Produktionssysteme

Multi-CAD-Integration für ein prozessorientiertes PLM-System

D
ie Verwaltung von CAD-Modellen ist in PDM-Systemen eine wichtige und oft gut gelöste Anforderung. Je nach Einsatzzweck bieten die Hersteller auch die Verwaltu
ng von Produktstücklisten und Prozessen, ohne auf die geometrische Darstellung der Produkte angewiesen zu sein. Im folgenden Beitrag werden die Eigenschaften eines PDM-Systems beschrieben sowie das Konzept für die Ergänzung eines PLM-Produkts um eine CAD-Integration – hier zunächst am Beispiel von Catia V5. Weitere CAD-Systeme wie Autocad, Inventor oder - speziell für den Werkzeugbau - CimatronE werden folgen. Dabei wird deutlich, dass Anforderungen aus der CAD-Welt, wie beispielsweise die Verwaltung von CAD-Modellen oder die Unterstützung von Produktstrukturen effektiv und robust auf existierende Konzepte in dem System abgebildet werden können.

Als Basis für das Projekt diente das modulare PLM-Produkt admileo der Firma Archimedon. Dieses besitzt aktuell drei Module zur Verwaltung und Bearbeitung vieler Aspekte des Produktlebenszyklus. Das System sollte auf Anforderung von Werkzeugbauunternehmen um eine Multi-CAD-Anbindung erweitert werden. Um Marktanteile in dieser Branche zu gewinnen hat sich der Hersteller Archimedon 2013 entschieden, die unterschiedlichen bei Werkzeugbauern im Einsatz befindlichen CAD-Systeme an admileo anzubinden: Speziell für die Planung technologischer Arbeitsschritte ist es dort von Vorteil, direkt auf den Konstruktionsdaten des Werkzeugs aufzusetzen. Das Ziel war eine erhebliche Vereinfachung und Effizienzsteigerung für die Arbeitsvorbereitung und den gesamten Werkzeugbau zu schaffen.

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In dem hier beschriebenen Softwareprojekt der Hochschule Osnabrück in Kooperation mit Archimedon war die Zielsetzung, ein Konzept für eine PDM-Erweiterung um eine Multi-CAD-Schnittstelle zu erstellen, konkret beginnend mit der Anbindung des CAD-Systems Catia V5 an das existierende PDM-System. Im existierenden Produktdaten-Manager lassen sich bereits Produkte jedweder Art (Hardware, Software, Dienstleistungen) abbilden und verwalten. In diesem Projekt sollte dies um CAD-Daten erweitert werden. Ausgangspunkt für die Konzeption der CAD-Integration waren die Anforderungen aus Anwendersicht. Dabei wurden existierende Methoden und Detaillösungen aus anderen, marktgängigen PDM-Systemen mit in die Überlegungen einbezogen. Insbesondere wurden Use Cases betrachtet, die konkret mit der Handhabung der CAD-Modelle zusammenhingen.

Dazu gehört als wichtigstes Element die Möglichkeit, CAD-Modelldateien aus der CAD-Benutzersicht auf einem Server abzulegen und von dort wieder in das CAD-Programm laden zu können. Dabei sind Zuverlässigkeit, Schnelligkeit und leichte Bedienbarkeit die entscheidenden Faktoren. Bei der Catia-admileo-Integration wird eine Catia-Programmschnittstelle genutzt, um die Dateitransferfunktionen und das Check-In / Check-Out realisieren zu können. Auf der admileo-Seite stand fest, dass die vorhandenen Funktionen für die Dateiverwaltung – und damit auch für den Check-In und Check-Out – eingesetzt werden sollten.

Integration in das PDM-Produkt

Fast alle heute eingesetzten CAD-Systeme verwalten neben einzelnen Modellen auch Modellstrukturen. Diese bilden eine Zusammenbausicht im Kontext eines Produktes ab. Auch wenn sich diese Strukturen nicht unbedingt direkt für die Erzeugung von Teilestrukturen beziehungsweise Stücklisten eignen, sollten sie auch vom PDM-System verwaltet werden können. Hierbei ergibt sich die Problematik, dass die Strukturinformationen sowohl im CAD-System als auch im PDM-System parallel gespeichert werden müssen.

Die Integrationssoftware muss entsprechende Möglichkeiten zur Synchronisierung der beiden voneinander unabhängigen Datenstrukturen bieten. Dabei ist unter anderem die Frage zu klären, welches der beiden Systeme führend bei Änderungen an der Struktur sein soll. Auch bei dieser Anforderung waren die existierenden Funktionalitäten zur Verwaltung von Produktstrukturen in admileo für die spätere Umsetzung eingeplant.

Eine nichtfunktionale Anforderung an die CAD-PDM-Integration ist die Gestaltung einer interaktiven, effizient benutzbaren Benutzeroberfläche. Hierzu ist es sinnvoll, in der CAD-Anwendung entsprechende Elemente einzufügen. Neben der technischen Ausgestaltung des Dateitransfers ist dies die Funktionalität, die am ehesten CAD-spezifisch ist und daher in einer Multi-CAD-Lösung den größten Aufwand erfordert.

Nicht unbedingt erforderlich, aber für viele Anwendungen sinnvoll ist die Möglichkeit, die Geometrie von Bauteilen und Strukturen innerhalb des PDM-Systems, ohne Beteiligung des zugehörigen CAD-Systems, visualisieren zu können. Diese Funktion ist hilfreich für die Identifizierung von Einzelteilen und kann bei entsprechender Leistungsfähigkeit auch zu Simulationszwecken genutzt werden. Solche Digital-Mockup-Fähigkeiten können unter anderem für Einbau- und Kollisionsuntersuchungen eingesetzt werden.

Integration weiterer Komponenten

Im Rahmen einer detaillierten Anforderungsanalyse für die Integration eines CAD-Viewers wurden folgende Anforderungen identifiziert: Die betrachteten Objekte müssen im dreidimensionalen Raum frei beweglich und von allen Seiten darstellbar sein. Das Vermessen der Objekte mit unterschiedlichen Messfunktionen muss möglich sein. Querschnitte durch die Objekte müssen erzeugt werden können. CAD-Dateien in unterschiedlichen nativen CAD-Formaten müssen geladen werden können. Das Laden der Objekte muss mit ausreichender Performance erfolgen. Das Rendern mit qualitativ hochwertigen Ergebnissen und Varianten-Parametern muss möglich sein. Bilddaten müssen exportiert werden können. Explosionsdarstellungen von Konstruktionen müssen erzeugt werden können. Mark-Ups müssen eingefügt werden können. Bauteile und Baugruppen müssen isoliert werden können. Die Integration in die PDM-Oberfläche muss möglich sein. Und: Das Lizenzmodell des Viewer-Herstellers muss genügend flexibel und für die Kunden akzeptabel sein

Für eine Catia V5-Integration in das PDM werden unterschiedliche Komponenten benötigt. Zum einen muss auf dem PC eine Catia V5-Version installiert sein. Zum anderen wird ein Programm benötigt, mit dem der Aufbau eines Produkts, welches dazu in Catia V5 geöffnet sein muss, analysiert werden kann. Dieses Programm erstellt eine XML-Datei, die den Aufbau und die Eigenschaften des Produktes beinhaltet. Im nächsten Schritt kann diese Datei über ein Java-Programm eingelesen werden. Die Dateien werden dann jeweils in das Produkt- beziehungsweise Dokumentenmanagement geladen.

Um eine Catia-Datei analysieren zu können, muss ein Produkt in Catia V5 geöffnet sein. Der Zugriff auf Catia V5 erfolgt dabei über die frei verfügbare Programmierschnittstelle, die in Catia integriert ist. Analysiert werden die Dateiformate Catpart, Catproduct und Catdrawing.

Abbildung der Produktstruktur

Der Nutzer kann während des Check-In-Vorgangs auswählen, ob das einzucheckende Produkt als System oder Produktgruppe innerhalb des PDM angelegt werden soll. Besteht die Möglichkeit, dass das Produkt zu einem späteren Zeitpunkt als Baugruppe in einem anderem Produkt dienen könnte, muss er das Produkt als Produktgruppe anlegen. Somit besteht die Möglichkeit, dass das Produkt auch im PDM als Baugruppe abgebildet werden kann.

Ist es ausgeschlossen, dass das Produkt zu einem späteren Zeitpunkt als Baugruppe eines anderen Produkts dienen könnte, kann das Produkt auch als System angelegt werden. Alle Bauteile, die mit Catia V5 konstruiert werden, werden im PDM als Produkte abgebildet.

Auswahl CAD-Viewer

Die für die Integration eines CAD-Viewing-Werkzeugs definierten Kriterien wurden für eine vorab getroffene Auswahl von fünf aktuell am Markt etablierten CAD-Viewern evaluiert.

Durch gewichtete Bewertung der einzelnen Produkte in Bezug auf die gewählten Kriterien wurde das Produkt 3DViewStation als beste Lösung für die Integration identifiziert. Die Integration in admileo konnte über die vom Hersteller des Viewers angebotene ActiveX-Schnittstelle realisiert werden.

Abhängigkeiten zwischen Modellen

Catia V5 bietet die Möglichkeit, ein Produkt durch Verknüpfungen der einzelnen Bauteile abzubilden. Hierzu können unterschiedliche, so genannte Multi-Model-Links (MML) eingesetzt werden. Für den Aufbau einer Struktur werden hauptsächlich die Referenz-Links (CCP-Links = Cut-Copy-Paste-Links), Exemplar-Links (Instance-Links) und Form-Links (Shape-Links) genutzt. Exemplar- und Form-Links dienen hauptsächlich der Einbindung unterschiedlicher Dokumente in den Aufbau eines Produkts. Werden native Catia V5-Dateien, zu denen die Catparts, Catproducts und Catdrawings zählen, zum Aufbau eines Produktes hinzugefügt, wird dies über einen Exemplar-Link realisiert. Andere, nicht native Catia V5-Dateien werden hingegen über einen Form-Link in das Produkt eingebunden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine „.model“-Datei, die zu den nativen Catia V4-Dateien zählt, mit in den Aufbau integriert werden soll.


Ein Exemplar- oder Form-Link wird innerhalb des PDM von admileo, ähnlich wie in Catia, über eine Objektreferenz zwischen den jeweiligen Produktstrukturelementen (PSE) dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung wird im PDM bei Mehrfachverbauungen nur eine Objektreferenz mit der Angabe

, wie oft dieses Bauteil verbaut ist, erzeugt. Die Objektreferenzen der einzelnen Elemente im PDM unterliegen gewissen Bedingungen. Hierzu zählt, dass Produkte nicht untereinander referenziert werden können. Daher sind CCP-Links nur begrenzt darstellbar. Diese derzeitige Einschränkung wird jedoch bei der Erweiterung des PDM in einer der nächsten Versionen berücksichtigt.


Eine Ansichtsverknüpfung (View-Link) dient in Catia zur Definition der Abhängigkeit zwischen einer Zeichnung und einem 3D-Model. Diese Funktionalität ist wichtig, um die Konsistenz von 3D-Modellen und abgeleiteten Zeichnungen sicherstellen zu können. Daher werden die View-Links ausgewertet und die Ergebnisse im PDM gespeichert. Eine Konstruktionstabelle (Design Table) dient zur Parametrisierung einer Konstruktion. Verlinkt wird eine solche Tabelle meist mit Catparts, hierdurch können Bauteile automatisiert in unterschiedlichen Ausprägungen generiert werden. Auch Design Tables werden durch die Integration ausgewertet, die Daten in den PDM übernommen.

Fazit

Durch die zusätzliche Einbindung von CAD-Daten lässt sich für fertigungsintensive Unternehmen der gesamte Produktentstehungsprozess mit den PLM-Modulen in admileo abbilden. Weltweit etablierte Konstruktions-Programme wie Catia V5 werden über dedizierte Schnittstellen an den Produktdaten-Manager angebunden. Ein Ziel der beschriebenen Multi-CAD-Integration war die Erweiterung der Möglichkeiten zur Unterstützung unternehmensspezifischer Prozesse. Das Produkt admileo lässt sich damit auf die Bedürfnisse einer ganz neuen Gruppe von Stakeholdern in den Unternehmen anpassen. -sg-


Prof. Dr.-Ing. Thomas Mechlinski und Prof. Dr. Frank Thiesing,

Hochschule Osnabrück

Fachhochschule Osnabrück, Osnabrück, Tel. 0541/969-7149, http://www.fh-osnabrueck.de

Archimedon GmbH & Co. KG, Minden, Tel. 0571/97435-0, http://www.archimedon.de

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