���;��//��;G ��>�

�)($��� �� �&%%�� � �� 4�;;�5� �*�"�!&"�,� ,$!(� � �J� & � &(%),"�'�� &//+$&,#� "$� ,&��� +���&+,#.�A$)+ &3�$-��)�� ��������&+,#��2$3.�GG���;;���//�GG� GC;�

�%�+�B��4�@@>5������ �!$%�3� ��I��%���� ��,�� ,��&//+$&,#�4& %�6#*�%$���� %)�"+*� $"�)����"R5.�A$)+ &3�$-�� �� ��+� ������� ��@��//��GG �N��

�+�&)"� ��� �!!�� ��� �&33� �#&!� �� 4�%�5� 4�;;�5� M)&3�"&"�'�� !&+8�"� +���&+,#� J� /+� ,�/3��� & %�/+&,"�,�.��&�����$ %$ �

D$+%�A���D$+%��B���, &!&+&����4�;;�5������"& ,��& %�"#��(&,8�+$) %�,$ '�+�&"�$ ��"$�,#& ��.�A$)+ &3�$-��+�& �:&"�$ &3�,#& ����2$3.��G�����)�����//��;G ����

D$++��"�+�A�4�@C�5�� %)�"+�&3��* &!�,�.��&�����&!(+�%���

D+$�"����4�@@@5�B#*�%$��� � %)�"+*��� $+��%���� ��,�� ,�R�A$)+ &3�$-�� �� ��+� ������� ���;��//��;� �;<�

�&+'� � �� 4�@>N5� �$!/�"� �� $ � "#�� ���#"� ��!� ��$ �� $-� M)&3�"*.� �&+'&+%� �)�� ���� ��'��6���$'�!(�+ ��,�!(�+��/��;��

�&)��+�A����3&)�� ����4�@>>5��#���$)���$-�M)&3�"*.��&+'&+%��)�� ������'��6���&* A) ���/�C��

��

���

�$$8����4�@CC5�2�"� �8&/3��&�-$+�W8.��+��!&���"$,8#$3!�

�)(8&� 2� 4�@>;5� ��+!� $3$�*� $-� "#�� �,�� ,�� $-� ����� � � �� ��+� �� � � C� �& �)&���.� �X+�,#���6�":�+3& %.�

A$ ��� �A� 4�@@��� � %� �%5� ����� � !�"#$%�.� A$# �B�3�*� Q� �$ ��� ��6� �$+8� �#�,#��"�+� B�� #��!��+��(& ���� �&/$+���$+$ "$�

��33& %�+� A� 4�;;�5� B#*� %���� � !�"#$%$3$����� &+�� %�--�,)3"� "$� �!/3�!� ".� � ".� A.� ��,# $3$�*��& &��!� "��2$3.������$�.��P<��//��N� �NC�

��+"$ ��A� 4�@@<5�%&/"$+�� & %� � $'&"$+�.� �"*3��� $-�,+�&"�'�"*� & %�/+$(3�!� �$3'� �.��$)"3�%�����$ %$ �

�$""�+�A��4�@@G5���&%� ��,#& ��J�6#*�"+& �-$+!&"�$ &3��--$+"��-&�3.��&+'&+%��)�� ������'��6��2$3.�N�����)�����//�G@ CN�

�9/�: ���&� ��� �#$!/�$ � �� 4�;;�5� �#�� &//3�,&"�$ � $-� "#�� <��� !$%�3� "$� "#�� !& &��!� "� $-�,+�&"�'�"*� Q� � $'&"�$ � � � /+$%),"� %�'�3$/!� ".� � J� @"#� � "�+ &"�$ &3� �+$%),"� ��'�3$/!� "��& &��!� "��$ -�+� ,��� �N �>��&*�� �$/#�&� "�/$3��.�Y,$3��%����� ���%���&+��� & %��)+$/�& �� �"�")"��-$+�%'& ,�%��")%����� ��& &��!� "�4����5���&+����//�G>N C;��

�$/�: ���&�����#$!/�$ ���4�;;<5���")%*�$-�& �$-- "#� �#�3-��$3)"�$ �!$%�3�$-�� $'&"�$ .��&/�+�&,,�/"�%�-$+������,$ -�+� ,���/3& �%�-$+�A)3*�� <��;;<��& %�+� �,#�%)3�%�) "�3���&+,#��;;G�

�&)+�+���4�@@C5���� ��+����"& ,��"$�()�3%��)//$+"�-$+�,#& ��.�A$)+ &3�$-�M)&3�"*�Q��&+"�,�/&"�$ ��2$3.��@����)�����//�GC C��

��3������4�@>@���+%��%5���,# �7)���$-�2&3)�� &3*����& %�� �� ��+� �.��3�& $+���3���B&38�+�����

�&!����4�;;�5�1�$!&"�,�%���� J�&%'& ,���& %�&//3�,&"�$ �.��1-$+%�� �'�+��"*��+�������6��$+8��1-$+%.�

�?�$ $+�A����*!$)+�A�4�@@;5�� "+$%),� ����)+$ �� �)��"�,��+$�+&!!� �J���*,#$3$��,&3��8�33��-$+�� %�+�"& %� ��& %�� -3)� ,� ����$/3�.��#$+�$ ����$ %$ �

�3�'�+������33�#�+��������& �A��4A+5�4�@@N5�� �� ��+� ���$!/3�1��*�"�!��6�"#�!$%�3��& %�$(0�,"�.��,�+&6 ��33����6��$+8��& �D+& ,��,$�B&�#� �"$ ����)83& %��$�$"&��&+&,&�����($ ��&%+�%���1�,$���"*���3& ��$ "+�&3���6���3#���& �A)& ��� �&/$+���*% �*��$8*$��$+$ "$�

�:�8������&8&��� 4�@@;5��& %($$8�$-�7)&3�"*� "$$3�.��#�� A&/& ���� &//+$&,#.��+$%),"�'�"*��+������&!(+�%���

�&#3�������":���4�@@C5�� �� ��+� ��%���� J�&��*�"�!&"�,�&//+$&,#.��/+� ��+���+�&"��+�"&� �

�)�#� �� 4�@@�5� �$"&3� ����� J� � "��+&"�%� ��"#$%�� -$+� �),,���-)3� �+$%),"� � �� ��+� �.� %��$ �B��3�*��B$8� �#&!�

�$#&"� �8*� �� 4�;;�5� ��&� $�� �� "#�� �&/� (�"6�� � !�"#$%$3$�*� $-� � �� ��+� �� %���� � & %�� %)�"+�&3�/+&,"�,�.�� J���)33�*���A���)--*����,�&#$ ��.��B&33&,����4�%�5��+$,��%� ���$-������;����3&��$6��)�)�"��� ��.��.�.J��+$-����$ &3�� �� ��+� ���)(3��#� ���//�<� G��

��,8&-)�� ��� 4�@@N5�� �-��%� �"+),")+�%� �� '� "�'�� �#� 8� �J��$6� "$� � '� ".��"�33�,8���+$���� �3����,#��& .�

�"�!/3��A���&%8� �,#&)(���4�;;�5��#� 8� ��� �%���� �"�&!�� �& �& &3*����$-�"�&!�,$!!) �,&"�$ .������ ��")%�����2$3.������;;���//�<N� <@C�

�&�),#������3&)�� ����4�@@;5��$()�"�M)&3�"*.��&+'&+%��)�� ������'��6��A& )&+* D�(+)&+*��@@;��//�CG NG�

�#$!/�$ � �� 4�@@@5� � �!/+$'� �� �&� "&� &(�3�"*� & %� ��3�&(�3�"*� "#+$)�#� ����� .� �+$-����$ &3�� �� ��+� ���)(3��#� �����.�

��

�<�

2& � %�+� ��0%� � �� 4�@@C5� �,� &+�$�J� �#�� +"� $-� �"+&"���,� �$ '�+�&"�$ .� A$# � B�3�*� Q� �$ ����#�,#��"�+�

2�#&+� A�� ��33�+� ��� D�+��"�� � �� 4�@@@5� �+�&"�'�"*� ) ($) %.� � � "+$%),"�$ � "$� �+�&"�'�� �+$(3�!��$3'� �.�� $'&"�$ ��*�"�!���+$)/����6��$+8�

2����+� B� 4�@@<5� �+�& ��&"�$ � $-� %���� � &,"�'�"���J� $//$+") ��"�,� 6�"#� #��+&+,#�,&3� �/��$%��.�� "�+&,"� ��6�"#��$!/)"�+���2$3.�C���$.����//���G ��>�

B#�" �*����4�@@>5��& )-&,")+� ��(*�%���� .��&+'&+%��)�� ������'��6��CC��A)3*P)�)�"��//��< �>�

B$!&,8� A��� A$ ��� ���� �$$�� �� 4�@@;5� �#���&,#� �� "#&"� ,#& ��%� "#��6$+3%J� �#�� �"$+*� $-� ��& ��+$%),"�$ .� �&16�33� �&,!�33& � � "�+ &"�$ &3�� ��6� �$+8� �&6�$ � ��$,�&"��� �$+$ "$� �$33��+��&,!�33& ��& &%&���6��$+8��1-$+%��� �&/$+���*% �*J.�

B)��DA���&!&%&��.�4�;;�5��1/�+�!� "�J�/3& � ���& &3*�����& %�/&+&!�"�+�%���� �$/"�!�:&"�$ .�B�3�*����6��$+8��#�,#��"�+�

�� ���4�@@<5��&����")%*�����&+,#.������ �& %���"#$%�.��&����)(3�,&"�$ ����#$)�& %��&8��

��

�G�

Appendix 1 ���"�$-�!�"#$%���� "�"$�"#��� "�+'��6���J��

���#3��#"� �� ��'�+���(+&� �"$+!� ��--� �"*�%�&�+&!� � '�"&"�$ &3��"�!���)3"� -&,"�/�,8� ��)/� �#��3&%%�+�$-�&(�"+&,"�$ ���1�"#� 8� ��#&"�� B$+%�%& ,����3&"�$ ��%�&�+&!� ��+�$ &3�& &3$�*��&+%��$+"� �!&�� &+*�(+&� �"$+!� ���&�+�%�,$!/&+��$ �& &3*����4��5�B���#"�%�$(0�,"�'���"+���

�&)���& %��--�,"�%�&�+&!�4$+�-��#($ ��,#&+"5�

�� ��"�'�"*�& %�� ,�+"&� "*�& &3*���� GB���4$+�"#����1�) �'�+�&3�7)��"�$ �5��)�#�!�"#$%� �+&� �"$+!� �� &3*�����+&/#�$-��33�/���� �+&� �"$+!� ��6�"#��$�" �"����,# +��8�&++&*� �+&� 6+�"� ��/$$3���3�,"�$ �,#&+"� �&+%�,�+,)3&"� ����)!/"�$ ��!&�#� �� ��+�,"�& &3$�*��$!/&"�(�3�"*�!&"+�1� ��,")+��-$3%�+�(+&� 6+�"� ��

�*!($3�,�& &3$�*��"�3�"*�-) ,"�$ 4$+�'&3)��-.��$+�%���+&(�3�"*�-.5� �& %$!�� /)"���+-$+!& ,��/&+&!�"�+�I2&3)���,&3���#&+"� 2��)&3�,$ �,"�$ ��M)&3�"*�D) ,"�$ ���/3$*!� "�4MD�5� ��������$%)3&+�D) ,"�$ ���/3$*!� "�4�D�5� �����&"+�1���&�+&!� �+�&"�'���+$(3�!��$3'� ���#�,83��"���,# �,$ $!�,�+&"� ��,#&+"� �������'&3)&"�$ �,#&+"� ""+�()"�� 3��"� �� 4$+� &""+�()"��

!$%�-*� �5��+$-�3��,$ ���"� ,�� �%�&"$$ ���3)�/+� "��&+&!�"�+�/+$-�3��!&"+�1� �*�"�!&"�,�%$)("� ������+&(�3�"*�-) ,"�$ �$/"�!��&"�$ � �� %�!&/����'��63��"�D&�3)+��!$%��& %�!&� "&� &(�3�"*�& &3*�����

�$+/#$3$��,&3�,#&+"�4$+�!$+/#$3$��,&3�!&"+�15�

D&�3)+��!$%��& %��--�,"�& &3*����4D��5�D&)3"��+��� &3*����4D�5�

�3&���-�,&"�$ ��,#�!&��4$+�,#&+&,"�+��"�,��,3&���-�,&"�$ 5�

�&:&+%�& %�$/�+&(�3�"*�4����5� �$ "+&%�,"�$ �"&(3��4����5����8�&�����!� "� ����� �,&"&3$�)���M)&3�"*��� ,#!&+8� ����/3$*!� "�4M��5� D) ,"�$ �& &3*�����#�,83��"��$ "+$3�,#&+"�

�&,86&+%���"�/��4$+�,$ '�+�� "�"#$)�#"5�

�&+��+&/#�� �(0�,"�'���"+����� ���+&/#��4$+�+) �,#&+"5� ��+-$+!& ,���/�,�-�,&"�$ ��,&""�+�%�&�+&!� C�G��&+�"$�%�&�+&!� �$")���3$��$!���,# �7)�����"$�+&!� �&33�+*��+$,����%�,���$ �/+$�+&!�,#&+"� ��3/#��2&3)��� �� ��+� �� D$+6&+%��"�/��4$+�%�'�+�� "�"#$)�#"5�

�"$+*($&+%� ���3)����� /$"� "�&3��� ,$ ,�+ ��� $'�+,$!��,$ ,�+ ��4����,5� �"#�+�R�

��

�C�

Appendix 2 �1,�+/"��$-�"#��� "�+'��6���1/3&� � ��6#*�!�"#$%��&+�� $"�)��%�!$+��$-"� J��B-���1���"������"�������#��+��8 ����"�����������"� "�5�.��#��+��8� ���"�������� �������������#"��8������� �"��D#������8����� �� �������� �����������"� "��B������ ������� ���� �8������������� ������� ����"��8�����C5���� �8������� ��"�����"���� �8��8����� ������������� ��"�����"����������8����� ��"���������� ������8����� �������#��+"+���� �����8�"��������8� �� "�� � �8�� �" � � ����� "��� "##��#�"��� ����� 8�" � ��"�� ���� �����8�� +��"� �� ��� ����8�������������"�+����"�������CF B%��������������� 7�-�E� �� #�1�����"���������������" �+���"�� �������������� )'���"� ��"��-�" 1����8�B:"�������#"���#"����� ��������������#�� �������8���� �"�� ���;C�"����� "����"��B<���������"�����������"�������+���"����������"����� �� �+" ������� �C�� ��-� "��B/�����������G��"������������ ���������"���;C��B<������8"����8""��8��� ����� ��������"#� �����"�� "� ���"�������"�������D������"����"�����"�� C5�%����"��-��"�������������"�� �#��+"+��555��� ���"�� �����������G � ���"�����CF 5�B<����G��� ��8����� ��"� �����������"�5�<��� �����8����"�������+���������� ���������������8����� �"����8"���������G��� �����8�"����� ���������� ���"�����F ������������D���� �"�����"�� C�B-G�����������"��"�������8����� ������ �����������"�����#����#��#�����"���" �+�����"������+�����������������+��������CF �B<������ �8�������������������� C�B/��"� ��#��#���"��� ���� ���"���5�<�����1��1�����"��"� �����"���G ������������8#��8������8����� C�BH���"���"�������+��"��"�����8����� �+��"� �� �8��8� �������"�CF �B,����� �"�����������5�H���"��������������8"1��"�I��1���� �5�-�������"�����������"����8�"�� �����"���� �I���� F �-���G��1��5�-���1�����" ����+���"������"+������������ ��8����� 5�<���"������"���"�1����������"�8� #����5� J��� �8�� ����� 8#���"�� ��� �� ���� �"��� ��� 8"1�� �� � ����� ���"�� ��"�F � �������� �"����"��-�8�"����� � ��"������+������8�����+��"� ���G � ��+��8��������5�/��������� �"����������� � ���"��-���G����1������"������� ��"�8�������������85�-����� ����+�������������� ��"��"�����8"�+��E� ���"1�� �8��8�����8���+��������� ��8������"���� �������8������������" "��� ���������"���"�8���������E� �F �J����D"8#���������#��E����-G8����1���E� �����-���1����E� ���"�����������������8#���"����� � �����"1���+��������� �� F ������ G��8"����CF �B<��������������� ������8�����������������"�������+���8���������"������������8�����5������"���������1��������� ����������"������1�������8�������"������� "��������" ����������������� ���"������� ������������8�����5��� ��"##��������8���������"����������1���"������8������"�� "��K��������"�"�G�����" ����� �����+��"� �������� �����" �������+������" G����"�������� �����������8�������" ����������" ���"��-�� �������8�����������������"�������1��F ���������-�����������"���" G��� �����������-��" G����1��������� ����"�������1�����8����� ����� �5C�B-��"������+�����"������� ��8����� CF �B-��"��G���������������8����� ��-��"��G������+���"�"�����-��"����������������8����� CF �B-���1��8�� �����8"���" ���������� ��8����� 5�%��8"�+���� ����� �" �������8"�+��������G���"���"���������� "���#��#������� ��"�#"��� ����8#"� ��""�� CF �B-��������+����"�� �8������� G���"����D#��������������8��������������G���"���"�������1��������"+�������"��������"�� ��������"+���������"�;CF �B-���1�����8"��#��#��� ��1� ����� ��G�� ���� 8����� �� ����� ��1� ����� �"��� 1�������� ��� 8"1�� ���� ��� � �"����CF �B<������ ������8"1��"���� ���G ���F �� �"���� �8�����" �"���������D#������"����� ������ ������������ ��� ���� ������"�����"����"��8���������� ��+��"� ���� ����"��"� ���"���������� �"�1��� �8���� �8�����D#�������"�� �8���� ��� �� ���������"G��������"��+"�"���I����"���"�5�%���� ������#�� ����#����CF ��

��

�N�

B-��������+��������������" �"���8#�����#����"88�������5�=�������-��"���8"�����8�����"�#"��� ����8#"� ��8"��D5�-�G �"�+���D����8"��DCF �B<���"��� ��8"���������� ����"���"�� ������1����"�����"��#��#���"��������������"�����"���#����� ����� 5�-���"��"1����"� 5�%�����G ����+��������"����������"��������"���� ������� 8#�����G��� ���5������"���"���I�"���������� �"���������8�������"�������#������8��"�8� �� ��"�������"������ �� � ��8 ���"���������"��������"�C�B-���1���"�����"������������ ��8����� �"+� ����8����� � ����� "���+����G �"� ����#���� CF �B-���1�����"8����������1���"��8����� �+��� �����8"��"����5�-�� �"�8"���������8���"�������"����1���"��8"�+�CF �B%��"� ������#��� ��"������"8+�����"���" �+��������� ��8����� �"��������������8"���CF �B,� ��8����� �"��������������������������8#��"���CF �B-���1����"��"� ��"���8�������������"�� �� �����������������"��� "##�"� �������D����"�5�%������8�8����� ��D���8"CF �B-���1���"��3J4�������+����������� �8���" � 5�������"�������"�8����� ���"���#"�����"��"##��"�� �"���I��������5�,"�+����"�� �"��"�1����"�������G���"�����"������+�D����1���������� �������"��C�B������"������������8����� � ������"�����������8����� ���� ���� C�B������" �� ���"����������"������������ �������8#��"��������"���������8+�� �"�������G��1��� ��"�G � ��8�� ���� "��"�� �F � -� ��1� �� � "� ����� ��" �� ���� ��� ��� ��� �� 8������8#��"���CF �BH�����G������ �"�����������"8���#�������� ���� ��� C�B9��8"����-���G��� ��"����" �����"���8������+��"� �������D#������-��"��� ������������"�����1��������������"� �##������1���"���"���������"����5�/�����"��"� ��"1��"���������8���"��-���1������� �� ������8���� �����"����������� �##�������"�� ���������+" ��I�� �� ����"����#����� � ��8�����������"����#����� � ��8� �#� +������������#�"�" ����"���8�� ������������"��5�%��-���1������8�� � �������8#���"�5�-��������G���"���"���8�� ���������� �������������"�����"���"�������������D"8#���+�" ���8������ �8�����������8����� �������������"����"�����������+�����8"��������"���"��8���"����"���8���������������K��L� ����� �������"��������� ��#������#��"��" ��"��"�����������"� ����� �������"���#�������������G5�����G �8� ����"�I�� ��������"�� �#� +������#�������"������ �##���5�H����"���"� �##����������"G�����"�����"+������"�������#������� ��������#"�� �8� ��+��"+������#���������"�" ����"���8�� �������������"��5���"�� �����1��������5����-�1����� � �"�������+���������� "���+����������"�������"�����������1����"���������"���"���"���"���"������"�������������"�����"�� ����������"���������� ��8������������� �##�����+�������8"�#��+��8� ���"�� �#� +����������� �##�������#�����������������8�� �������CF �B9���-���G����1� �5�9���"��8������������"���"��������#8���"��������#��E���5�/���-���1���"����������"���"� �������������������"������F ���� ��8����� �����������"��F �<���������"���������#����1����"��"����8�5�<�"��-��"� �����-����1�+"�1�"�� ��������"�������"�����"��������������"� �"������������"� �"������������"� �"�����������"� �"���-���15�/��������G���"���"�������"8�������������"���E� �����������"� �������1����CF �B-���1��� �"�������+������8����"�"��8�CF �B����8"�#��+��8�-���1� ���"�������"���"�#��������������"��"+������"�������"������#������5�%��"� �8����� ��" �-����� �"����� �#� +������8"#��"�����������8"�"����������� �"���� �� ��������������#��#��5������ ������"��"� �����#�������"��8��#�����������"��5�-���1� �CF �BJ� �����������8�����"����"����� �������"�G ����#� +�����������8������ ����8����� ��"���8���" ����������8������-�1��� ���"����#�����8"��DC�B-���1�������������"����8�������������"������������������������"�����"������#��#"����������"�����8�����5����-���1�����8������8� ��+���� ����8����+��������������5�,"�+������� ������8�������" ����+���������"���������8"�+���G ����������"�5�-���G��1��5�/���-���1����"������#��#"��������������"����������8�����C�B$��#��� ��"�� ��� ���� 8����� � ���� ���� �� �� �8�� �"� ��� ���8� �"��� �����"�� ����� ����� "��� �������8#��"����8"�+���"���� ��8 ��1��"�����������1�"�� ���5�/�����������"���"������"������8�������"��������"������ �����8������������8������"���"����5���������G �"����� ���������#��#������ ���� ����� +������ ����� �"� ��� ���� �"���� ��� -�CF � � B-� ��1� #��#��� ������ �"��� �8�� 1�� ���

��

�>�

���� �"���"�� �8��1��������� �"���"�� �8��1���������"���������� 8#�� ���������8����� 5�H� �� ����+" ��1��������� ��������"�#"���#"�����������15�.����� �������"�������D#�"�����8������+�����������"�"���"���� �"������1�5�-��"��"� ��"1� ������8�5CF �B�����G �"��������#��#��������"����������� "8���������������"� ��"���������G���"�������"�����"�5CF �BH����"����1�"�����������#��#���������������"���"�������1���#��"�� �����1��#�������� �"�� �� �5� /��� ���� ���� #��#��� "��� I���� ����� ����� ��� ��� �"�� ��� ��"��� "����5CF � B%��������"�����8"��#��#��������8""��8�����"8 �"�������#��#���� ���������G�� �������+���� ������ 5���"�G �8���#�5C�B-���G��1�������8����� �"������8���������� ��5�-����������#���������8�����C�B<����-��"��G�� ��������8����������8����� ���"�������� ���"��"���"���"���� ��5�������"���"���1������"�"� ������ �5�.�������� �8�+������8� �����"����8�������"�����"������������"� ����"���� ����8���������������8������� �����"���� ��+�����5C�B.�� ��8#"�� ��"�� �" � +��� ���� ���� ���� "� ����"� 8�����5� ���� ��� ��1� ��� ������ +�� ���� ������������ "8��8�������+�������� G�� ��8�������1�+��"� ���G ���������������������8"�+�������G��� ������8����������������"��������" ����������+� � 5C�B,"������� ��� �� � �+��"� �������G���"���"��8��������"����������� � C�B%����"���������"��"�����������"���� ��+���#���� �����"����'''���������#���� � ��� ��+���+������"��������"�������1����"���"�5�%��������" ��+������ ���"����� ��#���� � �"���8"����#�������" �8#�����"�������������������D"������������� ���"������"��������15�%���� �"�#���� ���"���" ������������������ ���������������� �"������������"���� ��#���� �"�� ���5�-�G �"� �"��"����#���� �� "�8"�"���#��������"����+��"� ������������������1�������� ���� 5�<��"��"� ����1���������������#8�����#"��8�� 5�.����� ��8�� �"�������������������#8����������#��E��� ����#�������5�%��#�������� �"�#������ �"+�������5���������1������ "8���"�5���"�G ����������"��#��+��85�������"��#��+��8� ����������8"����������#��E��� �"��#����"88� ���"�����"������1�������"�������"����"��������������1��8����� 5�%������"����������1��8����� �"���������� 8#�����G���������������������I�����5���"�G ���������"����� ��+���#���� � �"���� ��+���8����� ���"�����"��������"����� ��+��"� ������"������"�"#�������"������������#���� � �"��#��E��� ���� "�������"������5CF �B-�� ���� "� �"�1����8����� � +����"�1� ���1�����������8����� CF �B������"������������� ��+���#���� � ���"��"���� "+��C�B-�G �"������I�� ��5�-���1��G �8������"��������" ���"�������1����������� ��� ��������8"���8���������������� ;��� � ������"������ ��������"������"��������������"��� �8���"� ������"��������"����"�����"��� ����E� ������������"������8#����5�-������� "�������� ������������� ��������"����"� ��������#"#���"��������������"������8������ ������+�������#�8"�������� 5�-���1���"������������"���8#�"��������������8#�"��-���1���"����� ����"������������"�����"��������������8"�����"�1�+������"���������������"�15C�B<���"���"���"������ ��"���"������"���"�����"����5����8"���8� ����"���������� ������� �8"���������"���5�����8������ �"����8"� "������ �8�����"���"���������C�E��$/3��%$� $"�#&'��!),#�"�!��"$�3�&+ � �6�6&*��$-�"#� 8� �.�� �"#��+�6$+8�"#�*�&+���$��"+����%.��$!��/�$/3��!&*�#&'��%�--�,)3"����"$�) %�+�"& %�&� �6�!�"#$%.�B�33��"$�,#& ���*$)+� 6&*� $-� "#� 8� �� ��� &� #&+%� 6$+8.� ��$/3�� &+�� &36&*�� &� (�"� 3&:*FS � E�-� *$)� #&'���$!�"#� �� "#&"�6$+8��7)�"��6�33�� �"� "&8���&�3$"� "$�,$ '� ,�� "#&"� �)%%� 3*�*$)��#$)3%��$�%$6 � "$� :�+$� "$� "#� � &-"�+6&+%�� �$� "$� &� #��#�+� 3�'�3.� �"� ��� &� +��8� *$)� "&8�� & %� "#���� '��"!� "�� �"�!��*$)�6& "�"$�(���)+��"#&"��"?��(�""�+�-)")+��&-"�+6&+%�F.� �����

Paper E

Enhanced Engineering Design Practice Using Knowledge Enabled Engineering with Simulation Methods

In the proceedings of Design 2004 Conference, 18-20 of May 2004, Dubrovnik, Croatia.

1

INTERNATIONAL DESIGN CONFERENCE - DESIGN 2004

Dubrovnik, May 18 - 21, 2004.

ENHANCED ENGINEERING DESIGN PRACTICE USING KNOWLEDGE ENABLED ENGINEERING WITH SIMULATION METHODS

N. Bylund1,3, O. Isaksson2, V. Kalhori3 and T. Larsson3

1Volvo Car Corporation: [email protected] 2Volvo Aero Corporation: [email protected] 3Luleå University of Technology: [email protected], [email protected] Engineering design, knowledge enabled engineering, simulation

1. Introduction The objective of this paper is to discuss how Knowledge Enabled Engineering, when combined with simulation methods is a development step for product development processes, engineering design methods and evaluation support systems. The paper opens the discussion on how these approaches, i.e. work methods, simulation support and Knowledge Enabled Engineering (KEE) methods affects best practice in engineering design (ED) by adding synthesis support to the already existing analysis support. In the presented work the authors discuss the actual state of industrial applications, with challenges and opportunities, at Volvo Car Corporation, automotive manufacturer, and Volvo Aero Corporation, jet engine component manufacturer, both operating in Sweden.

1.1 Engineering Design The company specific product development (PD) process is the process beginning with the perception of a market opportunity and leading to the delivery of the product. The generic view of the mechanical engineering part of the PD process is the engineering design (ED) process, a decision-making process [Hazelrigg 1997] that transforms needs and requirements into verified solutions. Most frequently, limitations in lead time and cost restricts the time available for engineering work. Two areas of technology that are used to enhance engineering work are highlighted here. One area is Knowledge Enabled Engineering, which represents a methodology used to capture and reuse this knowledge in computer aided design systems. The other area is computer simulations where knowledge of properties and behaviour of forthcoming products may be predicted. KEE includes the more traditional term KBE and similar knowledge rich strategies. Knowledge Based Engineering was developed during the 80’s, and gained some industrial acceptance primarily during the 90’s within several organisations. One definition of KBE is: “The use of advanced software techniques to reduce lead-time to capture and re-use product and process knowledge in an integrated way” [Stokes 2001]

2

The main objective is to reduce lead-time by capturing product and process knowledge with a product model [Andreasen and Hein 1987] as the core of the system. The key concepts are that the logics of the design object (artefact) and the actual design process is described in a way that allows generation of design solutions (i.e. geometries and more). A KEE system is needed which provides a language for defining an engineering design process and a user interface that allows the activation of the design process definition and the subsequent creation of a design [Rosenfeld 1995]. Using KEE, the advantages are quite appealing; lead time for standard work activities can be dramatically decreased in combination with an increased and controllable quality. Standard solutions can be generated, evaluated and reported repeatedly at a low cost for every iteration. Engineers can concentrate on the more intellectual parts of engineering work rather than spending time doing routine work. In this way, the design team can afford to investigate more design alternatives on a more detailed and controlled level than what is possible using interactive approaches. Simulation technologies are extensively used as an integral part in the design process to increase the number of iterative synthesis-analysis loops and to decrease the total lead-time. Virtual prototyping has proven to give insight and good support in both product development and choice of process parameters. It is less expensive than testing, at the same time mistakes are cheap and can be discovered and addressed earlier. Research in computational engineering has traditionally been focused on efficient numerical solution strategies and more accurate models. The user-friendliness has improved mostly due to effort from software providers this have made simulation tools more available for designers. Anyhow especially the pre-processing in traditional simulation software is time-consuming and demands deep insights in boundary conditions and material modelling, making simulation difficult to use continuously to drive early decision-making processes.

2. Methods The systems used as examples in this paper are made in close collaboration between researchers from Luleå University of Technology (LTU) and Volvo Aero Corporation (VAC) and Volvo Car Corporation (VCC). The results of this research are now in use in systems used in the product development process at both companies.

3. Combining KEE and simulation for the benefit of Engineering Design Combining KEE methods and simulation technologies can improve the design evaluation process. Positive effects are the possibility of early standard analysis of design concepts; shorter analysis cycles (i.e. creating the possibility for optimisation and more iteration) and the fact that experienced simulation experts can spend less time on routine tasks that are done by the KEE system users instead. Efforts in combining Finite Element Methods with KEE has been made by [Pinfold & Chapman 2001, Isaksson 2003] where Pinfold et al. propose a rule base method concerning the creation of first geometry of the vehicle structure and then from this a simplified model for mesh generation and then finally the generation of the FE mesh itself. Isaksson proposes a similar approach and emphasises the opportunity given to study a wider set of design variations than what is traditionally possible using most parametric strategies.

3.1 Examples from auto industry and aero engine industry Two industrial examples are presented. First it is presented how simulation technology can be organised and tailored to contribute to the engineering design work, and in the second it is presented an example where KEE integrates Finite Element techniques to evaluate the rules.

3.1.1 Simulation support for car design

Combining simulation of mechanical properties with Rule Based techniques has been made for car body design at VCC, with the software DAMIDA and ADRIAN, see Figure 1. The effort to develop

3

simulation tools was earlier concentrated only to the later simulation phases where very high accuracy is the ultimate goal. Some years ago it was realised that considerable gain could be made if the simulation with reasonable accuracy of common assemblies in the car body, such as beams and joints could be made faster and during the actual design activity. The geometrical design at VCC is made by design engineers striving for a design that fulfils numerous, and often, contradictory requirements, such as low weight, high strength and stiffness, joining possibilities, corrosion resistance, and commonality with similar vehicles etcetera. The mechanical requirements are often of similar nature between different cars even though numerical values vary. This makes it possible to reuse the boundary conditions and analysis type from project to project. By standardising the analysis procedures for some often recurrent assemblies, analysis can be made fast and with reasonable accuracy by design engineers without deep experience of engineering analysis. The goal of the software have been their user friendliness and that they should be safe to use, the standard user in this case do not alter the software, but more experienced users can run advanced modes where more user interaction is allowed.

Figure 1. DAMIDA and ADRIAN implementation at VCC.

This software consists of a main program with scripts that starts and manages commercial software already used within the company. In this way licence costs are minimised. Furthermore by using the software already in standard use, it is easier to gain acceptance and confidence within the company. The software used in DAMIDA and ADRIAN are seen in Figure 1. CATIA is the CAD software used at VCC, meshing is done internally in DAMIDA in the beam case and in the commercial ANSA software in the case of ADRIAN for joints. The non-linear analysis for beams the beams in DAMIDA is done with Radioss, a FEM program for explicit analysis. The linear analysis for the joints in ADRIAN is done in Nastran, a FEM program for implicit linear analysis. The results are presented both on a webpage and for ADRIAN also in the post processor ANIMATOR.

4

Maintenance of the software is important because the commercial software used changes version regularly. ADRIAN and DAMIDA changes the way the development is being done, the effect of a design change can be seen within hours and days instead of weeks and months. Simulation can be made more in parallel because more people are able to simulate than before.

3.1.2 Simulation support for jet engine component design

Volvo Aero has a jet engine component specialisation strategy, which enables engineering design systems can be tailored to generate and evaluate conceptual product models in a repetitive manner and with a short lead time. The conceptual models need to be represented as 3D CAD models, including manufacturing and materials information and evaluation of the structural response require analysis using Finite Element Analysis. In a product development situation, the lead time and quality of preparing analysis models for numerical evaluation require a significant effort. Using KEE technology, the lead time for tedious analysis model generation can be nearly eliminated and thus allows more concepts to be studied. KEE supported by simulation technology thus allows more design iterations which contributes to an improved engineering design process.

Figure 2. FEA supported alternative design evaluations.

Using this system, a conceptual engineering design study for a jet engine component was conducted. The conducted design study required Finite Element simulation for evaluation and enabled concepts with significant configuration differences to be generated and evaluated [Isaksson, 2003], Figure 2. The lead time for each design iteration was reduced by at least 90%, taking iterations from weeks down to hours. One challenge for successful deployment of simulation supported KEE, in this case, lies in the technical contradiction of model generality and flexibility verses strict model quality and control of the associated simulation models. Another challenge resides in the fact that a significant part of

5

conceptual design now takes place as a design systems development effort rather than the actual product development work.

3.2 Challenges and opportunities

In the new work environment, as presented in the examples, challenges and opportunities appear.

First, there are technically oriented challenges. It is technically possible to already at an early stage of design define product models with a high level of detail due if making use of pre-existing know-how. It is still technically challenging to define generative models that capture the wider design space that automatically can be automated using simulation tools. This is due to that the simulation techniques impose additional modelling restraints on the design model. Examples of areas undergoing rapid technical development are Distribution and collaboration technologies Integration of design and simulation techniques Knowledge acquisition and maintenance support In these areas there are many up-coming vendor solutions but few standards and tool independent and neutral solutions. Secondly, there are methodological challenges. The main shift is that all logical product solutions and their combination must be defined upfront and coded into a computer application. This requires a systems development- and maintenance work which is traditionally separated from interactive engineering work. Often, the Knowledge models can be developed to be “good enough” for 80% of the expected work up-front of a project. Once entering the product development work an additional 20% of systems development/up-dating is needed due to additional situation dependent requirements. A challenge is to define and develop these engineering systems so that users still have the necessary control and not become “black boxes”. It is then crucial to have an efficient up-dating and re-design methodology, since such work tend to be carried out in a severely restrained time frame. There is a need to develop simulation models adapted to the actual stage of design and available information. By doing this the combined KEE and simulation environment will become a design support system rather than a design verification system. Third, there are cultural and social challenges. The new generation of engineering support systems increasingly integrates techniques, methods and experiences from disciplines that are normally represented among different users, such as CAD, PDM and Simulation users. Although it is a technical reality that the systems mergers, new roles and situations appear amongst the users. Challenges are found in that new roles are defined, such as “Knowledge Engineers”. More work is spent by users into actually defining the design systems compared to “simply” using a pre-existing tool from a vendor.

4. Conclusions Systems that combine synthesis and analysis continue to be developed and increasingly deployed. As the analysis phase can be supported by simulation, the entire design - evaluation loop can be supported allowing iterative design. The presented industrial applications show a direction going towards bridging simulation and Engineering Design and combining the result into design support systems applications, based on product models containing both process and product information. The challenges of introducing these systems can be seen on three different levels; Technically oriented challenges Methodological challenges

6

Cultural and social challenges The challenge of introducing simulation technology together with KEE in Engineering Design is rather on the methodological level than on the strict technical level. Best practice is yet to be seen, and a new way of work is the probable result of introducing simulation supported KEE in industry.

Acknowledgement The authors would like to acknowledge the financial support from VINNOVA via the Polhem Laboratory, and The Foundation for Strategic Research via the ProViking research programme. Volvo Car Corporation and Volvo Aero Corporation are also acknowledged for the access to company specific data.

References Andreasen, M.M. and Hein, L., "Integrated Product Development", Springer Verlag, 1987. Isaksson, O., “A generative modeling approach to engineering design”, International Conference on Engineering Design, ICED’03, Stockholm, August 19-21, 2003. Hazelrigg, G.A., ”On Irrationality in Engineering Design”, Journal of Mechanical Design, vol. 119, Transactions of the ASME, 1997, pp.194-196. Pinfold, M., Chapman, C., “The Application of KBE techniques to the FE model creation of an automotive body structure”, Computers in Industry. vol. 44, 2001, pp 1-10. Stokes, M., Ed. “Managing Engineering Knowledge – MOKA: Methodology for Knowledge Based Engineering Applications”, ASME Press, 2001. Rosenfeld, L.W., “Solid Modeling and Knowledge-Based Engineering” in “Handbook of Solid Modeling”, LaCourse, D.E. (Ed), McGraw Hill, 1995. Nicklas Bylund Volvo Car Corporation 93710 PV2A2 SE-405 31 Göteborg, Sweden Tel: +46 (0)31-325 4145, [email protected]

Paper F

Needs, development and implementation of software for simulation driven car body design.

1

Needs, development and implementation of software for simulation-driven car body design

Nicklas Bylund1,2

Lennart Karlsson2 1Volvo Car Corporation and 2Luleå University of Technology

Key words: Simulation based design by designers, car body, stiffness, crash, lead time, engineering design

Abstract Companies must perform their product development with increasing efficiency to keep up with shortening lead times and higher demands on product performance. By making the product development simulation-driven, the properties of the products can be checked faster and at lower cost. This paper presents and discusses the development, implementation and impact of simulation driven-design by designers. A product development process coupled to analysis software is presented. It is shown that developing and implementing analysis software accessible to the design engineer improves product performances. The proposed product development process has the potential to reduce lead time when implemented among a majority of the design engineers/ drafters. Compared to today's development process: design in the design department and analysis in the analysis department, simulation-driven design by designers that is checked by the analysis department, can revolutionize product development in terms of quality and lead time.

1. Introduction Simulation is widespread in industry as a means to reduce product development costs and lead time, and to learn more about the product without the need for much testing. However, the possibilities of systems that support simulation throughout the whole product development process have not been explored to the full extent. There is still room for improving the product development performance [King, Jones and Simner 2003] by striving towards a simulation-driven design instead of a simulation-verified design. Product development performance is becoming increasingly important [Anderson 94]. Production has been rationalised and the work spent on building a product (e.g. a car) has decreased [Womack, Jones and Roos 90]. Thus, product development rationalisation is a natural development. This paper evaluates the success of the increase in simulation support at Volvo Car Corporation, VCC, to improve product development performance. The whole chain, from identifying needs, proposing an alternative development process, development of simulation software, and its implementation and subsequent measurement of its impact is presented and discussed. The lead time when designing a new car is several years. The design of the car body is one of the processes that need the longest lead time. During the design process there are long loops of design and analysis. When analysis is done only at complete body level by expert analysts it takes a lot of time before the design engineer / drafter of the sub-system get the feedback on the performance of his particular design. It has been suggested that supporting preliminary analysis by the design engineers/drafters at sub-system level will make verification of solutions faster, leading to fewer slow and costly complete car body analyses [Bylund and Eriksson 02]. To permit the design engineers/drafters to make preliminary analysis, two methods with corresponding support tools have been developed: ADRIAN [Bylund 04] and DAMIDA, for analysis of car body joints and car body beams respectively. The objective of this paper is to describe the development of these tools and to measure the impact that these tools have had in the product development of car bodies at Volvo Car Corporation (VCC). The tools are tested in a pilot study that preliminarily measures the impact of the tools. Further implementation is ongoing and has been used to add more details to the impact measurement.

2

2. Method This paper originates from research done at the VCC automotive manufacturer during four years. The paper puts into context and elaborates on earlier publications, [Bylund and Eriksson 02, Bylund, Fredricson and Thompson 02, Bylund 03, Bylund 04]. The work presented has been done while Bylund was present continuously in the product development process at VCC; this has made it possible to regularly check the needs and impact of changing the use of simulation in the product development process [Blomberg et al 93]. Interviews and both planned and unplanned observations [Yin 94] have been used as a means to collect data throughout the study. Participatory design has been used to involve the stakeholders of the developed software [Blomberg et al 93]. The study takes place in the ongoing product development of real designs, i.e. the artefacts designed have been introduced in cars manufactured by the company and will be introduced in the company's future products. To measure the impact of introducing the methods supported by the software the notion of measurable criteria is introduced [Blessing 02]. A measurable criterion is one that can be measured in an unambiguous way. The success criterion or criteria is on a higher level and may not be directly measurable in a study limited in time. By building a logical chain of evidence between the measurable criteria and the success criteria, success or failure of a project can be measured. The success criteria in this study are better designs (better crashworthiness, better stiffness, lower weight, and lower cost) in shorter lead time. The network of influencing factors [Yin 94 and Blessing 02] can be seen in figure 1.

Shorter development lead time for car body development

Better designed car bodies

More alternative designs analyzed (at sub-system

Fewer loops of complete body analysis

Faster analysis (at sub-system level)

Design engineers/ drafters able to use analysis tools for sub-systems

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Figure 1. Network of influencing factors.

3

Plusses at both ends of a line indicate that more of a criterion has a positive effect on the criterion at the other end. Minus means a negative effect. In figure 1, the criteria are, from the bottom to the top: how many design engineers that are able to use the tools and how many that use them; the speed of analyses, both in absolute numbers and in relation to development without these tools; more solutions are analysed; fewer analysis loops are done at complete car body level; and finally the already mentioned success criteria. The results of the measurable criteria are presented further on in this paper. There are also criteria related to success that are not quantifiable but nevertheless important and closely linked to success or failure, such as the opinion and attitude of the users of introduced software [Eckert, Clarkson and Stacey 04]. There are also criteria that have been discovered during the study due to increased knowledge. To be able to compare the situation without and with a requirement breakdown and methods and tools for design engineers/drafters, the two situations are described in figure 2 and figure 3 respectively.

This figure (2) describes the development process without analysis software for the design engineers. The global mechanical requirements are not broken down. The design engineers/drafters generate the geometry of the components with CAD tools. At predetermined moments they release their components, i.e. they make their component(s) available to be assembled with the components designed by their fellow engineers into a complete car body. Finally the complete model is used as a basis for FE-analysis. If the car body does not fulfil the global requirements, some changes have to be made by the design engineers and the loop starts all over again. The time from release to the design engineers getting some feedback is about 4-6 weeks.

Assembled complete shell mode

FEM analysis of complete shell model, to check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

Requirements

designer

designer

Component design engineer

Figure 2. A traditional process for car body design with respect to mechanical properties. [Bylund and Eriksson 02]

4

Figure 3, describes product development when breaking down global mechanical requirements to sub-system level and providing design engineers/ drafters with simulation tools adapted to sub-system analysis. In this product development process each designer checks how their sub-system fulfils the local requirements before the release of their components and subsequent assembly and analysis at global level. The designers also make relative comparisons, i.e. analyse different solutions and compare their performance. If the analysis at sub-system level indicates that the prescribed local requirements can not be fulfilled this is brought up and rebalancing of requirements is done.

3. Simulation support in PD At an early stage in product development, feasibility studies are made. Their purpose is to see if the chosen strategy to solve the design problem and achieve the global requirements is possible. In the automotive industry old, altered, computer models as well as old, altered, real cars are used in order to make these feasibility studies. The reason for choosing an earlier model is that making a physical prototype from scratch would be very costly and imply a high risk at this early stage when little is known, and it would also take a much longer time than altering an existing vehicle. Traditionally the detail design of a car body from this stage on is made with CAD support; design engineers/drafters' meticulously design each component to a detail level showing the end shape within tenths of a millimetre. When all parts are designed they are assembled, the geometry is "cleaned" and subsequent meshing and analysis is done. The results from these analyses at global level are finally transmitted back to the design engineers/drafters. After the feasibility study, basic solution paths to global requirements already exist in order to benefit most in later phases from the early studies. Requirements should be broken down to adequate levels and support tools provided to the design engineers. This is however not done on a regular basis. To draw the most from the early feasibility studies and concept studies, a requirement's breakdown strategy with a corresponding simulation strategy that will seamlessly carry and refine the information is suggested [Bylund and Eriksson 02]. The global mechanical

Requirements

PBM

Single purpose simulation tools

designer designer

Component design engineer

Figure 3. Development using requirement breakdown and corresponding methods and tools. [Bylund and Eriksson 02]

Assembled complete shell model

FEM analysis of complete shell model, to check if requirements are fulfilled.

Ok Not ok, change design

If the requirement in the PBM can not be fulfilled, re-balancing is needed.

5

requirements on a car body such as weight, stiffness and crashworthiness have to be broken down into entities that match the sub-systems that the individual design engineer/ drafter designs: Beams and joints comprise the sub-systems for the breakdown process, see [Bylund, Fredricson and Thompson 02]. By using simulation, expensive and time consuming testing can be reduced. Building a car body prototype implies considerable cost, although special stamping tools exist for prototype stampings in small series. Computer aided simulation based on the finite element method (FEM) has been used to verify the performances of car bodies for quite some time now. By tradition, the simulation takes place in especially dedicated departments situated distantly from the design department; the distance reduces daily contact and information exchange [Larsson et al 03, Kiesler and Cummings 02]. A FE-simulation department takes care basically of three steps: Pre-processing i.e. transforming the CAD model to a computational model that can be sent to the analysis software; this procedure consists of cleaning the CAD-model of excess details, applying a FE-mesh to it and applying boundary conditions. Sending the computational model to an analysis server and waiting and checking the quality of the result. Post-process i.e. visualise the result as tables, coloured stress or strain images, or animations using post-processing softwares to treat the result files imported from the analysis software. The most time consuming stages are the cleaning and meshing of the CAD geometry, and time spent on assembling the hundreds of components designed by the numerous design engineers/drafters. Roughly, four to six weeks are spent from the time a design engineer/drafter releases the component drawing to the time the analysis is ready and post-processed. During this time the drawing work continues. Thus, when the results are available they may not reflect the current state of the design of the component. By inspecting the types of simulation that are often made as well as examining how CAD is being used, some possible routine simulations can be identified. In car body design beam sections are used as definitions of how the basic car body should look, and they govern to great extent the stiffness and crash performances of the complete car, see Figure 4. Furthermore, the main joints are defined early on with respect to the factory assembly sequence; they are of great importance to the overall stiffness of the car body, see Figure 4. Thus it would be of great value to develop software that is adapted to these two sub-systems, beams and joints [Bylund and Eriksson 02]. Simulations of these sub-systems can be made accessible to users with less experience of analysis, especially design engineers/ drafters, by automatising the laborious file transfer between analysis related software. In addition, by standardising the boundary conditions the analysis can be made safer, faster and more repeatable.

3.1 Traceability and late changes Strength of requirement breakdown to sub-systems/organs is that traceability between global and local requirements is created. This works both top - down and bottom - up. In the top – down case, changes in global requirements due to changes in the market can be broken down to local level and necessary design changes can be quickly anticipated by the designer using adapted analysis tools. In the bottom - up case, if for some reason a local requirement is shown not to be possible to fulfil by the design engineer using software developed for fast analysis of joint and beams, the effect of this can be traced back to the global requirements.

6

3.2 Development of simulation-support tools In a company developing advanced mechanical structures, such as an automotive company, several commercial analysis-related software exists, including pre-processors, analysis codes and post-processors, each adapted to specific simulation needs. As described earlier, there are analysis departments dedicated to convert the CAD models into analysis models and run them appropriately. For some tasks great skill and deep knowledge of how to adapt the software to the actual simulation situation is needed, in other cases the boundary conditions can be standardised and then it is merely a question of transferring files between different software in an appropriate way. The possibility to automate tasks depends on the design knowledge: the more design knowledge the more automation is possible, see [McMahon and Draper 02] for a discussion of this topic. Using analysis-related software already in use at the company as building blocks for in-house, easy-to-use simulation software, minimises license costs and furthermore increases trust in the results. Another benefit is the possibility to override the automatic steps for the user familiar with the ingoing software. Connecting commercial softwares can be done using API (Application Programming Interface) scripts that start the programs, run them in batch mode, and organise transfer of input and output files. For this to be possible the ingoing software must have an API and files must be compatible or at least possible to convert so the next program can read them. Fortunately many software have API's, and the files are in ASCII text so conversion is pretty straightforward, e.g. IGES.

3.3 Software developed at VCC: ADRIAN and DAMIDA To make the use of the FE analysis more accessible to the design engineer, the pre-processing, analysis and post-processing of the results in the case of analysing beams and joints has been standardised with DAMIDA and ADRIAN software, see Figure 5 and Figures 6-9 in Appendix. Both softwares use a master program to couple commercial software for automating the workflow used at the analysis department. The softwares have been developed with respect to different stakeholders. With the design engineer foremost, the main users have been involved regularly during the development, using principles of participatory design [Blomberg et al 93]. Design engineers that had shown an interest in developing their skills were chosen to participate in the project. Meetings have been held and demo versions have been used to trigger suggestions from the users. The future software maintenance department has also been involved to ensure that future maintenance can be made easier. The program structure can affect the long-term cost with more than 50% [Horowitz 93]. Carefully selected teams of masters' students have done the programming as a part of their masters' theses. This has made it

The B-pillar

The upper D-joint

The upper A-joint

Figure 4. Car body in white, (BIW) without floor pan and roof, for clarity, and with indication of the areas mentioned in the pilot study.

7

possible to produce the software at very reasonable cost. Listed below are all the teams, departments and disciplines involved in some way in the development of the software.

1. The development teams (MSc students, Bylund the industrial supervisor, and their academic supervisor.)

2. VCC intellectual property department. 3. VCC Advanced Engineering. 4. VCC Internal IT-department. 5. Volvo IT, ltd. 6. VCC design engineers. 7. VCC concept engineers. 8. VCC analysis engineers.

3.3.1 DAMIDA for beam analysis A car body consists of numerous sheet metal parts that are welded together to form an integrated structure consisting of beams, joints and panels, see figure 4. Schematically the beams can be divided into two categories, the ones that should deform in a controlled manner in the case of a crash situation, and the ones that should act as backup and hence not deform. The beams that should deform in a controlled manner are the ones in the crash zones of the car, i.e. front, rear and side. The ability of the crash zones to deform in a controllable way decides how severe the deceleration and how deformed the car body will be. To obtain a safe car body, the deceleration should not be too high, and neither should the intrusion be too great in the passenger area. These are global requirements: deceleration curves and intrusions at different locations that can be broken down to requirements at beam level. There are three principal types of load that a car body beam needs to withstand. Torsional load, axial load and bending load. Because closed sections are used the torsional load is seldom an issue in the case of car body design. The axial load on the other hand can be very high in the event of a crash and the deformation can be of three kinds: elastic, global buckling, or Euler buckling, and local buckling. Elastic axial deformation occurs if the beam section is big enough, the metal is thick enough (or homogenous), and the beam is short; the backup structure should ideally have this behaviour. Euler buckling occurs when the beam is slender, i.e. the length of the beam is considerable in comparison to the size of the section. The strength in a structure after Euler buckling has started is only a fraction of the initial strength, leading most often to large deformations far from where the load is applied. This is not desirable behaviour and if it occurs in the backup structure the result may be fatal. If it occurs in the crash zone the force level in the beam with respect to deformation will be low, hence the energy absorption of the crash structure will be low leading to a bad deceleration profile. Because the beams in modern car bodies are seldom very slender, Euler buckling is not likely to occur but its severity makes it a danger that has to be checked. The third form of deformation, local buckling, occurs when the beam is not slender and when the wall thickness of the beam is thin compared with the overall size of the beam section. Local axial buckling is the axial deformation type that has the potential to absorb most energy. If designed in an appropriate manner, deformation will start where the load is applied and the resisting force will quickly build up and stay at a relatively stable level as the beam is being successively compressed. For the two first type of deformation, elastic axial and global buckling formulas exist in various manuals. Local axial buckling on the other hand is not as straightforward to predict; there are formulas [Rhodes 91] but they are difficult to apply because the shape of the section and the strength of the metal greatly influence the crash behaviour. These formulas are the outcome of a mix of experiments and analysis and their validity and generalisation is restricted. For bending loads the picture is somewhat similar, there is a domain where there is a linear relation between stiffness of the section, the load and the deformation. There are explicit formulas for calculating the stiffness of many different section shapes, for complex shapes the analysis is cumbersome with hand calculation. With increased loads

8

the beam will deform plastically where the bending moment has its maximum, as in the axial case there exists formulas [Rhodes 91] but these are limited to a restricted number of sectional shapes and are difficult to use. To be able to analyse any type of beam in both local axial buckling and plastic bending, the FE method is more general. To analyse local buckling and plastic bending, explicit non-linear FE analysis is used [Bathe 96 a]. As described earlier, the analysis department uses the FE method extensively to analyse the behaviour of the complete car body. To conveniently analysing beams DAMIDA has been developed. As described in section 3 the FE-method implies the use of several softwares to pre-process, analyse and post-process the results. DAMIDA has been developed to automate cumbersome file transfers, providing default values for analysis parameters such as element size and time step, and providing guidance for boundary conditions, see sections 3.2 and 3.3. DAMIDA furthermore provides the results in a standardised format, see Figures 6 and 7, in Appendix.

3.2.2. ADRIAN for joint analysis The different beams in a car body are connected in joints, see Figure 4. The joints in a steel car body are not isolated components but are made up from the same sheet metal components as the beams. The stiffness of the joints affects the stiffness of the complete car body to a large extent [Lubkin 74]. The global car body stiffness impacts the NVH (Noise, Vibration and Harshness) of the car. Low stiffness means that relative movements between the car body and the interior panels and even doors and hatches become important, as these movements cause noise and make the car feel less solid. In an estate wagon this phenomenon can be especially noticeable. Hence, the large, boxy luggage compartment of such a car needs great attention to become stiff enough not to cause noise exceeding that in a sedan car. The global requirements for designing a stiff car body are global torsional- and global bending-stiffness and their distribution through the length of the car. The global stiffness can be broken down to stiffness requirements for the individual joints. The principal loads that a joint in a car body is submitted to are torsional and bending in different directions. The deformations that are caused by the bending and torsion of a car body are small and within the elastic domain. Due to the complex shape of a car joint there are no formulas to calculate the stiffness. With the FE method the stiffness for a joint of complex shape can be analysed using static condensation [Bathe 96 b]: not even explicit boundary conditions have to be defined. A complementing dynamic method to visualise the stiffness properties of the joint has been developed, which is described in [Bylund 03] see also [Whyatt Becker et al 99]. The software ADRIAN includes both static condensation and the dynamic joint method and permits the presentation of the results in a standard format, see Figures 8 and 9, in Appendix.

9

4.1. Getting fast ROI using small projects Analysis software for design engineers/ drafters with a considerable impact can be produced at limited cost and within a short time. In fact many of the successful software projects of this kind are those that have been done in less than six months [Chapman and Pinfold 01]. The development of the two softwares has been done on a tight budget; this has made the return on investment fast and thus the support for implementation easier [Bylund, Grante and Lopez-Mesa 03].

DAMIDA for BEAMS

Detailed shell model in CATIA

Designer put joint into ADRIAN

Meshing and extrusion in DAMIDA

Detailed shell model in CATIA

Analysis in RADIOSS

Results on HTML-page and in ANIMATOR

Meshing in ANSA

��������

Analysis in NASTRAN

Results on HTML-page and in ANIMATOR

Flow scheme of Easy-to-use analysis tools

M A N U A L

A U T O M A T I C

Designer put section into DAMIDA

ADRIAN for JOINTS

Compare results with local target values from PBM or check relative change in performances alternative designs.

Figure 5. Schematic flow scheme for DAMIDA and ADRIAN

10

4.2. Maintenance and ownership of simulation-support tools Developing simulation-support tools adapted to a company's specific needs implies that there is a coupling between the tool and the know-how of the company. The software will thus be of strategic importance to the company, therefore questions regarding intellectual property have to be made clear from the beginning. Although software development may not be the core business of the company, the strategic nature of a software may imply that it should be made and kept in-house. Sharing the software with other companies can lead to an unfavourable sharing of business advantages.

4.2.1 Maintenance Software needs maintenance, and software made by using scripts to interconnect commercial software already in use at a company is sensitive to version changes. This means, for example, that if the software that meshes (ANSA at VCC) changes version, the scripts within the developed software may have to be changed in order for the program to continue working. It has to be clear who is responsible for making these changes so that the software is always working. During the development phase it has to be assured that parts in the software that will probably need changes will be easily accessible. Such issues should be discussed with the maintenance department. In short, the software has to be serviceable as with any product.

5. Implementation of simulation support Implementation is done stepwise, for a number of reasons. The software needs to be tested on a restricted number of users so that possible bugs are found early on. If a broad introduction is made immediately and numerous bugs come up, the software may get a bad reputation that is hard to be get rid of even when the program is fixed. Furthermore, the impact on the product development process must be checked. Eventual risks associated with the introduction are less if introduction is made in steps. Also, as in this case, when a limited number of licences and limited computational resources are used, as in the analysis department, implementation must be made carefully not to disturb the overall analysis capabilities of the company. Finally, the teaching resources can be a limiting factor. Respecting the need for stepwise implementation, a pilot study has been made, and further implementation has been done and is currently ongoing.

5.1 The pilot study ADRIAN and DAMIDA are mainly intended for use by design engineers with limited analysis experience. The pilot study was introduced by involving some of the design engineers that had previously been participating during the development of the software. Hand-outs with instructions were also provided. Support was handled informally by the development team and others knowledgeable with the ongoing software.

5.1.1 Examples from the pilot study of the use of ADRIAN and DAMIDA in the PD process The first three examples come from the pilot study, in which five design engineers at the car body department were informed and trained in using the tools. All five work with component design, using the CATIA V4 CAD tool. Their expertise is in designing components to fulfil the complex set of various balanced non-mechanical requirements such as manufacturability (stamping, factory sequence, and weld accessibility), corrosion protection, liquid escape and interaction with interior panels. This has to be done at an acceptable cost, as well as fulfilling numerous mechanical requirements such as stiffness, crash performance and life length. The fulfilment of the above mentioned non-mechanical requirements is judged in collaboration with experts of the various areas in so-called area meetings. To check the fulfilment of the mechanical requirements the analysis department has to be involved, see figure 2. The idea of the pilot study is to provide the design

11

engineers with the easy-to-use simulation tools presented, and see if a design process of the type in figure 3 can be established, so that preliminary analysis can be done directly by the design engineers. The first example was designed as a test of the ADRIAN software at the outset of the pilot study. A relative analysis of the difference between using a cover plate where the roof header beam goes into the upper a-joint, see figure 4, or leaving the section open was chosen to test whether ADRIAN was user-friendly and worked in a correct manner. The first design alternative, cutting the joint out of the BIW model, modelling the weld spots and assigning the sheet thickness, took one and a half hours. To create the design alternative by taking away the cover plate and changing some spot welds took another half an hour. On both occasions the analysis in ADRIAN took less than ten minutes. So the total time for modelling and analysing the two alternatives was less than three hours. It should be pointed out that this was a real case without any simplifications: taken directly from one of the Body in White (BIW) in development at VCC. The results showed that the two design alternatives for the upper a-joint had a stiffness difference of 50 % in the most important direction of interest. The design engineer said that the HTML page was a great means of communicating the analysis results within the company; see Figure 9, in Appendix. In addition, the frequency animations were a great means of seeing weak areas of the design, e.g. where welds could be added to increase stiffness, see Figure 8, in Appendix. A considerable amount of time was saved in comparison to waiting for the results from complete body analysis. Another example comes from the design of an upper d-joint, figure 4. This example was revealed when interviewing one of the participants in the pilot study. The design engineer used ADRIAN as a means to analyse the stiffness of the d-joint. The design, that due to secrecy reasons can not be revealed, did not provide enough stiffness. One of the legs of the joint was twisting due to low torsional stiffness, meaning that the overall torsional stiffness of the rear of the car body would also be at stake. By using the functionality to animate the eigenmodes in ADRIAN the design engineer could see how excessive movement took place around one of the spot welds, leading to both risk of fatigue and low stiffness. With this in mind the design engineer added one more spot weld in a strategic location and the torsional stiffness of the joint improved by 50%. Excessive movement around one single spot weld was also avoided. Later testing indeed showed that the first design was leading to fatigue cracks around the overloaded spot weld. The cost of slightly redesigning part of the joint to be able to put in one more spot weld is much less costly than the alternatives, which would have been either adding glue, laser welding, or adding a reinforcement panel. Adding a reinforcement panel would also increase weight, especially, which a spot weld does not. The design engineer said that the fact of having analysis results in an easy-to-understand format, see Figure 7, in Appendix, was a major advantage when explaining his alternative solution to stakeholders from stamping and assembly. The generation of the alternative design took a few days and the preparation for analysis and subsequent analysis, as in the first example, took only a few hours. A third example regarding DAMIDA comes from interviewing one of the most frequent users. The design engineer works with the b-pillar as a sub-system: this is the pillar between the front door and the rear door in a four-door car, see Figure 4. The b-pillar is of outmost importance when it comes to side impact crashworthiness. The section size and shape of the pillar varies with the height so that its deformation in case of a crash follows a pre-determined pattern, minimising injuries to the passengers. In the traditional development process, see figure 2, all the crash analysis is made at the analysis department. In the development process in Figure 3, the design engineer himself makes preliminary analysis of his design then "lending" the design to the analysis department for an analysis at complete vehicle level. In this example, the design engineer in fact received requests from the analysis department to make analyses of b-pillar sections. The analysis department is often over-loaded with work and in this way they could transfer some of their work load back to the design department. This remarkable situation proves that great trust is put in the DAMIDA

12

software, even by experienced analysts from the analysis department. Furthermore, this has created improved contact and understanding between the design department and the analysis department. Some design engineers have also become increasingly interested in learning more about analysis in general.

5.1.2. Conclusions from the pilot study Without these easy-to-use simulation tools and the breaking down process to sub-system level, the impact of the cover plate and the relocation of the spot weld would not have been detected until analysis of the complete car body a lot of time would have been wasted. The time waiting for the analysis results could be used to refine the design instead, and to move forward to the design of other components. Analysing the sub-systems with general-purpose FEM programs instead of easy-to-use tools like ADRIAN and DAMIDA is possible but time-consuming. As seen in the third example, the analysis department voluntarily sent an analysis request to the design department. Thus it can be seen that by providing the design engineers with simulation software adapted to their needs for preliminary analysis, the analysis department can be relieved of some of the analysis. Hence, because the design has already undergone preliminary analysis during the design stage, the analysis department can use their resources and expertise for more complex analysis at complete vehicle level instead.

5.2. Implementation on a larger scale With the positive results from the pilot study, management supported a larger-scale implementation at the car body department. A side effect not realized at the outset of the development of these softwares, was the empowerment experienced by the drafters/designers. Designers can not only make a preliminary check that their design is fulfilling the requirements received from the breakdown process, but by making analyses themselves they can also iteratively improve the design and show that their ideas improve the part/s they are working on. The empowerment effect makes for greater interest among the design engineers in learning to use the software. Design engineers interested in learning the software were found and contacted through their department managers. The number of interested design engineers lead to several courses being run.

5.2.1. Course Development The goal of the course is to provide the users with basic knowledge in preparing the model for the program and basics in analysis with the FE-method. The basic knowledge in model building consists of how the CAD model should be made to fit the software, e.g. how spot welds and material should be defined, also what should be avoided such as extremely small surfaces, extremely short lines and sharp angles. The softwares are made so that the application of boundary conditions are restricted to a number of standard cases and default values exist for mesh size and other parameters. Basics FE principles are taught as what happens if the default values in the software, such as element size are changed. The courses are organized by one of the authors and held together with the design engineers from the pilot study. The idea is that the design engineers from the pilot study are experienced with the CAD environment and are most suitable in explaining how to adapt the CAD models to fit the analysis software.

5.2.2. User support One of the authors provides user support and acts as a contact between design department and the software maintenance department. Personal interest by one design engineer from the pilot study together with management support has made him responsible for user support concerning the use of the software.

13

5.3. Result from the introduction of simulation software for the designer on a larger scale in the alternative development process In the method part of this paper, the criteria for success of the implementation of the working method in figure 3 were shorter lead time and better solutions. These criteria have been broken down according to figure 1. The broken down criteria are easier to measure than the final success criteria and are linked logically to the success criteria and are marked with italics below. The criterion at the bottom, the number of design engineers that can use the software, is easy to measure; this number is currently increasing with each course held. The next criterion in the chain: faster analysis is as follows. Without using the breakdown strategy, see figure 2, approximate time between releases of component design until analysis results are received is about four to six weeks. If a design engineer insists on going to the analysis department to get his sub-system analyzed, it would take at least one week before he gets the results. With the tools presented in this paper, non-linear explicit FE analysis of the plastic performance of a beam section can be done in a few hours with DAMIDA. Cutting the section out from the vehicle model takes about fifteen minutes. Analyzing the stiffness of a joint in all directions and a visualization of the stiffness can be made with linear FE analysis in 10-15 minutes with ADRIAN. Preparing the CAD model of the joint for the analysis in ADRIAN takes approximately 1-2 hours. Furthermore, the results are presented in standard format pages; see Figure 7 and 9, in Appendix. The analyses are standardized, e.g. time step and mesh size, as well as the boundary conditions. The possibility of faster analysis has led to more design alternatives being tested for both beams and joints than before. Numerous alternative beam sections can be launched and run overnight, different alternative joint designs can be analyzed within a day. Without the software, the time delay between design and analysis makes it difficult to actively test various solutions. A better exploration of the solution space leads to better designs. By using the software in Product Development at VCC, weight has been reduced with maintained or increased stiffness and strength. The enhanced iteration has led to more material combinations in beam sections having been tested. Joints have been made stiffer without having to add more material. As seen in figure 1, the new development process with the described simulation software is supposed to lead to shorter lead time for car body development. Indications of this have been seen and are expected to increase as courses in the software are regularly held and the new development process comes into place. Considerable time could be saved if one analysis large loop could be eliminated due to better design in each small loop, see figure 3. An important qualitative success criterion is the perceived empowerment of the users; it creates a will for learning more and increases the successful use of the software.

6. Conclusion Driving product development with simulation instead of verifying designs a posteori can be made if the actual design engineer can perform more simulation himself without having to wait for the analysis department. A breakdown process adapted to the product that provides the design engineer with requirements corresponding to his design area increases product quality and has the potential to reduce lead time. This is achieved by providing software adapted to the breakdown process and the skills and needs of the design engineers. To shorten lead time the majority of the design engineers have to be taught and to use the software, and the breakdown process must be in place. These findings correlate with the findings in [King, Jones and Simner 03], that introducing basic CAE analysis has great impact on quality and lead time when tightly integrated in the development process. In this paper, it has been shown that by adapting analysis software to be used by the design engineer, the time between design and a standardized analysis result is reduced to hours instead of four to six weeks, as is normal in the traditional development process. The reduced time from design to analysis increases the number of iterations at sub-system level, leading to better solutions.

14

The lead time is likely to be affected considerably when more courses have been held and the majority of the design engineers use the software. The tight coupling between the development process, the product and the software make the software a strategic asset. The ownership must be clear, and in-house development can be the best alternative, though software development may not be a main activity of the company at all. The development of the two softwares in this paper has been done on a restricted budget within a stringent time frame; this has made the return on investment fast. By actively identifying stakeholders, from users to software maintenance engineers, and involving them in the development of software it becomes easy to use and at the same time professionally made and maintainable.

7. Future development The development of softwares for engineering design could aim at providing the possibility for: "Simulation Driven Design by Designers", the motto of the Polhem Laboratory, Luleå University of Technology. There are issues to solve, regarding both the simulation software and the role of the engineering designer.

7.1. Integration of process simulation in the design process In order to stay competitive in the market, the design of products has to be increasingly optimized. For example, having lower weight while yet being stronger and less expensive. Simulation has to be used more extensively and proactively, and routines automated and made more efficient [Anderson 94]. When more elaborate materials are used together with more complex manufacturing processes, the influence of the manufacturing process on the behaviour of the product increases in importance. Simulation of manufacturing processes and its coupling to final behaviour of the product is an active field of research [Hilding 02] and is still not used extensively in industry. Nevertheless, augmenting the use of coupled simulation in industry is necessary to be competitive: hence the possibility to make the bulk of simulations of this type should be given to the design engineer working closely with the design [Sandberg, Kalhori and Larsson 04]. The analysis experts should work with extending the range of the simulation and create possibilities for the design engineer to make standard simulations. Complex cases of analysis will still be dealt with by analysis experts.

7.2. Changing the role of the design engineer To generate the complex shapes of the stamped components that make the car body, skills in handling CAD software are needed. Various and sometimes contradictory requirements have to be respected when designing the components [Bylund 04]. The fulfilment of some of the requirements is made by inspection and by discussions with experts, e.g. sealing possibility, corrosion and corrosion protection issues. Others are simulated, such as collision detection, stamping possibility, stiffness and crashworthiness. Getting the development process more simulation-driven means that more of the simulation has to be done by the actual design engineer. This is possible by making the simulation tools more user-friendly and adapted to the problems at hand, as shown in this paper. Also the view of the design engineer/drafter as a person that only generates geometry has to be changed. The work has to be recognized as the process of going from requirements to a computationally verified solution. The demands on the designer/drafter will change, the ability to design complex shapes will remain and the ability to run integrated analysis programs or even to alter them to better fit the situation will increase [Bylund et al 04].

15

Acknowledgements The participation of the design engineers Hossein Rezaei, Issa Rezaei, Håkan Runius and others from the car body development department at VCC througout the development of the analysis softwares and their implementation is acknowledged. We acknowledge the programming efforts performed by Mattias Shamlo, Henrik Sandström, Maria Andersson and Fredric Bohman as well as input from Volvo It and the in-house It department at VCC regarding program structure. References Anderson, J, D, A., "The Role of knowledge-based engineering systems in concurrent engineering", Concurrent Engineering: Concepts-Implementation and Practice, Chapman and Hall 1994. Bathe, Klaus-Jürgen, a, "Finite Element Procedures", Prentice Hall, New Jersey ,1996. pp 824-825. Bathe, Klaus-Jürgen, b, "Finite Element Procedures", Prentice Hall, New Jersey ,1996. pp 817-818. Blessing, L., “What is this thing called Design Research?”, Proceedings of 2002 Int’l CIRP Design Seminar, Hong Kong, 16-18 May 2002, pp. 1-6. Blomberg J., Giacomi J., Mosher A. and Swenton-Wall P., “Ethnographic Field Methods and Their Relation to Design ” in Shuler, D. and Namioka, A., “Participatory Design, Principles and Practice”, L. Erlbaum Associates, Hillsdale, 1993, pp. 123-155. Bylund, N. and Eriksson, M. Simulation Driven Car Body Development Using Property Based Models SAE paper 2001-01-3046, in the proceedings of the International Body Engineering Conference, IBEC 2001, 8-12 of July 2002, Paris, France. Bylund, N., Fredricson, H. and Thompson, G. A design process for complex mechanical structures using Property Based Models, with application to car bodies. In the proceedings of Design 2002 Conference, 14-17 of May 2002, Dubrovnik, Croatia. Bylund, N., Grante, C. & López-Mesa.,"Usability in industry of methods from design research", In the proceedings of the International Conference of Engineering Design, ICED03, 19-21 of August, 2003, Stockholm, Sweden. Bylund, N. "Fast and Economic Stiffness Evaluation of Automotive Joints" SAE paper20037025, in the proceedings of the International Body Engineering Conference, IBEC 2003, 27-29 of October 2003, Shiba, Japan. Bylund, N., Isaksson, O., Kalhori, V., and Larsson, T., " Enhanced Engineering Design Practice Using Knowledge Enabled Engineering (KEE) With Simulation Methods" In the proceedings of Design 2002 Conference, 18-21 of May 2004, Dubrovnik, Croatia. Bylund, N. ADRIAN a program for evaluating the stiffness of joints and its application in the product development process. Submitted to Journal of Computing And Information Science In Engineering JCICE. 2004

16

Chapman, C.B and Pinfold, M., "The application of a knowledge based engineering approach to rapid design and analysis of an automotive structure." Advances in Engineering Software 32 (2001) pp. 903-912, Elsivier, 2001. Eckert, C., Clarkson, P, J. and Stacey, M.," The Lure of the Measurable in Design Research", In the proceedings of Design 2004 Conference, 18-21 of May 2004, Dubrovnik, Croatia. Hilding, D., "Influence of forming parameters on crash properties", Nordic LS-DYNA Users’ Conference 2002, September 16 & 17, 2002, Gothenburg, Sweden Hinds, K., and Kiesler, S., Eds. "Distributed Work", The MIT Press, Cambridge, MA, 2002, pp57-80, pp167-186. Horowitz, B, M., "Strategic Buying for the Future", Libey Publishing, 1993. Larsson, A., Törlind, P., Karlsson, L., Mabogunje, A., Leifer, L., Larsson, T., and Elfström, B-0., "Distributed Team Innovation- A Framework for Distributed Product Development", In procedings of ICED03, 19-21 of May 2003, Stockholm, Sweden. Lubkin JL. "The Flexibility of a Tubular Welded Joint in a Vehicle Frame." 1974 SAE 740340:1518-1522. McMahon, C.A., and Draper, C., "Patterns of Design and Development in Adaptive Design: How do We Match Design Methods to Design Circumstance?", Third International Seminar and Workshop, EDIPROD02, Zielóna-Lagow, Poland, 2002. Rhodes, J., "Structural Design for Crash", Lectures on Ultimate Strength of Thin-Walled members, Carl-Cranz Gesselshaft, course material, 1991. Sandberg, S., Kalhori, V., and Larsson, T., "FEM Simulation Supported KEE in High Strenght Steel Car Body Development" submitted to IMECE04, 2004 ASME, International Mechanical Engineerig Congress, 13-20 of November 2004, Anaheim, California USA. Whomack, J.P, Jones, D.T, and Roos, D., "The Machine that Changed the World.", Macmillan Publishing Company, Canada, 1990. Whyatt Becker, P.J., Wynn, R. H., Berger, E.J., and Blough, J.R, "Using Rigid-Body Dynamics to Measure Joint stiffness.", Mechanical systems and Signal Processing (1999) 13(5), pp789-801. Yinn R., “Case Study Research. Design and Methods”, Sage Publications, Thousand Oaks, 1994.

17

APPENDIX The appendix contains four pages with screen captures from DAMIDA and ADRIAN, showing the analysis processes in more detail as well as explaining the result pages. The geometries are not simplified but taken directly from the product development process at VCC.

18

Start page Step 1: Import section Step 2: Launch 2D meshing

Complete car Body in CATIA

Sub-system in CATIA: Pillar section

Sub-system in CATIA: B-pillar

Step 3: Choose material Step 4: Choose load Step 5: Launch 3D mesh and launch analysis

Visualisation of plastic bending.

HTML result page with elastic and plastic properties.

Figure 6. Detailed flow scheme of DAMIDA run.

19

The bending moment in relation to bending angle.

The analysed section.

Sectional constants.

Information about material grades and welds.

Information about analysis parameters.

Internal energy and hourglass energy.

Figure 7. Result page from DAMIDA.

20

Complete car body in Catia

ADRIAN automatically assembles the meshed sheets and prepares the model for analysis in NASTRAN.

ANSA is started by ADRIAN and auto-meshes sheet by sheet.

ADRIAN: Start of ADRIAN which manages pre-processing, analysis and post processing

Sub-system in CATIA: Joint cut out, sheet gauge and welds defined

�������������

ADRIAN launches eigenmode analysis and static condensation in NASTRAN.

Eigenmodes showed in ANIMATOR

HTML result page showing static stiffnesses

Figure 8. Detailed flowsheme of ADRIAN run

21

Stiffness related to each leg of the joint. Red shows the direction of max principal stiffness, green the direction of minimum stiffness.

The analysed joint.

Information about sheets and welds.

Figure 9. Result page from ADRIAN.