3D-CAD-Software Produktkonfiguration und automatische Konstruktion

Produkte anhand einer begrenzten Zahl von wählbaren Parametern kundenspezifisch effizienter zu planen – hierzu bietet Autodesk abgestufte Lösungen.

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Die digitale Produktentwicklung ist im Maschinenbau etabliert. Sie verkürzt die Entwicklungszeiten, verbessert die Qualität der Produkte und trägt dazu bei, Innovationen schneller als früher auf den Markt zu bringen. Dennoch müssen die Unternehmen permanent an der Weiterentwicklung ihrer Produkte und Prozesse arbeiten.

Der Wettbewerb schläft nicht. Es gilt, weitere Rationalisierungsreserven zu erschließen. Die Standardisierung der Produktportfolios und die Automatisierung der Prozesse in der Entwicklung und Fertigung von Sondermaschinen mit vielen Ähnlichkeitsmerkmalen und Standard-Elementen bieten große Chancen, Produkte anhand einer begrenzten Zahl von wählbaren Parametern kundenspezifisch effizienter und kostengünstiger zu planen und zu produzieren. Autodesk bietet abgestufte Lösungen für diese Anforderungen.

Tabellengesteuerte Variantenkonstruktion

Parametrische CAD-Systeme wie Autodesk Inventor bieten gute Voraussetzungen, um eine effiziente und überlegte interne Normung und Baukastenkonstruktion zu realisieren. Ein einleuchtendes einfaches Beispiel illustriert die Vorteile der parametrischen Beschreibung: Die DIN-Reihe eines Stahlprofils. Ein einziges parametrisches Modell – bei Inventor „iPart“ genannt – mit den tabellierten Variablen Flanschbreite und Steghöhe sowie der frei definierten Länge legt die gesamte Normreihe eindeutig fest.

Weitere Größen, wie Flansch- und Stegdicke, Radien etc. sind über eine Tabelle zugeordnet. Die in der Norm festgelegten Parameter sind im virtuellen Modell oder in einer Excel-Tabelle abgespeichert und mit den Variablen des Bauteils verknüpft. Der Konstrukteur braucht sich nur um die frei wählbaren Nenngrößen zu kümmern, die übrigen Größen kennt das System und generiert daraus automatisch bei Bedarf das gewünschte Bauteil.

Dieses Prinzip lässt sich analog auf die firmenspezifische Standardisierung von häufig wiederkehrenden Teilen und abgestuften Produktfamilien anwenden. Es ist nicht beschränkt auf Einzelteile. Autodesk Inventor dehnt es analog auf Baugruppen aus.

Eine Master-Baugruppe – bei Autodesk Inventor heißt sie „iAssembly“ – ist das parametrische Modell, das durch eine Anzahl von Variablen abgewandelt wird und aus dem die abgeleiteten Varianten generiert werden. Sie bilden standardisierte Produktfamilien, z. B. eine Familie von Hydraulikzylindern für unterschiedliche Belastungen.

Zum Beispiel ...

Die ENCO Energie Componenten GmbH im oberösterreichischen Pinsdorf baut Wärmetauscher variabler Größe und mit flexibel konfigurierbaren Anschlussflanschen. „Standardwärmetauscher haben wir parametrisch aufgebaut. Sie sehen im Wesentlichen immer gleich aus, nur die Breite, Höhe und Tiefe verändern sich. Man muss lediglich diese Parameter eingeben, und dann werden diese Geräte jetzt nahezu automatisch generiert. Das bringt uns einen großen Zeitgewinn“, erklärt Jochen Distler, Betriebsleiter bei ENCO.

Die Firma Franz Hauer im österreichischen Statzendorf definierte ein parametrisches Modell für eine ganze Familie von Anbau-Schneepflügen mit unterschiedlichen Arbeitsbreiten zwischen 2,40 bis 3,20 Meter, die sich daraus ableiten lassen. „Eine gewaltige Leistung“, lobte Peter Acham, Betriebsleiter des Unternehmens, seine Konstrukteure, die damals als Neulinge unter Zeitdruck innerhalb von drei Monaten die komplexe Konfiguration erstellten.

Logik ohne Programmierung

Die gewohnte parametrische Modellierung verwendet die Bemaßung, um die Geometrie eines Bauteils (und von Varianten) festzulegen. Die Maßzahlen kann der Anwender entweder direkt eingeben, sie als Ergebnis mathematischer Gleichungen mit weiteren Parametern errechnen, oder aus einer verbundenen Wertetabelle (Spreadsheet) entnehmen lassen.

So nützlich die parametrische Konstruktion ist, ihre Grenzen werden sichtbar, wenn es darum geht, logische Bedingungen bei der Definition von Bauteil- oder Produktfamilien zu verwenden, mit Boole’schen Operatoren oder Textelementen (Strings) zu arbeiten, Variablen mit Listenwerten zu belegen, Gültigkeitsbereiche von Parametern festzulegen oder den Produkten nicht-geometrische Attribute wie Farbe, Material usw. zuzuordnen. Ergänzende Applikationen, sogenannte Produktkonfiguratoren, erfüllen diese komplexeren Anforderungen.

Auch iLogic, mittlerweile fester Bestandteil von Autodesk Inventor, kann mit den logischen Abhängigkeiten umgehen und verwendet Regeln, Regel-Editoren sowie Parameter-Editoren und -Filter, um parametrische Modelle in Formularen zu definieren und zu steuern. Komplexe Bauteile oder Baugruppen können Hunderte von Parametern aufweisen. Eine Filterung dient deshalb dazu, die Darstellung der Parameter so einzustellen, dass die relevanten Parameter leichter zu finden sind.

iLogic unterstützt die Erfassung der logischen Bedingungen in den Parameter-Beziehungen. Diese Bedingungen beschränken sich nicht auf geometrische Parameter, sondern können auf viele Aspekte der Konstruktion angewandt werden. Bedingte Anweisungen lassen sich zwischen Parametern, Eigenschaften (Properties), Attributen, Konstruktionsmerkmalen (Features), Komponenten oder anderen Aspekten der Konstruktion definieren.

Die Festlegung von Abhängigkeiten zwischen den Objekten in einer Konstruktion macht es möglich, das Modell komplett, korrekt – entsprechend den Regeln – und automatisch nach Eingabe geänderter Werte abzuwandeln. Wenn beispielsweise ein Rollenförderer zu konstruieren ist, dann soll der iLogic-Konfigurator nur vorgegebene Rollen mit abgestuften Längen und Durchmessern anbieten. Eine Regel ermittelt automatisch die passenden Rollen und die Zahl der notwendigen Stützen für ein Förderersegment in Abhängigkeit von Breite und Gewicht des Fördergutes.

Ein Modell, das durch solche Regeln erweitert wurde, ist deshalb einem einfachen parametrischen Modell überlegen. iLogic verlangt keine Kenntnisse einer komplexen Programmiersprache. Dadurch entfallen hohe Anforderungen an die Erstellung einer iLogic-Anwendung. Auf die notwendigen logischen Funktionen für eine flexible Steuerung des parametrischen Aufbaus von Baugruppen brauchen die Anwender aber nicht mehr zu verzichten.

Werkzeugkasten für die Produktkonfiguration

Noch umfassender ist der Ansatz von Autodesk Inventor Engineer-to-Order (kurz Autodesk Inventor ETO, früher Autodesk Intent genannt). Diese Lösung ist eine Entwicklungsumgebung zur Automatisierung von Inventor-Konstruktionen.

Inventor ETO ist kein einfach zu bedienendes Standardprodukt, sondern ein Entwicklungstool, das eine Einführungsunterstützung erfordert. Das Ingenieurbüro IntentDesign in Simmerath verfügt mit Dieter Meuthen über einen Fachmann, der sich seit mehr als einem Jahrzehnt mit den Themen Produktkonfiguration und Vertriebsautomatisierung als Anwender, Entwickler und Berater auseinander gesetzt hat. Er betreute mehrere Inventor ETO-Implementierungen in Deutschland und ist ein Protagonist dieses neuen Werkzeugs.

"Wir stoßen mit tabellengesteuerten Variantenkonstruktionen, wie sie in parametrischen CAD-Systemen möglich sind - beispielsweise mit Inventor iParts und iAssemblies – bei größeren Projekten an technologie-bedingte Grenzen. Die Anforderungen in den Betrieben sind häufig komplexer und erfordern eine programmierte Logik, wie sie Inventor ETO in einer anwendungsgerechten Form bietet", erklärt Dieter Meuthen.

Erhöhte Anforderungen sind an den Entwickler einer Inventor ETO-Applikation zu stellen. Er muss kein ausgebildeter Programmierer sein, er muss aber die Konstruktionsaufgaben in Regeln fassen können und in der strengen, verzweigten Logik festschreiben. Für seine Ausbildung sind – nach Einschätzung von Meuthen – wenigstens zwei Wochen Training und Unterstützung einzuplanen. (Integriertes PDM-System)

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