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Artikel und Hintergründe zum Thema

Software

Intelligentes Standardisieren, Teil 4

Rainer Hochgeladen, Ulm

Bild 4: Auswerfer ohne Verdrehsicherung, wobei der Raumbedarf gelb-transparent dargestellt wird.
Das »Ordnen«, also das Sortieren und Strukturieren liegt dem Menschen vermutlich in den Genen – jedenfalls den meisten. Ohne entsprechende Vorgaben gäbe es aber wohl so viele Ordnungsschemata wie es Individuen gibt. Standards sind also hier so hilfreich wie unabdingbar.

Konstrukteure sind in der Regel »ordentliche« Menschen, denn Konstruieren beinhaltet neben dem Erstellen einer funktionierenden Geometrie immer schon organisatorische, also »ordnende« Tätigkeiten wie das Kategorisieren, das Schematisieren, das Sortieren und das Strukturieren. Nur war es bisher so, dass die Geometrieerzeugung absoluten Vorrang hatte und der Rest dem Konstrukteur frei überlassen blieb. Inzwischen haben sich die Gewichte erheblich zu den organisatorischen Tätigkeiten hin verschoben. Das »Wie« wird aber immer noch zu einem großen Teil dem individuellen Konstrukteur überlassen. Wer aber weiß, wie schwierig und aufwändig das Lesen und Verstehen fremder CAD-Konstruktionen oft ist, muss nicht erst von den Vorteilen der Standardisierung von CAD-Strukturen überzeugt werden.

Nach welchen Kriterien sollen aber CAD-Modelle strukturiert werden? Zunächst muss strukturell unterschieden werden zwischen der physischen Geometrie und den steuernden Elementen beziehungsweise der Hilfsgeometrie. Für Letztere sollten unbedingt selbstständige Strukturelemente vorgesehen werden. Wenige CAD-Systeme bieten eigene Komponenten für derartige Steuerelemente an, wie beispielsweise das »Skelett« in Pro/Engineer. In den meisten Systemen muss für diesen Zweck ein gewöhnliches Einzelteil »zweckentfremdet« werden. Dabei sollte natürlich – soweit das CAD-System es zulässt – dafür gesorgt werden, dass solche »virtuellen« Einzelteile nicht in den Stücklisten auftauchen.

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Ein Zusammenbau sollte zunächst nach funktionalen Kriterien gruppiert werden, bevor die so entstandenen »Funktionsgruppen« (der Begriff trifft es besser als die traditionelle »Baugruppe«) hierarchisch in einer Baumstruktur angeordnet werden. Am Beispiel einer Gießform kann dies anschaulich gemacht werden: eine solche Form besteht in der Regel fundamental aus einem Öffnungsmechanismus mit fester und beweglicher Komponente, welche gegeneinander geführt werden müssen. Weiter muss die Form befüllt und der entstandene Artikel aus der Form ausgeworfen werden. Ohne weitere Ordnung ergeben sich also grob die Funktionsgruppen Werkzeugöffnung, Auswerfer-System, Werkzeugführung und Anguss-System, wobei diese »Sub-Systeme« ihrerseits in weitere Sub-Systeme unterteilt werden können beziehungsweise sollten. Ein Auswerfersystem benötigt unter anderem Platten, Führungen, Auswerferstifte und einen Antrieb. Womit bereits partiell strukturiert wäre! Kriterien für die hierarchische, strukturierte Anordnung dieser Funktionsgruppen sollten sich primär am Prinzip von »Ursache und Wirkung« orientieren: Wer beeinflusst funktional das Sub-System und wen beeinflusst das Sub-System seinerseits? Beispielsweise beeinflusst die Werkzeugführung – in Form von Raumbedarf – sowohl die feste als auch die bewegliche Öffnungskomponente. Sie muss also strukturell auf einer Ebene angeordnet sein, von der aus sie die beiden genannten Komponenten erreichen kann. Das Auswerfersystem dagegen übt (normalerweise) keinerlei Einfluss auf die feste Komponente aus, sondern »bewegt« sich ausschließlich in der beweglichen Komponente; es kann also als Sub-System dieser Komponente verstanden werden. Auf der anderen Seite ist nach den beschriebenen Kriterien das Anguss-System ein Sub-System der festen Komponente. Bild 1 zeigt beispielhaft (und unvollständig!) die hierarchische Struktur einer Gießform. Die Strukturtiefe ist in gewissem Umfang von den Vorlieben des jeweiligen Konstrukteurs abhängig. Ein starker Befürworter der Strukturierung könnte das Auswerfersystem des obigen Beispiels noch feinkörniger gliedern (Bild 2). Man muss sich allerdings davor hüten, die Strukturierung zu weit und nur noch um ihrer selbst willen zu betreiben. Zum Einen sind sehr tiefe Strukturen eine Belastung für das CAD-Systems, zum Anderen werden Strukturen mit zunehmender Tiefe starrer, komplexer und schwieriger zu durchschauen und damit schwer zu handhaben. Bezüglich der Strukturtiefe ist also Augenmaß gefordert.

Wie erwähnt sollte sich die hierarchische Strukturierung nach funktionalen und nach Prinzipien von »Ursache und Wirkung« richten. Daher können keine allgemeinen, umfassend und detailliert gültigen Ordnungskriterien aufgestellt werden, sondern es muss eine direkte Orientierung an der Branche und den fachlichen Forderungen erfolgen.

Natürlich müssen auch Einzelteile in sich strukturiert aufgebaut werden. Allerdings können dazu nicht durchgängig dieselben Kriterien herangezogen werden, wie für Zusammenbauten. Insbesondere besteht hier eine stärkere Abhängigkeit von den Möglichkeiten des jeweiligen CAD-Systems. Die grundlegende Unterscheidung zwischen »echter« Geometrie und steuernden Elementen (»Skelett«) muss auch hier getroffen werden. Beispielsweise bietet Catia V5 das »Geometrical Set«, das sehr gut geeignet ist, Steuergeometrie aufzunehmen. Außerdem kann dieses Strukturelement im Sinne der Komponenten-Denkweise durch weitere »Geometrical Sets« tiefer strukturiert werden. Die eigentliche Geometrie wird durch einen oder die Kombination mehrerer Körper dargestellt. Dabei wird immer häufiger unterschieden zwischen der Geometrie des Einzelteils und der seines Raumbedarfs, welcher in Form von so genannter »Negativ-Geometrie« oder auch »Abzugskörper« ebenfalls direkt im Einzelteil erstellt wird.

Grundsätzlich sollten auch Einzelteile in sich nach funktionalen Kriterien gruppiert und hierarchisch angeordnet werden. Fragen von »Ursache und Wirkung« und Überlegungen zur Strukturtiefe treten hier allerdings eher in den Hintergrund. Das Beispiel eines Auswerferstiftes (Bild 3) mag das verdeutlichen. Funktional ist zu unterscheiden zwischen dem Stift selber, dem Kopf mit seiner Haltefunktion und einer optionalen Verdrehsicherung. Der Strukturbaum in Bild 3 zeigt die grundlegende Unterscheidung zwischen der steuernden Geometrie und der Geometrie des eigentlichen Teiles. Außerdem ist separat die mit »AZK« gekennzeichnete Geometrie des Raumbedarfs zu erkennen. Die Strukturierung des Teils durch boole’sche Operationen und die Einbeziehung des Raumbedarfs erlauben die einfache parametrische Umschaltung zwischen der Variante ohne (Bild 4) und derjenigen mit Verdrehsicherung (Bild 5).

Nach diesem Strukturschema lassen sich prinzipiell alle Einzelteile aufbauen, so dass es sich hier also um einen sehr fundamentalen Standard zur Strukturierung von Einzelteilen handelt. Weiter gehende Forderungen im Hinblick auf Zusammenbauten und auf PDM-Systeme sowie die Bereitstellung von Informationen für nachfolgende Prozesse machen im realen Einzelfall allerdings die tiefere Detaillierung des Standards erforderlich.

Das Strukturieren geht stets mit dem Sortieren einher, daher abschließend ein paar Worte zu diesem Thema. Wenn man viele unterschiedliche Konstruktionen sieht, sieht man auch viele unterschiedliche Sortierungen innerhalb dieser Konstruktionen. Das reicht von alphabetischer Reihenfolge über die Zusammenfassung gleichartiger Elemente (zum Beispiel erst alle Punkte, dann alle Linien, dann alle Ebenen) bis zur chronologischen Ordnung nach dem Erstellungszeitpunkt. All diese Ordnungsschemata sind aber funktional nicht zu begründen. Die geometrischen Elemente innerhalb von zuvor festgelegten Strukturkomponenten sollten – wie oben bereits ausgeführt – streng funktional sortiert sein, das heißt, dass stets die weiter unten stehenden Elemente durch die oberen beeinflusst werden und niemals umgekehrt. Sollte sich dieses Schema im Einzelfall nicht durchhalten lassen, so sollte eine weitere Gruppierung und Unter-Strukturierung erwogen werden.

Diese Vorgehensweise kann sehr leicht standardisiert werden, weil sie von der Art der jeweiligen Konstruktion weit gehend unabhängig ist und weil sie leicht einsehbar ist. Außerdem bietet sie Vorteile nicht nur bei der besseren Verständlichkeit fremder Konstruktionen, sondern auch bei der Stabilität und Robustheit der CAD-Modelle. Das rechtfertigt in jedem Fall auch den sicher eintretenden, aber geringen Mehraufwand durch wiederholtes Umsortieren von einzelnen Strukturkomponenten. Die Notwendigkeit und die Vorteile einer standardisierten Strukturierung sowohl von Zusammenbauten als auch von Einzelteilen sollten heute weitgehend erkannt sein. Dennoch ist es im konkreten Fall oft schwierig, aus den individuell unterschiedlichen Strukturschemata, die sich im Laufe der Zeit in den Konstruktionsabteilungen etabliert haben, einheitliche und verbindliche strukturelle Vorgaben für möglichst großen Gruppen von Konstrukteuren zu synthetisieren und festzulegen. Etliche Unternehmen mit vielen CAD-Anwendern haben inzwischen Standards zum Aufbau und zur Struktur von Einzelteilen und Zusammenbauten erstellt. Häufig sind diese Strukturstandards aber nicht vollständig anwendungsgerecht und werden daher von den Anwendern individuell verändert oder umgangen. Außerdem müssen derartige Standards natürlich mit der methodischen Weiterentwicklung Schritt halten und häufig entsprechend angepasst werden. Hier liegt noch großer Handlungsbedarf bei den Verantwortlichen und den Erstellern dieser Standards und Normen. Der nächste Teil dieser Artikelserie wird sich mit den Abhängigkeiten befassen, wie sie sich in strukturierten CAD-Modellen sichtbar aber leider oft auch unsichtbar ergeben. -fr-

SmardCAD Deutschland GmbH http://www.smardcad.com

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