Software

SolidWorks 2011: Am Anfang war die Feature-Erkennung

Der klassische Gegensatz zwischen historienbasierter, parametrischer Modelliertechnik und historienfreiem Modellieren ist CAD-Geschichte. Mittlerweile erlauben die meisten Systeme einen flexibleren Umgang mit der Parametrik bis hin zur Kombination beider Ansätze. Der CAD-CAM-Report stellt ihnen im Rahmen der Serie über neue Modelliertechniken hier die Nutzungsmöglichkeiten von Feature-Erkennung und direkten Modellieroperationen in der Software SolidWorks vor.

Nach Überzeugung von SolidWorks ist der historienbasierte, parametrische Modellieransatz grundsätzlich der bessere, wenn es darum geht, die Produktivität im Entwicklungsprozess zu verbessern. Dessen ungeachtet hat die Tochtergesellschaft von Dassault Systèmes ihre Software schon vor geraumer Zeit ohne großes Aufheben um direkte Modellieroperationen ergänzt, mit denen man sowohl importierte, als auch parametrisch erzeugte Modelle flexibler ändern kann als mit den klassischen, parametrischen Funktionen, zum Beispiel indem man die Flächen zieht, dreht oder ersetzt. Allerdings bleiben die direkten Feature-Operationen vollständig in den Kontext des historienbasierten Modellierens eingebettet, das heißt sie haben ihren festen Platz im Konstruktionsbaum, und der Benutzer braucht auch nicht in ein separates Modul zu wechseln, um sie anwenden zu können.

SolidWorks hat Anzahl und Funktionsumfang der direkten Modellieroperationen in den letzten Jahren kontinuierlich erweitert und sie inzwischen in einem eigenen Funktionsmenü gebündelt, um sich im Wettstreit um die Vorteile der einen oder anderen Modelliertechnik klarer positionieren zu können. Gleichzeitig hat man konsequent die Bedienerführung vereinfacht, um so viele Funktionen wie möglich direkt am Mauszeiger aufrufen zu können. Getrieben wurde die Entwicklung der direkten Modelliertechnik im Wesentlichen durch die Anforderungen der Kunden in Werkzeug- und Formenbau und der Zulieferindustrie, die aufgrund ihrer Position in der Prozesskette häufig Modelldaten von Auftraggebern weiterverarbeiten müssen, die in anderen CAD-Systemen erzeugt wurden.

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Grundlage für die Manipulation von importierten Modelldaten ist die leistungsfähige Feature-Erkennungs-Technologie, die SolidWorks ursprünglich von der Firma GSSL erworben hat und die in das Modul FeatureWorks eingeflossen ist. Die Funktionen für die Feature-Erkennung sind inzwischen so vollständig in die Konstruktionsumgebung integriert, dass der Anwender sein Modell nicht mehr in ein separates Modul laden muss, sondern sie lokal anwenden kann, indem er einfach das zu erkennende Geometrieelement (etwa eine Fase oder Verrundung) anklickt. Die Feature-Erkennung wird im Hintergrund gestartet und analysiert das betreffende Element und seine Beziehung zu den angrenzenden Flächen. Die globale Feature-Erkennung wird praktisch nur noch verwendet, wenn man mehrere Modelle auf einen Schlag mit parametrischer ‚Intelligenz‘ anreichern möchte.

Wie andere Systeme basiert auch die Modelliertechnik von SolidWorks auf dem Parasolid-Kern, der die mathematische Berechnung der Geometrie übernimmt, und dem Constraint-Solver, der symmetrische Beziehungen, Tangentialität und andere Abhängigkeiten in einer Skizze oder am 3D-Modell erkennt und managt. Beide Technologie-Komponenten werden von Siemens PLM Software entwickelt und in Lizenz angeboten. Was SolidWorks von anderen Systemen unterscheidet ist die Art, wie der Hersteller die Funktionalität des lizensierten Solvers nutzt, um komplexe geometrische Bedingungen aufzulösen. Ein Beispiel: Wenn man das Offset einer rechteckigen Kontur mit Nut verschiebt, dann erkennt das System automatisch, ab wann die Rechteckskontur die Nut überlappt und schließt sie. Bei anderen Systemen, die denselben Solver nutzen, kreuzen sich die Linien der Kontur.

Möglicher Wechsel der Basistechnologie?

Eine offene Frage ist, wie sich ein möglicher Wechsel von Kern und/oder Solver auf die Implementierung von solchen Funktionen auswirken wird. Im Markt wird derzeit darüber spekuliert, dass SolidWorks die Technologie von Siemens PLM Software in absehbarer Zeit gegen die der eigenen Muttergesellschaft austauschen könnte. Der Softwarehersteller wollte zu diesen Spekulationen keine Stellung nehmen, machte aber deutlich, dass die technologische Weiterentwicklung der Software in keinem Fall Nachteile für die Vielzahl der bestehenden Kunden mit sich bringen wird.

SolidWorks hat vor einigen Jahren eine eigene Abteilung geschaffen, die sich ausschließlich um die Weiterentwicklung der Benutzeroberfläche kümmert. Damit trug der Hersteller dem Umstand Rechnung, dass die Konstrukteure immer weniger Zeit am CAD-Arbeitsplatz verbringen und deshalb eine Anwendung benötigen, in der sie sich schnell zurecht finden. Das Ergebnis dieser Anstrengungen ist eine flexible, intuitive und individuell konfigurierbare Bedienerführung, die zu den Alleinstellungsmerkmalen der Software gehört. Der Anwender kann die gewünschten Befehle über die klassische Menüstruktur aufrufen, über zusätzliche Symbolleisten (über die Tastatur) oder über ein kontextsensitives Menü am Mauszeiger. In der letzten Version hat man zudem so genannte Mausgesten implementiert: Wenn man die Maus mit gedrückter Taste in eine bestimmte Richtung bewegt, erscheint eine Art Rondell mit bis zu acht Funktionstasten, die der Anwender individuell belegen kann. Außerdem bietet die Software die Möglichkeit, die Funktionen taktil auszulösen, sofern der Anwender über einen Touchscreen verfügt.

Über eine Triade lassen sich Flächen und Volumenkörper sehr komfortabel entlang der Raumachsen bewegen. Die Geometrie passt sich dank der Instant-3D-Option in Echtzeit an, so dass der Anwender die Auswirkungen seiner Operation sofort sieht, ohne erst das Modell aktualisieren zu müssen. Das System erkennt auch, wo bereits Material vorhanden ist und verwandelt ein neues Geometrieelement, beispielsweise einen Zylinder, entweder in eine Aussparung oder eine Austragung, je nachdem ob der Anwender es in den Volumenkörper hineinschiebt oder herauszieht.

Direkt Modellieren mit Konstruktionshistorie

Die direkten Modellieroperationen sind Bestandteil des normalen Funktionsumfangs von SolidWorks und verteilten sich früher über mehrere, anwendungsspezifische Funktionsgruppen, beispielsweise für Gusskonstruktionen. Mit wachsender Zahl der direkten Modellier-Funktionen (und mit Blick auf das wachsende Anwenderinteresse an diesen Funktionen), hat man sie vor einiger Zeit in einer eigenen Gruppe angeordnet, was aber nicht ausschließt, dass der Anwender sie seinen Anforderungen entsprechend umgruppiert. Neben Funktionen wie Fläche verschieben, drehen, kopieren, löschen oder ersetzen, Fasen oder Verrundungen erzeugen und Musterbefehlen hat er die Möglichkeit, Volumenkörper abzuspalten oder aufzuschneiden und über eine neue Fläche miteinander zu verbinden. Neuerdings kann er verbundene oder tangentiale Flächen über eine Option im Kontextmenü anwählen, so dass er sie nicht einzeln anzuklicken braucht. Die Ziehoperationen funktionieren auch in einer aktiven Schnittansicht, allerdings nur auf Bauteil- und nicht auf Baugruppen-Ebene.
Wie bereits gesagt, wendet der Anwender die direkten Modellieroperationen im Kontext der historienbasierten Modellierung an, was bedeutet, dass sie wie klassische, parametrische Features im Konstruktionsbaum mitgeschrieben werden. Um sie nachträglich editieren zu können, also beispielsweise ein festes Maß oder eine Abhängigkeit zwischen zwei Maßen zu definieren, muss er allerdings erst die unterliegenden Skizzen des 3D-Modells bemaßen. Für die nachträgliche Bemaßung aller Skizzen zu einem Bauteil hat SolidWorks-Partner SolidLine ein Makro programmiert, das sie im Batchbetrieb öffnet, bemaßt und wieder schließt. Seit der Version 2010 von SolidWorks kann der Anwender über eine entsprechende Option die Funktion zur automatischen Skizzen-Bemaßung auch von Anfang an aktivieren.

Wenn die direkten Modellieroperationen wie normale Feature-Operationen behandelt werden, stellt sich natürlich die Frage, wie die Software mit Konflikten umgeht – beispielsweise wenn der Anwender eine Fläche verschiebt oder löscht, an der ursprünglich mal eine Verrundung hing. Um Widersprüche oder Inkonsistenzen bei der Neuberechnung des Modells zu lösen, bietet SolidWorks ein leistungsfähiges Fehler-Management. Es zeigt dem Anwender im Feature-Baum an, wo genau der Fehler auftritt, und unterstützt ihn bei der Lösung des Konflikts durch visuelle Hilfen. Ohne Kenntnis der Modellgeschichte kann er anhand eines so genannten Ghost-Modells die fehlende Kante und ihre Lage erkennen, auf die sich die Verrundung bezog, und sie gegebenenfalls neu zuordnen.

Schneller bei unvorhergesehenen Änderungen

Die direkten Modellieroperationen können zum einen genutzt werden, um bestehende, parametrische Konstruktionen flexibler zu ändern. Nehmen wir mal an, der Konstrukteur hätte das Aluminiumgehäuse eines Motorradtachos modelliert, indem er einen Block erzeugt, ihn ausgehöhlt und dann die äußere Kontur definiert. Aus der Anordnung der Schrauben des Deckels ergibt sich später die Notwendigkeit, die Wandung stärker zu machen, was beim Modellaufbau in dieser Form nicht berücksichtig wurde und sich deshalb mit den herkömmlichen, parametrischen Funktionen nur relativ aufwändig umsetzen ließe. Mit Hilfe der Offset-Funktion im direkten Modelliermenü verschiebt er die Fläche der Kontur einfach um ein paar Millimeter nach außen und lässt die Verrundungen automatisch trimmen. Das Offset-Feature wird an der entsprechenden Stelle im Konstruktionsbaum abgelegt und kann jederzeit editiert oder auch wieder gelöscht werden. Dadurch trägt das direkte Modellieren maßgeblich zur Beschleunigung von unvorhergesehenen Konstruktionsänderungen bei.

Zum anderen beschleunigt die direkte Modelliertechnik aber auch die Erstellung von neuen Modellen in der Konzeptphase, in der der Konstrukteur noch nicht genau weiß, wie sein Produkt oder Werkzeug später genau aussehen wird. Er kann die Geometrie einfach in die gewünschte Richtung ziehen oder auftrennen und wieder zusammenfügen. Bei diesen Trennoperationen bleiben bestehende Feature-Beziehungen erhalten, solange die topologische Grundlage dieser Beziehung nicht verletzt wird. Wird beispielsweise die Ebene, in der ein Bohrungsmuster liegt, aufgetrennt und zueinander verdreht oder gekippt, erkennt das System die Beziehung nicht mehr und meldet einen Fehler. Die Trennfunktion ist aber sehr nützlich, um Bauteile achsensymmetrisch zu verlängern, beispielsweise eine zusätzliche Stufe in ein Folgeverbundwerkzeug einzufügen.

Ihre besondere Stärke entfalten die direkten Modellieroperationen im Zusammenspiel mit der Feature-Erkennung bei der Modifikation von importierten CAD-Modellen. Der Werkzeug- und Formenbauer kann damit die Bauteile seiner Auftraggeber fertigungsgerecht aufbereiten und zum Beispiel Bohrungen verschieben, damit die Abstände im Bereich der vorgegebenen Toleranz liegen, oder nachträglich Ausformschrägen anbringen. Die lokale Anwendung der FeatureWorks-Funktionen erlaubt es, selektiv jene Geometriebereiche ‚intelligent‘ zu machen, die geändert werden sollen. Im Unterschied zu historienfreien Modelliersystemen regeneriert SolidWorks bei der Feature-Erkennung die Konstruktionshistorie (partiell), so dass sie für weitere Änderungen genutzt werden kann. Erkennt die Software beispielsweise eine Tasche, dann legt sie im Konstruktionsbaum das entsprechende Feature mit der dazu gehörigen Skizze an, auf deren Abmessungen der Anwender jederzeit zugreifen kann. So wird das dumme Ausgangsmodell Schritt für Schritt in die Features zerlegt, die der Anwender für die weitere Bearbeitung benötigt.

FeatureWorks erkennt Regelgeometrien wie Bohrungen, Verrundungen, Fasen, Rippen oder Auszugsschrägen zuverlässsig. In der neuen Version 2011 von SolidWorks hat der Hersteller die Feature-Erkennung dahingehend erweitert, dass sie auch komplexe geometrische Situationen bewältigt, beispielsweise geschälte Flächen beziehungsweise Flächenübergänge von einem Sechseck zu einer Kegelspitze (Bleistiftspitze). Das gleiche gilt für Austragungen eines Profils entlang eine Raumkurve (Sweep), das heißt die Software erkennt beispielsweise einen frei im Raum liegenden Schlauch, so dass die Helix modifiziert werden kann. Gewisse Einschränkungen gibt es bei der Erkennung von Freiformflächen, die jedoch als Ganzes gelöscht, ersetzt oder kopiert werden können. Das bietet gerade den Handhabungstechnikern die Möglichkeit, sie als Wirkflächen in ihre Konstruktion zu übernehmen. SolidWorks verfügt über so genannte Patchwork-Funktionen, um fehlerhafte Flächen zu reparieren und sie für die Feature-Erkennung in geschlossene Volumenkörper umzuwandeln.

Effiziente Weiterverarbeitung von Fremddaten

Ohne den historienbasierten, parametrischen Modellieransatz aufzugeben, bietet die direkte Modelliertechnik dem Anwender von SolidWorks mehr Flexibilität bei der Neuerstellung und vor allem bei der Änderung von parametrischen Modellen. Eventuell auftretende Konflikte zwischen direkten Operationen und parametrischen Constraints lassen sich dank des Fehler-Managements relativ einfach erkennen und beheben. Die direkte Modelliertechnik ist vielleicht nicht dafür gedacht, massive topologische Eingriffe an den Modellen vorzunehmen, erleichtert aber den Zielkunden von SolidWorks in Werkzeug- und Formenbau oder der Zulieferindustrie die Umsetzung der vielen kleinen Änderungen, die erforderlich sind, um die Modelle ihrer Auftraggeber im Prozess effizient weiterverarbeiten zu können. Ihre besondere Stärke entfaltet sie im Zusammenspiel mit der leistungsfähigen Feature-Erkennung bei der Weiterverarbeitung von importierten Modellen aus anderen CAD-Systemen, die gezielt mit den Features angereichert werden können, die der Anwender für seine Modelländerung benötigt. Dadurch können sie schneller und flexibler auf neue Kundenanforderungen reagieren, was die Durchlaufzeiten im gesamten Prozess verkürzt.

Michael Wendenburg, Fachjournalist, Sevilla

SolidWorks Deutschland GmbH, Haar Tel. 089/612956-0, http://www.solidworks.de

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