Produktionssysteme

Intelligenter Austausch von parametrischen CAD-Daten

Michael Kirsch, Dr. Marcus Krastel Darmstadt

Kernaufgabe der CAD-Konstruktion ist die geometrische Beschreibung eines Produktes, das technisch realisierbar ist und alle vorgesehenen Funktionen zuverlässig und wirtschaftlich erfüllt. Doch wer heute mit einem parametrischen CAD-System in der Automobil- und -zulieferindustrie tätig ist, hat mit dem Geometriemodell das Klassenziel noch lange nicht erreicht.

Modellierungsmethoden und -richtlinien reglementieren die Verwendung von Startmodellen, die Strukturierung der Modellbäume bis hin zur Benennung der einzelnen Elemente. Und dies aus gutem Grund, denn Automobilentwicklung ist ein arbeitsteiliger Prozess, an dem Menschen und IT-Lösungen unternehmensübergreifend und international beteiligt sind. Effektive Kommunikation ist hierbei nicht weniger unentbehrlich als die Innovationskraft des Einzelnen. Vereinbarungen helfen, diese Kommunikation reibungsarm und fruchtbar zu gestalten, indem alle Beteiligten dieselbe Sprache sprechen. Für die CAD-Konstruktion in der Automobilentwicklung sind Startmodelle und Modellierungsrichtlinien wesentliche Bestandteile dieser »Sprache«, denn ohne klare Vereinbarungen können die Features in einem CAD-Modell selbst bei geometrisch identischem Ergebnis auf unzählige Art und Weise strukturiert und benannt werden. Folgeprozesse hätten keine Chance, beispielsweise den Schwerpunkt eines Bauteiles zu finden. Mit der Einigung der deutschen Automobilhersteller (OEM) auf ein gemeinsames Startmodell innerhalb von Catia V5 ist in diesem Jahr ein veritabler Schritt gelungen: CAD-Konstrukteure bei Zulieferern, die für verschiedene OEMs tätig sind, dürfen nun darauf hoffen, dass sie künftig weniger »Fremdsprachen« beherrschen müssen als bisher. Sind mit dem gemeinsamen Startmodell jedoch nun auch die eigenen CAD-Methoden und Startmodelle der Zulieferer – mit allen damit verbundenen Aufwänden und Kosten – hinfällig geworden? Mitnichten, denn die Modelle müssen weiterhin grundverschiedenen Erfordernissen gerecht werden. In der Komponentenentwicklung bei den Zulieferern sind eher funktionsorientierte CAD-Modellstrukturen zu finden, die geprägt sind durch Begriffe wie »Befestigungsflansch«, »Halteclip«, »Gehäuseversteifung« oder »Wartungsöffnung«. Zudem sind vielfach spezifische Elemente und Strukturen enthalten, mit denen interne Folgeprozesse wie MKS-, FEM- oder CFD-Anwendungen bedienten werden können. Auf Seiten der OEMs stehen dagegen die Komponentenintegration und Produktion im Vordergrund, so dass hier Fertigungs- und Montageschritte, Materialien, Volumen und Gewichte die Struktur des OEM-Startmodells bestimmen (Bild 1).
Auch an die CAD-Baugruppenstruktur werden im Verlauf der Produktentwicklung wechselnde Anforderungen gestellt. In der Konzeptphase ist häufig noch keine Produktstruktur definiert. Wird hier bereits CAD-Software eingesetzt, erfolgt die Konstruktion in der Regel in einem Einzelteil. In der Ausarbeitungsphase liegt dann bereits eine Produktstruktur vor, in der Entwurf und Auslegung aller Einzelteile durchgeführt werden. Abschließend kann es beispielsweise in der Automobilentwicklung sinnvoll sein, die resultierende Struktur zu reduzieren und mehrere Einzelteile zusammenzufassen, so dass diese mit dem Sachnummernsystem des OEM übereinstimmen (Bild 2).

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Die genannten Beispiele zeigen, dass in einem bestimmten Geltungsbereich standardi-sierte Modellstrukturen die Weiterverarbeitung nativer CAD-Modelle in der Prozesskette maßgeblich unterstützen können. Außerhalb ihres Geltungsbereiches können aber dieselben Strukturen die Entwicklung behindern, wenn sie nämlich in Prozessen verwendet werden, für die sie nicht bestimmt sind. Wenn also heute in der Produktentwicklung unterschiedliche Modellstrukturen zu finden sind, so ist dies kein Hinweis auf Chaos oder Beliebigkeit, sondern es zeigt sich, dass die Entwickler die Möglichkeiten des CAD-Systems aktiv nutzen, um ihre Modelle zweckmäßig zu gliedern und zu dokumentieren. Die eine optimale Modellstruktur kann es nicht geben. Und so treten in CAD-Entwicklungsprozessen häufig Situationen ein, in denen eine bestehende CAD-Konstruktion für den Kunden, den Entwicklungspartner oder den nächsten Entwicklungsschritt im eigenen Haus in einer anderen Struktur benötigt wird. In einigen Fällen sind hierbei nicht-parametrische Geometrieelemente als Ergebnis ausreichend. Vielfach soll aber die parametrisch-assoziative Konstruktion in der neuen Struktur fortgesetzt werden. Speziell in diesen Fällen ist eine zeitaufwändige manuelle Übertragung der Konstruktion erforderlich. Und so verpuffen auch heute wertvolle Ingenieurstunden in unvermeidbaren Transformations-, Strukturierungs- und Formatie-rungsaufgaben an CAD-Modellen. Das IPpro-Plugin Model2Model wurde entwickelt, um die zeitaufwändige und fehleranfällige Konvertierung parametrisch-assoziativer Modellstrukturen zwischen zwei Modellen zu automatisieren, wobei derzeit das CAD-System Catia V5 unterstützt wird. Das Plugin verbindet hierbei die Flexibilität des bewährten IPpro-Regelsystems mit der Mächtigkeit der PowerCopy-Technologie von Catia V5. Mit Hilfe von Suchabfragen (Queries) werden die zu übertragenden Elemente im Quell-Modell selektiert. Mit weiteren Suchabfragen lassen sich die Knoten im Ziel-Modell identifizieren, welche die zu übertragenden Elemente aufnehmen sollen. Anschließend erfolgt im CAD-Sytem die Übertragung der selektierten Elemente in das Ziel-Modell. Hierbei werden die erforderlichen Referenzelemente (Inputs) auf Basis einer Zuordnungsvorschrift automatisch verknüpft. Die vollständige Spezifikation einer solchen Transfer-Operation lässt sich im IPpro-Format speichern und später wiederverwenden (Bild 3). Darüber hinaus unterstützt das Plugin die Erzeugung neuer Modellstrukturen auf Basis bestehender Modellstrukturen. Für alle neuen CATParts kann hierbei ein Startmodell ausgewählt werden. CAD-Methoden und Modellstrukturen müssen die Wertschöpfung in der Konstruktion optimal unterstützen. Über branchenspezifische Vereinbarungen hinaus ergeben sich beispielsweise in der Automobilentwicklung weiterführende, teils gegenläufige Anforderungen aus den Besonderheiten des zu entwickelnden Produktes beziehungsweise Bauteils, der jeweiligen Entwicklungsphase sowie aus der internen Prozess- und Software-Landschaft. IPpro Model2Model verbindet Prozesse mit heterogenen Catia-V5-Modellstrukturen, indem es bestehende Konstruktionen regelbasiert und automatisiert in die jeweils erforderliche Struktur transformiert. -fr-

:em engineering methods AG www.em.ag

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