Symposium für Produktentwicklung & Product Lifecycle Management

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1 Mit arametrischem Design im PLM-Prozess zur Produktivitätssteigerung / Reim

2 Überblick Mit arametrischen Tools kann die Produktentwicklung erheblich beschleunigt werden. Basis stellt ein arametrisiertes CAD-Mastermodell dar, von dem neue Varianten und Projekte durch Eingabe neuer Daten in ein z.b. verknüftes Excel-Sreadsheet schnell abgeleitet werden können( s. Live-Teil). Zum zentralen, arametrischen CAD-Modell assoziativ verknüfte Files, wie Zeichnungen und Simulationen aus Produktion und Berechnung bilden zusammen einen PLM-Master-Filesatz und können in den neuen abgeleiteten Projekten wiederverwendet werden (Beibehaltung der Assoziativität, Stichwort Digitale Fabrik / PLM). Die arametrischen Mastermodelle lassen sich durch alle grösseren PDM- Systeme roblemlos verwalten. Es gibt unterschiedliche Ansätze der Parametrisierung, wie man im folgenden sehen kann. 2

3 Intensity of arameterization Mit arametrischem Design im PLM-Prozess zur Produktivitätssteigerung Vorentwicklungsaufwand und Einsarung an Entwicklungsstunden Add. costs for rearing (one time) [%] (Ref.) ~ 500 Saving of design hours (every use) [%] (Ref.) Un-arameterized 3D-model Former Catia V4 standard Parts driven by arameters Actual standard of NX Creo Catia V5/V6... Parts of an assembly driven by interart exressions Defining of main arameters Master control art with calculations Defining of all relevant arameters Sreadsheet driven, modular arameterization Quelle: Andritz Hydro Ravensburg 3

4 Reduktion der Entwicklungsstunden in einem Beisiel aus der Praxis Quelle: Andritz Hydro Kriens 4

5 Parametrische CAD-Programme Parametrische CAD-Programme verfügen über einen historienabhängigen Feature-Strukturbaum im Einzelteil, Beisiele: Catia V5/V6, Creo, NX Imlizite Variablen, welche früher nur über Menüfunktionen adressierbar waren, sind nun als exlizite Parameter verfügbar, Beisiel: Punkt mit den drei Koordinaten: 1x, 1y, 1z Diesen CAD-Geometriearametern können nun sowohl Werte exlizit durch Eingabe in die Parameterliste, durch Einlesen bzw. Imortieren oder weiterhin er Menüfunktionen zugewiesen werden. Durch diese Eigenschaft können heute Parametrisierungen auch intern, in einer CAD-sezifischen, integrierten und einfachen Programmiersrache durchgeführt werden Darüber hinaus gibt es noch die CAD-Systemarameter oder Variablen, sie sind auf der Seite der CAD-Systemkonfiguration ebenfalls bedeutsam für Produktivitätsverbesserungen, Beisiel: Automatischer Gewichtseintrag auf der Zeichnung und in den Stücklisten 5

6 Parametrisierung Parametrisierungen sind bereits innerhalb eines Teiles möglich, wenn z.b. einzelne Features zueinander in Abhängigkeit gebracht werden sollen. Unter dem Begriff Parametrisierung wird jedoch häufiger der Aufbau von Teile- und baugruenübergreifenden Beziehungen verstanden, welche durch einen Zusatz-Entwicklungsaufwand manuell angelegt werden müssen. Diese Verknüfungen können aufgebaut werden durch a) direkte Verlinkung der Geometrie-Parameter oder durch b) Erzeugung von Geometrie-Links, wobei verschiedenste Geometrieelemente aber auch komlette Solids adressiert werden können. Das arametrische CAD-System stellt mit dem Historienbaum die notwendige Voraussetzung hierfür zur Verfügung. Die CAD-interne Parametrisierung hat viele Vorteile, insbesondere wenn sie modular ausgeführt wird, so z.b. in Bezug auf Überschaubarkeit, Geschwindigkeit, etc.. Sie ist jedoch ans CAD-System gebunden und kann nur mit Zusatzaufwand entkoelt werden. Die CAD-externe Programmierung kann hingegen bei Ablösung des CAD- Systems ohne Anassungsaufwand wiederverwendet werden. 6

7 Modulares Skelettrinzi mit interner Programmierung Verwendung einer hierarchischen Skelettstruktur (Reräsentation der Schnittstellenmasse) zur Positionierung der Komonenten und für die Eingabe, Berechnung und Übertragung der Parameter Parameterfluss kaskadenförmig (kein Übersringen), Richtung To-Down Keine Rückbezüge (nicht auflösbare Zirkelbezüge) oder Horizontalbezüge Geometrieberechnungen erfolgen in den Komonenten und auf der jeweils niedrigst-möglichen Komonentenstufe Mechanische Berechnungen und die Dateneingabe erfolgen im Sreadsheet des Hautskeletts Quasi fixe Masse werden bei der Parametrisierung vernachlässigt Vorteile: Einfache Umdefinition im Kontext Weniger Parameter im Sreadsheet (grosse Baugruen) Dauerhafter Zugang zu den Parametern (keine Parameter in Baugruen- Files) Teil-Module arametrisch funktionsfähig dank modularer Programmierung n C n Autonomous Module 7

8 Positionierung der Komonenten in der Skelettstruktur und Parameter- Transfer TURBINE ASM TURBINE ORIGIN NX-SPREAD- SHEET Y ASM Exression List Y ORIGIN Exression List Z ASM Z ORIGIN TURBINE A Exression List Exression List Y B Exression List Z C Exression List Z D Exression List 8

9 Parametrische Analogie Stromschiene Parametric Rail: ROOT ASM ROOT ORIGIN Sreadsheet 1: Geometry Data SHAFT IMPELLER ASM C Sreadsheet 2: Hydraulic Data C IMPELLER ORIGIN IMPELLER KEY KEY RING WATERWAY 9

10 Dateneingabe 10

11 Dokumentation der Parameter 11

12 Live-Vorführung des Palloid-Tools der Fa. Klingelnberg, akt. Stand 12

13 Wiederverwendung von Baugruen aus der arametrischen Bibliothek C C (1) Cut existing assembly at aroriate structural level free and clone. All assembly internal Parameters will be referenced to new context. C (3) Do this (2) by overwriting unchanged out-ofdate roject filenames with new ones manually (2) Connect remaining assembly external arameters of embedded control-art to new roject. internal n C n 13

14 Kurze Zusammenfassung der Parametrisierungsmethode Die vorgestellte Parametrisierung basiert auf dem Skelettrinzi und wird modular innerhalb des CAD-Systems durchgeführt Die Skelett-Files werden für die Positionierung der Komonenten, für Dateneingabe, Berechnung und Datentransfer verwendet Die gewählte Anordnung der Geometrieberechnungen auf niedrigstmöglichem Niveau führt zu einer gleichmässigeren Verteilung der Parameter in der modularen Struktur Der Änderungsrozess lässt sich durch direktes Anklicken von eingeblendeten Skelettebenen erheblich beschleunigen. Grosse Baugruen können arametrisch gemäss bewährtem Workflow bearbeitet werden Auch für komlexe Geometrien, wie z.b. Freiformflächen, existieren raxiserrobte arametrische Lösungen Das eingesetzte Mastermodell-Konzet ist PLM- und PDM-komatibel 14

15 Erzielter Fortschritt 80% Einsarung an Entwicklungsstunden sind trotz Formabweichungen zum rogrammierten Modell möglich 95% Einsarungen sind möglich bei Formtreue zum rogrammierten Modell Konzentrations- und Flüchtigkeitsfehler werden durch die automatische Ausführung der Geometrieerstellung bzw. -änderung vollständig vermieden Den Ingenieuren bleibt mehr Zeit für Kernaufgaben ihres Fachgebietes, stuide Wiederholtätigkeiten entfallen Durch den Einsatz des Tools ergibt sich im Laufe der Zeit eine Bibliothek aus wiederverwendbaren arametrischen Bau- bzw. Unterbaugruen Assoziative Simulationen für Berechnung und Fertigung können für Auslegung, Überrüfung oder Tests frühzeitig, modular und da arametrisch unterstützt - sehr seditiv durchgeführt werden Die Wettbewerbssituation der Firma verbessert sich infolge deutlich höherer Produktivität Durch die enorme Verbesserung der Prozessleistung amortisiert sich der Vorentwicklungsaufwand rasch. 15

16 Ausblick Externer Inhalt mit freundlicher Genehmigung von: Andritz Hydro AG, Kriens Andritz Hydro GmbH, Ravensburg Klingelnberg AG, Zürich Theben HTS AG, Effretikon 16

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