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Intelligentes Standardisieren

Rainer Hochgeladen, Ulm

Bild 2: Das fertige Gehäuse der Hecken- schere mit zwei Halbschalen, Schraubdomen, Schattenfuge sowie Nut-und-Feder- Labyrinth (in der Lupe) wird hier gemeinsam mit dem Eingabefenster zur Bedienung des IET dargestellt (Quelle: Metabowerke GmbH, SmardCAD Deutschland GmbH).
Die Vorteile der Standardisierung eines Teilespektrums für Konstruktion müssen heute nicht mehr diskutiert werden; sie sind auf breiter Front erkannt und werden allenthalben genutzt. Die Standardisierung von Prozessen und Strukturen in der CAD-Konstruktion hingegen steckt noch weitgehend in den Kinderschuhen, obwohl darin vergleichbare Produktivitätspotenziale schlummern.

Diffuse Vorbehalte gegen befürchtete Beschränkungen der Kreativität und überkommene Skepsis gegenüber den Möglichkeiten der Realisierung behindern den Einsatz von sehr mächtigen Methoden und Werkzeugen zur Steigerung von Produktivität und Qualität in der Konstruktion. Moderne CAD-Systeme bieten viele Möglichkeiten, Normen und Standards in den Konstruktionsprozess zu integrieren. Vier grundlegende Ansätze sind hier zu unterscheiden: Teilestandards (nicht mehr in der Diskussion), Fertigungsstandards (ebenfalls breit akzeptiert), CAD-Strukturstandards und die Standardisierung des Konstruktionsprozesses.

Einige große Anwender (OEMs) haben erste Schritte zur Standardisierung der in der Konstruktion benutzten CAD-Strukturen unternommen. Unter anderem wurden etliche Richtlinien und Vorgaben beispielsweise in Form von Faltblättern oder PDF-Dateien – und sogar firmenübergreifende Leitlinien sind für spezielle Bereiche wie den Großwerkzeugbau – erstellt. Von echten Standards oder gar Normung kann indes mangels Koordination und Vollständigkeit nicht gesprochen werden. Zur Realisierung eines Strukturstandards sind weitere Schritte erforderlich: einheitliche Bezeichnungen und Strukturen sowie standardisierte Schnittstellen.
Einheitliche Bezeichnungen: Benennungen für Teile und Baugruppen sind in nahezu allen Betrieben sehr stringent reglementiert, für Strukturelemente unterhalb der Teileebene jedoch fast gar nicht. Dies wird häufig der »Kreativität« des Einzelnen überlassen, was die Lesbarkeit von fremden Konstruktionen erheblich erschwert und im Übrigen mit konstruktiver Kreativität nichts zu tun hat.

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Zunächst sollten also die für strukturelle oder geometrische Elemente innerhalb eines Teiles benutzten Bezeichnungen standardisiert werden. Das kann sich im Detail auf wichtige Elemente beschränken, auf jeden Fall aber müssen die Bezeichnungen der Elemente der Skelett-Geometrie sowie der Strukturelemente der höheren Strukturebenen der Normung unterworfen werden. Mittelpunkte und -linien, Einfüge- beziehungsweise Kontaktebenen, Führungskurven, Achsensysteme – um einige Beispiele zu nennen – aber auch alle Körper, aus denen sich ein Teil zusammensetzt sowie alle geometrischen Sets (Catia) sollten nach einem einheitlichen Schema mit sprechenden Namen versehen werden. Die Forderung, dabei auf Abkürzungen zu verzichten, ist zwar plausibel und verständlich, in der Praxis jedoch kaum durchsetzbar; deswegen kann der Kompromiss hier nur auf einheitliche Abkürzungen hinauslaufen.
Einheitliche Strukturen: Die CAD-Struktur einer Konstruktion ist in weit geringerem Maße von ihrem konkreten Gegenstand abhängig, als gemeinhin angenommen wird. Ein Gießwerkzeug beispielsweise kann durchaus auf derselben strukturellen Basis entwickelt werden wie ein Elektromotor oder ein beliebiger anderer technischer Gegenstand. Viel mehr bestehen Abhängigkeiten von den nachfolgenden – wahrscheinlich in hohem Maße standardisierten – Fertigungsprozessen und von den strukturellen Möglichkeiten des verwendeten CAD-Systems. Sollen beispielsweise Fertigungsschritte in der CAD-Struktur abgebildet werden? Sind unterschiedliche CAD-Systeme zu berücksichtigen? Bieten die Systeme Multi-Body-Fähigkeiten? Wenn ja, dürfen die Bodies komplett eigenständig sein? Solche Fragen sind bei einem Standardisierungsprojekt vorrangig zu klären.
Standardisierte Schnittstellen: Zwischen den Komponenten einer Konstruktion müssen im CAD-Modell mannigfaltig Informationen ausgetauscht werden. Aus Sicht des Konstrukteurs handelt es sich entweder um parametrische oder um geometrische Informationen; aus Sicht des CAD-Systems wird das häufig nicht unterschieden. Für eine einwandfreie Funktion des CAD-Modells ist es unerlässlich, diese Informationsübertragungen in vollem Umfang zu kontrollieren, weil unkontrollierter Informationsfluss zu – im günstigen Fall – überraschenden Ergebnissen führen kann. Durch jede Übertragung von Information entstehen Abhängigkeiten zwischen den beteiligten Komponenten, und versteckte und möglicherweise ungewollte Abhängigkeiten können sich leicht zu einem Zyklus schließen, welcher für keinen Solver mehr auflösbar ist. Die genaue Kenntnis aller Informationsflüsse und mithin aller Abhängigkeiten ist also unvermeidbar und am leichtesten mit standardisierten Schnittstellen zwischen den Komponenten einer Konstruktion auf Teile- beziehungsweise Baugruppenebene, aber auch auf Sub-Teileebene zu realisieren, wobei zwischen diesen Ebenen keine prinzipiellen Unterschiede bestehen. Die angerissenen Ansätze lassen sich in modernen CAD-Systemen mit assoziativ-parametrischen Fähigkeiten vollständig in so genannten »Intelligent Engineering Templates« (IET) umsetzen.

Die Standardisierung des Konstruktionsprozesses stellt sicher die schwierigste der genannten Disziplinen dar und lässt sich in Einzelfällen auch in Frage stellen. Allerdings ist es überraschend, in welch hohem Maß ein Konstruktionsprozess allein durch die Existenz eines schlüssigen Strukturstandards implizit ebenfalls standardisiert wird. Ein Standard-IET wird nur eine einzige Vorgehensweise zur Bearbeitung erlauben, die für diesen Anwendungsfall optimal geeignet ist. Idealerweise steht zusätzlich ein spezielles Graphic-User-Interface (GUI) zu seiner Bedienung bereit. Dann wird sich kaum ein Konstrukteur der Mühe unterziehen, eigene Strukturen zu entwickeln, in dem Wissen, dass ein zuverlässig standardkonformes Modell als Vorlage bereit steht.
Bild 1 zeigt das IET für Kunststoffgehäuse aus zwei Schalen für Handwerkzeuge wie Bohrmaschinen, Schwingschleifer und Heckenscheren. Über den beiden Schalen sind einige Schraubdome angeordnet. Durch einfaches Selektieren einer Designfläche entstehen automatisch zwei Halbschalen mit standardkonformen Schattenfugen, mit Nut und Feder zum Fügen sowie dem Labyrinth für Funkenstrecken (Bild 2). Die standardisierten Schraubdome werden mit der Maus per Drag&Drop positioniert und sind dann ebenfalls konstruktiv fertig. Dabei stehen zwei standardisierte Domarten zur Auswahl. Ihre Anzahl lässt sich parametrisch verändern und ihr Abstand zur Kontur wird automatisch überwacht. Die Erzeugung der beiden konstruktiv standardkonformen Halbschalen aus der Designfläche dauert insgesamt nur etwa zwei Minuten. Sämtliche hier vorgestellten Ansätze bedürfen gründlicher, konzeptioneller Planung und weiterer Maßnahmen zur Vorbereitung und zur Umsetzung, deren Beschreibung den Rahmen dieses Artikels sprengen würde. In den nächsten Ausgaben des CAD-CAM Report werden in loser Folge weitere Artikel erscheinen, die jeweils einzelne Aspekte des Themas tiefer beleuchten. -fr-

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

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