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Datum: Juli 2003       Autor: Brian Gott, Cambashi         Übersetzung: EDS PLM Solutions (Deutschland)

Aus Sicht des Entwicklungsingenieurs ..., des Konstrukteurs ...

Vorteile der 3D Volumenmodellierung'
 
bullet Ein 3D CAD-System verwenden
bullet Worauf in einem 3D CAD-System geachtet werden soll
bullet Typische Mainstream 3D CAD-Systemspezifikation
bullet Zusammenfassung und Empfehlungen

Die Tatsache, dass so viele Entwicklungsfirmen heute noch an 2D CAD-Systemen festhalten, auch wenn die Vorteile des 3D CAD generell bekannt sind, legt den Verdacht nahe, dass diese Vorteile entweder nicht verstanden oder nicht akzeptiert werden. Gut bekannt oder nicht, wir möchten sie in jedem Fall kurz zusammenfassen.

Obwohl 2D CAD-Systeme die Erstellung von Zeichnungen beschleunigen können, ist das Ergebnis des Entwicklungsprozesses doch genau das, was es immer war – ein Satz von 2D Zeichnungen. Für Einzelteile mit einfachen Geometrien ist das sicher in Ordnung. Aber 2D Zeichnungen sind sicher nicht das ideale Werkzeug, ein komplexes Produkt als Ganzes zu dokumentieren, nicht für Ingenieure und ganz sicher erst recht nicht für Kunden und Zulieferer. Zeichnungen können falsch interpretiert werden und nicht eindeutig sein, das führt zu Fehlern, späten Änderungen und verlorener Zeit. Informationen aus Zeichnungen für Folgeprozesse wie Analysen oder Fertigung zu extrahieren, braucht Zeit und ist wiederum eine potentielle Fehlerquelle. 2D CAD-Systeme verbessern die Zeichnungsproduktivität, aber auch nicht viel mehr.

Im heutigen Wettbewerb wird von Ingenieuren immer mehr verlangt. Ihre Aufgabe ist es, Produkte zu entwickeln und zu konstruieren, die sich verkaufen und ihre Zeit ist zu kostbar, um mit zeichnen vergeudet zu werden. Sie brauchen neue und bessere Werkzeuge.

3D Volumenmodelliertechnologie bietet diese Werkzeuge. Mit einem 3D CAD-System erzeugt der Ingenieur ein geometrisch genaues, eindeutiges, digitales Produktmodell (oder „virtuelle Prototypen"), das in der Entwicklung genauso genutzt wird, wie für die Fertigung und Montage. Die Arbeit mit dem 3D Modell am Bildschirm beschleunigt das Denken, ermutigt zu Innovationen und zeigt Fehler auf, sobald sie entstehen. Das digitale Produktmodell erlaubt in Verbindung mit dem Internet die gleichzeitige Arbeit (concurrent und collaborative engineering). Es ist die Basis für Besprechungen mit Kunden, Planern, Fertigungsbetrieben und Zulieferern und kann direkt für Analysen und Fertigungsprozesse verwendet werden. Das Ergebnis sind bessere Produkte, die schneller entwickelt werden.

2D Zeichnungen verschwinden in diesem Szenario nicht. Die besten 3D CAD-Systeme verfügen über voll integrierte 2D-Umgebungen, die für die Erstellung von Skizzen in der 3D-Modellierung eingesetzt werden und für die Dokumentation der Entwicklung im klassischen Sinn. Komplette 2D Zeichnungen werden oft von Zulieferern und anderen Prozessbeteiligten benötigt. Mit einem modernen 3D System können diese Zeichnungen praktisch automatisch vom 3D Modell abgeleitet werden und erzeugen damit eine Steigerung der Produktivität beim Zeichnen, wenn man es mit einem 2D CAD-System vergleicht, und die Zeichnungen sind genau. Diese hybride 2D/3D-Technologie entfernt das „entweder/oder" im Bezug auf die Arbeitsweise, denn sie bieten dem Anwender viel Flexibilität bei seiner Arbeit und der Entwicklungsleitung die Möglichkeit, weich in die 3D Modellierung einzusteigen.

Die meisten Konstrukteure sind kreative Leute und 3D CAD ist eine kräftige Hilfe für Kreativität und Innovation. Die Möglichkeit, visuell Kollisionen zwischen Teilen, komplizierte Geometrie, notwendige Toleranzen, Bewegungsabläufe, Baugruppenstrukturen und alle Aspekte der Entwicklung zu erkennen während sie wächst, ist sehr befriedigend. Entwickeln in 3D ist viel schneller, als eine Produktdefinition über Zeichnungen abzubilden, wodurch der Konstrukteur viel mehr Zeit mit der Entwicklung und weniger mit der Zeichnungserstellung verbringt. Dies, plus der Möglichkeit, Analysen und Fertigungsabläufe während der Entwicklung zu betrachten, führt zu besseren Produkten und größerer Zufriedenheit bei der Arbeit.

Führende 3D CAD-Systeme verfügen heute über Möglichkeiten der Datenverwaltung, wodurch Entwicklungsdaten für den Online-Zugriff und die Wiederverwendung leichter gefunden werden können. Normalerweise verbringt ein Ingenieur nur 20% bis 40% seiner Arbeitszeit mit der Entwicklung, der Rest sind administrative Aufgaben. Eingebautes PDM minimiert diese Aufgaben, findet automatisch den Status von Revisionen, pflegt Verknüpfungen zwischen Teilen, Baugruppen und Zeichnungen, während die Entwicklung weiter geht, verwaltet Änderungsanfragen und erhält die Produktstruktur, damit Stücklisten immer aktuell und vollständig sind.

Der Hauptvorteil von 3D Volumenmodellierung und virtuellen Prototypen ist die gesteigerte Produktivität und Effektivität im gesamten Entwicklungsprozess, speziell die Möglichkeit des concurrent und collaborative engineering. Für die Firma bedeutet das wettbewerbsfähigere Produkte, schnellere Lieferzeiten, verbesserte Kundenzufriedenheit und höhere Umsätze. Für die Entwicklungsabteilung ist der Hauptvorteil die verkürzte Entwicklungszeit – normalerweise die Hälfte der Zeit im Vergleich zu einem 2D System. Und für den individuellen Konstrukteur ist es ein besseres Werkzeug um die Arbeit schneller zu erledigen.

Ein 3D CAD-System verwenden

Bis vor ein paar Jahren war die Volumenmodellierung aus technischen Gründen auf kleinere Produkte und einzelne Komponenten limitiert, wobei das Augenmerk auf Folgeprozessen wie Werkzeug- und Formenbau lag. Die Erzeugung großer Baugruppen war auf die Flugzeug- und Automobilindustrie beschränkt, die sich eine Investition in große Computersysteme leisten konnten.

Die große Veränderung war die Verfügbarkeit Windows-basierter Mainstream Systeme für die Erzeugung großer Baugruppen.

Baugruppenmodellierer bieten zwei Hauptfunktionen: die Erzeugung logischer Strukturen für die Organisation und Gruppierung von Teilen in Unterbaugruppen und Baugruppen und Werkzeuge für die Erzeugung von Einbaubedingungen, Regeln und parametrische Beziehungen zwischen Teilen. Mit der Verfügbarkeit der Modellierung großer Baugruppen als Mainstream Technologie stiegen mehr und mehr Firmen aus den Bereichen Maschinenbau, Konsumgüter und Elektonik auf 3D CAD um. Aus zwei Gründen – eine bessere Möglichkeit zu Konstruieren und eine bessere Möglichkeit, Konstruktionsdaten zu verwalten. Jedes komplexe Produkt benötigt eine ganze Menge von Leuten, die gleichzeitig daran arbeiten. 3D CAD mit der Möglichkeit Baugruppen zu modellieren spielt eine Schlüsselrolle bei der Koordination der Arbeit des gesamten Teams, indem es als Informationsverwaltung dient und zur Erstellung komplexer Geometrien.

Für den einzelnen Anwender, der keine Erfahrung mit 3D CAD hat, stellen sich die Fragen:

Wie funktioniert das?
Kann ich das lernen?
Wie kann ich von 2D nach 3D umsteigen?

Die Antworten werden Sie leichter finden, wenn Sie 3D in Aktion erleben und es selbst ausprobieren. In der Praxis wird sich herausstellen, dass die Bedienung intuitiv ist, was nicht überrascht, weil die meisten Konstrukteure eine 3D Ansicht ihrer Konstruktion im Kopf haben. Der Konstrukteur arbeitet direkt an der Abbildung eines 3D Modells, mit der Möglichkeit, konventionelle Zeichnungen mit 3 Ansichten zu erzeugen und Schnitte in jedem Winkel zu legen, zu jeder Zeit, auf Knopfdruck. Drei grundlegende Techniken werden verwendet, ein Modell zu erstellen – zeichnen auf Konstruktionsebenen, zeichnen auf bestehenden Flächen und Verschneidungen. Das ist die Verwendung verschiedener Befehle um Material von einem Modell abzuziehen oder hinzuzufügen und es mit Flächen oder Ebenen zu verschneiden. Verschiedene andere Werkzeuge erlauben die Erzeugung und Modifikation gekrümmter Flächen und die Verbindung dieser Flächen mit anderen zur Definition eines Volumenkörpers.

Die grundlegende Beschreibung sagt allerdings noch nichts über die Breite der Funktionalitäten, intelligenten Workflow-Hilfen, automatischen Modellierfunktionen und Assistenten aus, die ein modernes 3D CAD-System enthält. Ein neuer Anwender betritt eine Umgebung, in der er viel Unterstützung vorfindet, es muss aber auch erlernt werden. Lernen ist heute ebenfalls viel einfacher geworden durch Online-Lernprogramme und Kontexthilfen. Denken Sie auch daran, dass nicht alles auf einmal gelernt werden muss, es kann in kleinen Schritten vorwärts gegangen werden. Die Regel ist, einfach anzufangen, während der Arbeit dazu lernen und neue Befehle ausprobieren. Dann können Sie mit der Zeit abenteuerlustig werden.

Der Umstieg von einem 2D CAD-System zur 3D Modellierung ist durch die neuen hybriden 2D/3D Systeme viel einfacher geworden, weil das 2D CAD komplett im 3D Modelliersystem integriert ist. Als Ergebnis dieser Integration kann der Anwender wählen, in welchem Modus er arbeiten möchte und die Entwicklungsabteilung kann einen progressiven Umstieg planen statt einem glatten Schnitt. Wir empfehlen einen schrittweisen Umstieg in dem die Arbeit in 2D nicht ausgeschlossen wird. Wenn die Erfahrungen mit der 3D Modellierung wachsen und eine entsprechende Sicherheit aufgebaut ist, kann es als Hauptsystem verwendet werden.

In der vorhersehbaren Zukunft wird auch die Produktentwicklung mit 3D Systemen noch immer 2D Zeichnungen erfordern – zur Definition der 3D Modelle und zur traditionellen Dokumentation. Speziell Konstrukteure, die an komplexen Produkten und großen Baugruppen arbeiten, werden 2D Layoutzeichnungen als Hilfe bei der Entwicklung von 3D Baugruppen nützlich finden. In der Realität sind allerdings viele Produkte „nur" Modifikationen bereits bestehender Produkte. In diesem Fall ist es wichtig, dass ein 3D System in der Lage ist, bestehende 2D Zeichnungen zu importieren.

Es sollte nun ersichtlich sein, dass 3D Systeme eine große Auswahl an Arbeitsmethoden bieten. Baugruppenmodellierer ermöglichen z.B. einen Top-Down-Ansatz, in dem Konstrukteure auf einer Systemebene beginnen und sich dann nach unten arbeiten, wobei der Grad der Detaillierung steigt und letztlich alle Bedingungen und Beziehungen definiert werden. Die alternative Methode ist, die Baugruppe von der Einzelteilebene nach oben aufzubauen. In der Praxis wird wohl iterativ in beiden Richtungen gearbeitet und jede Firma wird den für sie passenden Weg anhand der Produkte, Fähigkeiten und Organisation wählen. Egal, welcher Ansatz gewählt wird, die Kombination moderner 3D CAD-Technologie mit integrierter Datenverwaltung stellt sicher, dass die Arbeit des gesamten Teams, auf Bauteilebene oder auf Baugruppenebene, eng koordiniert wird.

Worauf in einem 3D CAD-System geachtet werden soll

Der erste Schritt zum Verständnis von 3D CAD ist eine grundlegende Anerkennung der Funktionen, die solche Systeme bieten. Heutige Mainstream 3D Volumenmodelliersysteme sind umfangreiche Konstruktions- und Datenverwaltungssysteme mit einer weiten Palette an Funktionen, die verstanden werden müssen, damit die Vorteile, die damit möglich sind, erreicht werden. Funktionen, die eine leichte Bedienung und einen einfachen Umstieg von 2D auf 3D unterstützen, sind im momentanen Kontext von großer Bedeutung. Die folgende Checkliste mit Punkten, auf die geachtet werden sollte, ergänzt unsere allgemeinen Ausführungen.

Typische Mainstream 3D CAD-Systemspezifikation
bullet MS Windows-basiertes System mit niedrigem Preis und firmenweiter Kompatibilität
bullet Durchdachte Systemstruktur mit allen Funktionen im direkten Zugriff und logisch angeordnet
bullet Kompletter Umfang an 3D Modellierfunktionen, logisch angeordnet, mit gut integrierter Flächen- und Volumenmodellierung
bullet Hybride 2D/3D Technologie mit kompletter 2D Umgebung und integrierter „zwei-wege" Schnittstelle für 2D Zeichnungen und 3D Modellen
bullet Gemischte 2D/3D Workflows für Baugruppenlayout und Modellierung
bullet Umfangreiche Hilfen wie Lernprogramme, Assistenten, die oft verwendete Operationen „automatisieren", Workflow-Unterstützung und halbautomatische Konstruktionswerkzeuge für Aufgaben wie Blechkonstruktion, Schweißkonstruktion, Verrohrungen oder Verdrahtungen
bullet Möglichkeit, große Baugruppen (100.000 Teile oder mehr) verarbeiten zu können und Aufgaben zwischen Mitarbeitern zu teilen
bullet Integrierte Datenverwaltung zur Verwaltung von Dateien und Änderungsanforderungen sowie zur Erstellung von Stücklisten und Verwendungsnachweisen
bullet Anpassbare Bibliotheken für Formeln und Algorithmen, mit formel-basierter Modellierungsmöglichkeit
bullet Animierte Bewegungssimulationen und Kollisionskontrollen
bullet Umfangreiche Schnittstellen zu Software von Drittanbietern für Analysen, Simulationen, Fertigung und spezieller Konstruktionssoftware
bullet Möglichkeit des Zugriffs auf Konstruktionsdaten für Nicht-CAD-Anwender
bullet Unterstützung des „collaborative engineering", vorzugsweise über Internet und Datenverwaltungstechnologie
bullet Integriertes Web-Publishing, das aus der Konstruktionssitzung verwendet werden kann
 

Zusammenfassung und Empfehlungen

Moderne 3D Volumen CAD-Systeme möchten, dass Konstrukteure mehr Zeit mit der Konstruktion und weniger Zeit mit Zeichnungen verbringen. Das Ergebnis sind bessere, wettbewerbsfähigere Produkte, die schneller produziert werden

3D-Technologie bietet dem Ingenieur ein produktiveres und befriedigenderes Umfeld das die Kreativität und Innovationen fördert, die Qualität steigert, Zusammenarbeit ermöglicht und Fehler reduziert

Im Gegensatz zu einigen Annahmen ist 3D-Technologie nicht schwierig umzusetzen oder zu lernen, moderne 3D Systeme sind mit Funktionen zur leichten Bedienung und intelligenten Hilfen ausgestattet

Hybride 2D/3D-Technologie ist eine wichtige, neue Entwicklung die dem Anwender Flexibilität bei der Auswahl des Arbeitsmodus gibt und einen Schritt-für-Schritt Umstieg (Entwicklung) von 2D zu 3D ermöglicht.

 

 

 

 

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