Konstruktionsmethode Wie Technische Elemente und MBD für mehr Effizienz sorgen

| Aktualisiert am 25.04.2022Von Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Zeit- und Kostendruck erhöhen die Anforderungen an Konstrukteure und Entwickler weiter. Ein Ansatz, der über den kompletten Produktlebenszyklus Abhilfe schaffen kann, ist modellbasiertes Konstruieren. In Kombination mit Technischen Elementen können Siemens-NX-Anwender noch effizienter konstruieren.

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Die Kombination aus Technischen Elementen und Model Based Definition ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad für die Produktentstehung.
Die Kombination aus Technischen Elementen und Model Based Definition ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad für die Produktentstehung.
(Bild: Neoapps)

Mit der zunehmenden Bedeutung von Model-Based Definition (kurz: MBD) rückt das 3D-Modell als Basis für die Prozessautomatisierung immer mehr in den Fokus. Dabei beschreibt Model Based Definition einen Konstruktions- und Entwicklungsansatz, bei dem alle fertigungsrelevanten Informationen direkt im 3D-Modell zur Verfügung stehen. Das Modell wird dadurch zur „Single Source of Truth“ und macht somit die technische Zeichnung obsolet.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang vor allem, dass alle für die Prozesskette benötigten Metainformationen wie PMI, Attribute oder auch Farbinformationen möglichst standardisiert ins Modell gelangen, um Folgeprozesse automatisieren zu können. Standardisierung und Automatisierung sind somit untrennbar miteinander verbunden.

3D-Modelle um standardisierte Metainformationen anreichern

Mit der TE Toolbox kann der gesamte Produktentstehungsprozess direkt aus dem CAD-System Siemens NX automatisiert werden.
Mit der TE Toolbox kann der gesamte Produktentstehungsprozess direkt aus dem CAD-System Siemens NX automatisiert werden.
(Bild: Neoapps)

Vor diesem Hintergrund stellt sich in Konstruktion und Entwicklung die Frage, welche Methoden und Ansätze existieren, um Metainformationen möglichst standardisiert und ohne Mehraufwand ins 3D-Modell zu bekommen?

Ein Ansatz für das standardisierte Arbeiten im Zeitalter der modellbasierten Konstruktion ist die TE Toolbox vom deutschen Softwarehersteller und Siemens-Partner Neoapps (Anm. d. Red.: unternehmenseigene Schreibweise neoapps). Bei der TE Toolbox handelt es sich um ein Add-on für Siemens NX, welche Konstrukteuren die Arbeit mit Technischen Elementen ermöglicht.

Was sind Technische Elemente in der Konstruktion?

  • Technische Elemente (kurz: TEs) sind wiederkehrende Formelemente wie Lagersitze, Freistiche oder Passfedernuten, die über das Framework der Software frei definiert oder firmenspezifisch angepasst werden können.
  • Im Unterschied zu klassischen User-Defined Features (UDFs) oder Reusable Objects, bringen Technische Elemente, neben der Geometrie- auch Metainformationen wie PMI, Attribute, Farben oder Namen an Flächen bzw. Kanten mit ins 3D-Modell. Dies geschieht automatisiert im Hintergrund bzw. im Zuge des Modellierens durch die Konstruktion, gemäß den digital hinterlegten Konstruktionsrichtlinien in Form der Technischen Elemente. Dadurch wird gewährleistet, dass alle assoziativen Objekte gepflegt sind, PMIs auf den richtigen Layer bzw. Modellansichten liegen und Flächen mit den für die Fertigung benötigten Farbcodes eingefärbt werden.
  • Durch das flexible Framework der TE Toolbox können die Technischen Elemente beliebig an die Konstruktionsvorschriften angepasst werden, sodass die erzeugten Metainformationen den Vorgaben der Folgeprozesse wie CAM oder CMM entsprechen.
Durch den TE-basierten Konstruktionsansatz ist die Konstruktion in der Lage, alle Metainformationen direkt im 3D-Modell abzulegen, ohne dabei Mehraufwand bei der Modellierung zu verursachen.

Welche Vorteile haben Technische Elemente für die Fertigung?

Das standardisierte 3D-Modell bietet nun eine ideale Grundlage für die Arbeitsvorbereitung, um die Fertigungs- oder Messmaschinenprogramme, ohne zur Hilfename einer technischen Zeichnung, generieren zu können.

Technische Elemente sind standardisierte Werkzeuge wie Bohrungen, Freistiche, Lagersitze, Taschen, Verzahnungen, mit denen 3D-Modell in NX aufgebaut werden. Sie beinhalten alle Informationen für die Automatisierung der nachfolgenden Prozesse.
Technische Elemente sind standardisierte Werkzeuge wie Bohrungen, Freistiche, Lagersitze, Taschen, Verzahnungen, mit denen 3D-Modell in NX aufgebaut werden. Sie beinhalten alle Informationen für die Automatisierung der nachfolgenden Prozesse.
(Bild: Neoapps)

Voraussetzung dafür ist, dass die Metainformationen von den CAM-Prozessen wiederverwendet werden. Dies geschieht beispielsweise im Rahmen eines Feature-basierten Fertigungsansatzes (kurz: FBM), bei dem Geometrie- und Metainformationen des 3D-Modells geschickt ausgenützt werden, um die jeweils passenden Fertigungsoperationen und Werkzeuge zu identifizieren.

Die zugrundeliegende Logik bzw. das Regelwerk kann innerhalb von Siemens NX im Machine-Knowledge Editor (kurz: MKE) oder dem Tech Feature definiert werden. Ist das Regelwerk erst einmal festgelegt, wird beispielsweise das Technische Element Lagersitz durch die Zusatzattribute im NX CAM automatisch erkannt und die dafür hinterlegte Fertigungsstrategie zugewiesen. Damit ist die Bearbeitung abgeschlossen.

Durch den TE-basierten Ansatz in der Fertigung lassen sich, bei gleichzeitiger Verbesserung der Prozessqualität, die Durchlaufzeiten stark verkürzen.

Welche Vorteile haben Technische Elemente für die Qualitätssicherung?

Die modellbasierte Konstruktion bedeutet auch für die Qualitätssicherung ein Umdenken bzw. eine Neuausrichtung der Prozesse.

Ohne MBD werden Erstmusterprüfberichte für den Lieferanten meist auf der Basis von technischen Zeichnungen erstellt, indem Prüfmerkmale direkt auf dem Papier gestempelt und die dazugehörigen Nominal- und Toleranzwerte in eine Exceltabelle eingetragen werden. Dies ist jedoch nicht nur zeitintensiv, sondern auch fehleranfällig und verursacht eine Vielzahl an Anpassungen im Änderungsfall.

Darstellung einer gestempelten Passfedernut mit indizierten Stempelnummern zur eindeutigen Kennzeichnung der zusammengehörigen Prüfmerkmale.
Darstellung einer gestempelten Passfedernut mit indizierten Stempelnummern zur eindeutigen Kennzeichnung der zusammengehörigen Prüfmerkmale.
(Bild: Neoapps)

Dazu kommt, dass die „Zusammengehörigkeit“ einzelner Prüfmerkmale nicht gegeben ist. So kennt beispielsweise der Durchmesser einer Passfedernut nicht die dazugehörige Tiefe und umgekehrt. Dies erschwert die strukturierte Aufbereitung von Prüfmerkmalen.

Der Einsatz von Technischen Elementen in der Konstruktion bietet auch hier die Möglichkeit der Automatisierung:

  • Da alle PMI eines Technischen Elementes vollautomatisch im Zuge des Modellierens durch die Konstruktion erzeugt werden, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den Prüfmerkmalen.
  • Dieser Zusammenhang wird im Zuge der Stempelung der PMI mit der Prüfplansoftware Inspection3D des Unternehmens Neoapps durch eine Indizierung der Merkmale sichtbar. Ein Technisches Element besteht somit aus beliebig vielen Prüfmerkmalen.
  • Diese Prüfmerkmale können auf Knopfdruck extrahiert und beispielsweise in Form einer Excel Datei dem Lieferanten zur Verfügung gestellt werden.
  • Darüber hinaus können kritische Merkmale direkt in den Prüfnavigator von NX CMM übertragen werden, um die Programmierung der Messmaschine durchzuführen.
  • Dadurch entsteht auch zwischen der Konstruktion und der Qualitätssicherung ein durchgängiger und hochautomatisierter Prozess.

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Weitere Potenziale und Grenzen der Technischen Elemente

Der TE-basierte Konstruktionsansatz kann um eine Vielzahl an Use Cases erweitert werden. In einigen Unternehmen aus dem klassischen Maschinen- und Anlagenbau werden mittlerweile auch Fertigungskosten direkt in den Technischen Elementen abgelegt. Dadurch werden wertvolle Informationen für den RfQ-Prozess (Request for Quotation) direkt im Modell bereitgestellt. Vor allem Unternehmen des Sondermaschinenbaus mit geringen Losgrößen verbessern dadurch die Zuverlässigkeit ihrer Preiskalkulation.

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Auch die Montage kann von den Metainformationen der TEs profitieren, indem beispielsweise die notwendigen Drehmomente und die zu verwendenden Werkzeuge direkt im 3D-Modell hinterlegt werden.

Eine Grenze ist den Technischen Elementen lediglich in jenen Bereichen gesetzt, in denen keine Standardisierung der Konstruktion durch Regelgeometrien möglich ist.

Automatisierung von Konstruktions- und Fertigungsprozessen im Fokus

Seit mehr als 20 Jahren unterstützt der Siemens-Partner Neoapps NX-Anwender dabei, das letzte Quäntchen Leistung aus dem Siemens-NX-System herauszuholen, ihre Produkte präziser zu fertigen und bestehende Prozesse zu automatisieren.

Als Siemens-Solutions-Partner stellt Neoapps neben verschiedenen Dienstleistungen auch eigene Lösungen zur Verfügung. Diese Lösungen tangieren Themenschwerpunkte wie Qualitätssicherung, Revisionsmanagement, Baukastensysteme, Produktvalidierung, Produktkonfiguratoren, AEC, Large Assemblies oder auch Model Based Definition (MBD).

Weitere Infos zu Neoapps.

* Basierend auf einer Pressemitteilung von Neoapps

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