CAx-Quality-Checker im Praxistest der Zulieferer-Industrie

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1 CAx-Quality-Checker im Praxistest der Zulieferer-Industrie Whitepaper 09/2017 Eine gängige Praxis im Rahmen der Einführung eines neuen CAD-Systems ist es, die Kriterien für die Prüfung der CAD- Datenqualität zu Beginn moderat zu wählen und nach erfolgter Einarbeitungsphase sukzessiv zu erhöhen. Mit zunehmender Etablierung der Methoden für die CAD-Modellierung und Anforderungen an CAx-Prozessketten steigt auch der Anspruch an die auszuliefernde CAD-Datenqualität speziell wenn es sich um OEM-Zulieferer-Beziehungen handelt und die betreffenden CAD-Daten industriell gefertigt werden sollen. So sind beispielsweise die CAD-Prüfkriterien der Daimler AG im Jahr 2017 weitaus genauer, ( schärfer ) eingestellt als im Jahr 2015 nach der Einführung des CAD-Systems NX. Dies führt auf Seiten der Zulieferer zu einigen Aufwänden bei der Anpassung der Modellierungs- und Konvertierungseinstellungen, um die strengeren Anforderungen erfüllen zu können. Dabei rückt das Thema Datenprüfung trotz der langen Historie im CAx-Umfeld wieder in den Mittelpunkt aktueller OEM-Zulieferer-Projekte, deren Herausforderungen und Erkenntnisse im Folgenden zusammengefasst sind. Dr. Sven Kleiner, Jens Neumann Darmstadt, Germany :em engineering methods AG CAx-Quality-Checker im Praxistest der Zulieferer-Industrie Seite 1 von 6

2 Herausforderung der Systemlieferanten Eine wesentliche Herausforderung in der Automobilindustrie besteht darin, dass ein Zulieferer oder Systemlieferant neben den im eigenen Unternehmen erzeugten CAD-Modellen meist auch Daten von externen Dienstleistern oder nachgelagerten Suppliern (Tier 2/3) in die Konstruktion einbinden und abschließend an den OEM ausliefern muss. Werden fehlerhafte Geometrien an extern erzeugten Daten erst vor dem Datenversand an den OEM identifiziert, können und dürfen die betroffenen Ursprungsdaten aus zeitlichen oder rechtlichen Gründen meist nicht mehr durch den Systemlieferant modifiziert werden, was folgende Nachteile zur Folge hat: - Anfordern von nachgebesserten Daten des Sublieferanten und spätere Auslieferung, was zu Zeitverzug im Projekt und damit negativer Lieferantenbewertung führen kann oder - Auslieferung fehlerbehafteter Daten, was zur Verweigerung der Annahme oder negativer Lieferantenbewertung infolge von Problemen bei OEM-Folgeprozessen führen kann. Zwei grundlegende Ansätze stehen dem Systemlieferant an dieser Stelle zur Verfügung: eine Universallösung zur Reparatur defekter CAD-Daten auf Geometrieebene oder ein nachhaltiger Ansatz zur Vermeidung geometrischer Probleme durch frühzeitige Identifikation und Behebung im Quellsystem. Universallösung Brep-CAD-Datenreparatur Ein Ansatz zur Behebung geometrischer Probleme besteht im Einsatz einer MultiCAD-Reparatur-Software. Der Vorteil dieser Lösung liegt in der schnellen und einfachen Reparatur - unabhängig vom CAD- Quellformat und der Erzeugungshistorie der betroffenen CAD-Datensätze. Dazu werben Anbieter von CAD-Reparatursoftware mit Importschnittstellen zu allen gängigen CAD-Formaten und bieten neben der automatischen, vordefinierten Reparatur im Batch-Lauf auch einen interaktiven Analysemodus mit halbautomatischen Reparaturvorgängen sowie manuellen Simplifikationen oder einfachen Modifikationen des CAD-Modells an (z.b. Löschen von unerwünschten Flächen oder das Füllen von Löchern, siehe Abbildung 1). Hinzu kommen Spezialmodule zur Flächenrückführung, Mittelflächenerzeugung oder zur Vereinfachung von schützenswerten Modellzonen (Beispiel Innenleben). Dieser Ansatz unterstützt damit nicht nur den sicheren Datenaustausch mit geometrisch hochwertigen Datensätzen sondern stellt zugleich eine Lösung für andere Anwendungsfälle und CAx-Prozesse dar. Nachteil dieses Ansatzes ist, dass der Reparaturvorgang auf dem geometrischen Ergebnis einer Kopie des CAD- Modells aufsetzt und somit die Modellqualität im Original unberührt bleibt. Die ursächliche Fehlerquelle im CAD-Originalmodell wird durch den nachträglichen Reparaturvorgang demnach nicht behoben, wodurch die Eigenschaften des CAD-Modells auch in nachfolgenden Änderungsvorgängen von der gewünschten Qualität abweichen können. Abbildung 1 Reparatur einer fehlerhaften Geometrie mit CADdoctor von Elysium (:em AG) Seite 2 von 6

3 Frühzeige Prüfung im CAD-System Je früher die Prüfung und Absicherung der geforderten CAD-Datenqualität in die Konstruktionsabläufe integriert wird, desto geringer sind die Auswirkungen auf die nachfolgenden Prozesse. Im Idealfall prüfen alle beteiligten Datenbereitsteller die CAD-Datenqualität bereits während der Datenerzeugung in der Konstruktion und nach gleichen Prüfkriterien. Die Mindestanforderungen an den Datenaustausch sind in der VDA-Empfehlung 4950 beschrieben und sehen die Datenprüfung beim Dateneingang eines jeden Empfängers vor, besser noch beim Datenausgang eines jeden Senders (siehe Abbildung 2). und hoher Kosten für Administration und Lizensierung aller betreffender OEM-CAD-Systeme, -Versionen und Prüftools mit sich. Ein Automobilzulieferer für GM, Nissan und die Daimler AG kann zwar u.u. für alle drei OEMs dieselben NX-Lizenzen verwenden, muss jedoch für die Datenprüfung unterschiedliche Check-Tools und deren Lizenzen vorhalten. Im direkten Vergleich am Beispiel Siemens NX wird ersichtlich, dass die meisten Prüftools die gleichen Mindestanforderungen an die Datenqualität prüfen und somit redundante Funktionen erfüllen (siehe Tabelle 1). Abbildung 2 Prüfung beim Datenausgang und eingang an jeder Schnittstelle des Datenaustauschs (:em AG) Im ersten Schritt gilt es daher für die betroffenen Systemlieferanten, ihren Sublieferanten und Dienstleistern die gleiche Datenqualität abzuverlangen, die auch vom OEM gefordert wird. Hierfür bieten Softwarehersteller und OEMs diverse Lösungen an. In den nachfolgenden Abschnitten werden auszugsweise bewährte Lösungen beschrieben und gegenübergestellt. Native Quality-Checker am Beispiel Siemens NX Bei der Auswahl eines CAD-Prüfprogramms setzen viele Zulieferer auf Sicherheit und verwenden die vom OEM Die Frage liegt daher nahe, ob die Anzahl der Prüfprogramme reduziert werden kann und welcher Checker als universelles Prüftool dazu in Frage kommt. Unter den technischen Kriterien sind die größten Unterschiede in den Heilungsfunktionen auszumachen: während sich die Checkmate-Heilungsoptionen, welche auch im HQM Verwendung finden, auf Metadaten und kleine geometrische Reparaturen beschränken, ermöglicht CADdoctor for NX eine vollständige Reparatur der vorliegenden Volumen- und Flächenkörper. Die Export-Funktion in das neutrale Tabelle 1 Auszug und Vergleich unterschiedlicher Quality-Checker für Siemens NX (:emag) eingesetzten Systeme. Dies hat den Vorteil, dass die relevanten Prüfkriterien durch den jeweiligen OEM zur Verfügung gestellt und nicht durch Eigenleistung programmiert werden müssen. Für Zulieferer diverser OEMs bringt dies den Nachteil redundanter Systeme Elysium-Format ENF ermöglicht zudem die erweiterte Bearbeitung und Reparatur der Geometrie in der CADdoctor-Vollversion (vgl. Abschnitt 2). Seite 3 von 6

4 Abbildung 3 Datenprüfung und Reparatur im CAD-System NX mit CADdoctor for NX (:em AG) Um die Stärken der hier exemplarisch verglichenen Prüftools auch für andere Anwendungsfälle nutzen zu können, bieten die Softwarehersteller eine Palette an vorkonfigurierten Standardprüfungen zur Erstellung von firmenspezifischen Prüfprofilen ( Custom Checks ) und Schnittstellen für die Programmierung komplexer Prüfvorgänge an. Custom Checks im Datenaustausch-Prozess Die Einsatzmöglichkeiten von Custom Checks reichen von klassischen firmen- oder abteilungsspezifischen Geometrie- und Attributprüfungen über die Bewertung der methodischen Güte eines komplexen CAD-Modells bis hin zur Reduzierung redundanter Prüftools durch Nachprogrammieren anderer Prüftool-Profile. Die genannten Anwendungsfälle werden im folgenden Abschnitt auf Basis der Erfahrungen im Rahmen von Projekten bei Zulieferern in den vergangenen Jahren exemplarisch vorgestellt und zusammengefasst. Anwendungsfall 1: Unternehmensspezifische Datenprüfung Die Datenprüfung von externen CAD-Dienstleistern und Zulieferern sowie die Prüfung der Konstruktionsdaten im Hause der Zulieferer basiert auf eigenen unternehmensspezifischen Kriterien. In den meisten Fällen reichen dazu die konfigurierbaren Standardprüfungen der Prüftool-Hersteller aus, um die Datenqualität beim Dateneingang sowie im Rahmen der täglichen Konstruktionsprozesse zu beurteilen. Hinzuprogrammierte Custom Checks sind bis auf wenige Spezialfälle mancher Unternehmen meist nicht notwendig. Die auf diese Weise definierten Prüfungen und Profile können anschließend an Dritte ausgeliefert werden, um die gewünschte Qualität bereits beim Datenersteller und -versender prüfen zu lassen, sofern das benötigte Prüftool dort vorliegt. Anwendungsfall 2: Bündelung von (OEM-)Prüfungen Die Bündelung von (OEM-)Prüfungen dient der Reduzierung der Anzahl und Checks mehrerer, redundanter Prüftools und Lizenzen durch Zusammenfassung der vielfältigen Checks und Profile in einem ausgewählten Prüftool. Das Nachprogrammieren von Checks unterschiedlicher Quellen und Systeme kann sich hinsichtlich der einzusparenden Lizenzgebühren rechnen, muss aber im Einzelfall mit den Entwicklungskosten der Custom Checks gegengeprüft werden. Eine Hürde hierbei ist, dass manche Prüflogik nicht einsehbar ist und mittels Reverse Engineering anhand der Prüfergebnisse nachgebildet werden muss. Zudem müssen die eigens programmierten Checks bei jeder Aktualisierung der Original-Profile überprüft und ggf. angepasst werden. Anwendungsfall 3: Methodik-Prüfung Die Methodik-Prüfung dient der Beurteilung eines CAD-Modells hinsichtlich Performance und Stabilität bei Aktualisierung nach Änderungen oder Anpassungen. Im Gegensatz zur Prüfung der Metadaten sowie der geometrischen Qualität eines CAD-Modells lässt sich die Anwendung der vorgeschriebenen CAD-Methoden nur eingeschränkt prüfen. Die Grenze der kommerziellen Prüftools liegt beim Auslesen von Feature-Typen, -Benennungen oder -Inhalten. Mit keinem der bislang getesteten Tools konnte jedoch der methodische Aufbau und die sinnvolle Beziehung zwischen den Seite 4 von 6

5 Abbildung 4 Beispielhafter Programmablauf zur Methodik-Prüfung beim Dateneingang (:em AG) Konstruktionsschritten beurteilt werden, welche ein robustes und möglichst schnell aktualisierbares CAD- Modell für stabile Folgeprozesse ermöglichen. Da dem Bauteilverantwortlichen auf Seiten des Systemlieferanten meist die Zeit für manuelle Modellprüfungen fehlt, schlägt die negative Performance oft erst im Änderungsfall oder Folgeprozess zu Buche. Zur Messung solcher methodischen Qualitätsmerkmale haben sich programmierte Prüfroutinen erwiesen, die z.b. ein zu prüfendes Bauteil oder eine Baugruppe beim Dateneingang über die CAD-System-API öffnen, aktualisieren und die benötigte Zeit pro Feature messen. Diese und weitere Prüfungen lassen sich zusammen mit entsprechender Reporting- und Dash Boarding- Funktionalität als Batch-Programm im Dateneingangsprozess integrieren und ermöglichen so ein aussagekräftiges Monitoring mit Risikobewertung der CAD-Dateneingangsqualität (siehe Abbildung 4). Die standardisierten Qualitätsmerkmale sowie die einzusetzenden Prüfmethoden und -tools sollten hierbei sorgfältig gewählt werden, um möglichst viele Anwendungsfälle abzudecken und redundante Tools und Prozesse zu vermeiden. Es empfiehlt sich vor der Implementierung eines Prüfprogramms die Durchführung einer Analyse und eines Benchmarks, um mögliche Folgeprobleme und Zusatzkosten zu vermeiden. Fazit und Ausblick Die Praxis zeigt, dass eine einheitliche CAD- Datenqualitätsprüfung beim Datenaustausch aufgrund der Vielfalt der möglichen OEM-Zulieferer-Beziehungen und der eingesetzten CAD- und Prüfsysteme aktuell nicht möglich ist. Je uneinheitlicher und unregelmäßiger die CAD-Daten im Rahmen des Entwicklungsprozesses geprüft werden, desto schwieriger ist die Analyse der Auswirkungen auf die Folgeprozesse. Die Realisierung einer einheitlichen und möglichst frühzeitigen, konstruktionsmethodischen Absicherung der CAD- Datenqualität ist daher erstrebenswert. Seite 5 von 6

6 Kontakt: :em engineering methods AG Rheinstraße Darmstadt Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) mail: info@em.ag Sitz und Registergericht Darmstadt, HRB 8644 USt.-IdNr: DE StNr: Vorsitzender des Aufsichtsrates: Benno Rösch, Betriebswirt (VWA) Vorstand: Dr. Erik Claassen Christian Donges Dr. Sven Kleiner Dr. Marcus Krastel (Vors.) Warenzeichen: Alle im Newsletter genannten Produkte, Namen oder Firmennamen sind Warenzeichen bzw. eingetragene Warenzeichen der jeweiligen Eigentümer/ Hersteller. Aus dem Fehlen der Markierung kann nicht geschlossen werden, dass eine Bezeichnung ein freier Warenname ist. Rechtliche Hinweise: Die :em engineering methods AG übernimmt keinerlei Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder Qualität der bereitgestellten Informationen. Der Newsletter und alle in ihm enthaltenen Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Eine auszugsweise Verwendung durch Entnahme von Informationen aus dem Whitepaper ist untersagt. Der Whitepaper darf weiteren Interessenten zur Verfügung gestellt werden. Das Whitepaper und alle in ihm veröffentlichten Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Nachdrucke, Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Kopien, sowie Speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, auch auszugsweise, bedürfen der ausdrücklichen schriftlichen Genehmigung der :em engineering methods AG. Erfüllungsort und Gerichtsstand ist Darmstadt. Seite 6 von 6