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Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in komplexen Produktstrukturen zur Abstraktion umfangreicher Gesamtbaugruppen im Textilmaschinenbereich Referent: Robin Kurth, B.Sc. KARL MAYER MALIMO Textilmaschinenfabrik GmbH

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Page 1: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in komplexen Produktstrukturen zur Abstraktion umfangreicher Gesamtbaugruppen

im Textilmaschinenbereich

Referent: Robin Kurth, B.Sc.

KARL MAYER MALIMO Textilmaschinenfabrik GmbH

Page 2: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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Agenda

1. Motivation

2. Automatisierungsmöglichkeiten in CATIA V5

3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.1 Besondere Herausforderungen

3.2 Ermittlung von Masse-Parametern

3.3 Automatisierte Baugruppenabstraktion

3.4 Erstellung komplexer Gesamtmaschinenmodelle

4. Zusammenfassung und Ausblick

Literaturhinweise

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1. Motivation

Anpassung von CAD-Anwendungen & Automatisierung

Gründe für Rationalisierungsbestrebungen in der Produktentwicklung

Fehlerreduktion

kurze Innovationszyklen

Wettbewerbsdruck

unternehmensspezifische Produktstrukturen

Erweiterung des Funktionsumfangs

steigende Produktkomplexität

Design to Customer

Time to Market Reduktion der Teilevielfalt

Interdisziplinarität

vgl.: [6]

Page 4: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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1. Motivation

• Einzelfälle aufwändig

implementierbar

• Stabilität und

Reproduzierbarkeit

• teils komplexe Werkzeuge

• Verfügbarkeit und

Einhaltung von

Konstruktionsrichtlinien als

Voraussetzung

Hoher Automatisierungsgrad

• kurze Entwicklungszyklen

• komplexe Baugruppen

• Design to Customer

• Auftragsvorlauf

• ständige Neuentwicklung

• Konstruktion an vielen

Standorten

Schnelllebiger Konstruktionsalltag

Z

I

E

L

K

O

N

F

L

I

K

T

vgl.: [3, 6]

Page 5: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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• integriertes Skelett-Part

• Kleinteile als Stellvertreter modelliert

• unterschiedliche Strukturtiefen

• Gliederung in Komponenten

• unterschiedliche Dokumenttypen (DVS abhängig)

• Integration von Teilvolumina

• Hilfsgeometrie

• Bearbeitungsfolge

• Werkstoffverbund

Bauteile

Baugruppen

Abb.:

Skizze einer anwendungsgerechten Einzelteilstruktur

1. Motivation

Charakteristika anwendungsgerechter Produktstrukturen

Implementierte Funktion teilweise bedingt anwendbar

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2. Automatisierungsmöglichkeiten in CATIA V5

Programmierung Knowledgeware

Formeln und Parameter Powercopies

• CAA C++

• JAVA-API

• V5 Automation API

(CATScript,

CATVBS, CATVBA)

• Reaktionen

• Logik

• Schleifen, …

• String

• Boolesch

• Zahlenwerte, …

• schnelle

Variantenerstellung

• Katalogtool

vgl.: [1, 2, 5]

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

• hohe Anlagenkomplexität

• zahlreiche Mechanismen

• mechatronische Komponenten

• kundenindividuelle Produktlösungen

• ständige Erschließung neuer Anwendungsfelder

3.1 Besondere Herausforderungen

• Anlagenplanung

• Auftragsvorlauf

• Berechnung / Simulation

• Interdisziplinarität

Textilmaschinenbau

Herausforderungen

Abb.:

Skizze eines Gesamtmaschinenmodells Malitronic®

Page 8: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.2 Ermittlung von Masse-Parametern

• Hilfsvolumen in der Bauteilstruktur implementiert

• Kleinteile teils als Stellvertreter modelliert

Tool ‚Trägheit Ermitteln‘ nur mit großem Zeitaufwand anwendbar

• ‚MS Excel‘ als Schnittstelle zwischen CAD-Software und

Simulationssystem

Auslegung von Mechanismen

und Baugruppenabstraktion

Herausforderungen:

• Ermittlung von Trägheit, Schwerpunkt und Masse eines jeden Körpers

• Berechnung der Gesamtkennwerte für die Baugruppen

• Bezugssystem frei wählbar

• Ausgabe als Tabelle in ‚MS Excel‘

Implementierung einer Makroanwendung in CATScript

Ziel:

Page 9: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.2 Ermittlung von Masse-Parametern

OKS1

OKS2

OKS3

Baugruppen-

Koordinaten-system

BKS

Abb.:

Koordinatentransformation am Beispiel einer Legebarre

1. Userdefinition des

Bezugskoordinatensystems

2. Selektion aller bewegten Teile

3. Stückzahlkorrektur (Userabfrage,

Speichern von Pose, Benennung

und Stückzahl)

4. Analyse aller Körper in den

vorhandenen Parts

5. Berechnung der Parameter eines

jeden Parts mittels

Koordinatentransformation

6. Berechnung der

Gesamtkennwerte

7. Ausgabe in Tabelle

Strategie / Programmablauf:

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.2 Ermittlung von Masse-Parametern

Nutzung der Hauptträgheitsachsen zur Bestimmung des

Bounding-Box-Volumens

Berechnung nach [2]:

Hansen, J.: CATIA V5 automatisieren, Vom Powercopy bis zur C#-Programmierung. München: Carl Hanser, 2009.

Extrempunkte der

Geometrie entlang der

Hauptträgheitsachsen

Abb.:

Bauteil mit eingetragenen

Hauptträgheitsachsen

Abb.:

Bauteil mit eingetragenem

Hüllvolumen

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.3 Automatisierte Baugruppenabstraktion

begrenzte Leistungsfähigkeit

von CAD-Systemen und Rechner komplettes 3D-Modell vs.

Warum sind Modellabstraktionen notwendig?

Ziel:

Implementierung einer Makroanwendung in CATScript

• Vereinfachung der Baugruppenstruktur

• Reduktion der Teileanzahl

• Nutzung nativer Konstruktionsdaten

• zügige Datenpflege und Versionierung

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

1. Kopieren aller Parts in eine

neue Baugruppe

2. Volumengrenzwertabfrage

und Usereingabe

3. Berechnung des Bounding-

Box-Volumens eines jeden

Parts

4. Vergleich mit Grenzwert

5. Entfernen aller Kleinbauteile

6. Bauteile fixieren

3.3 Automatisierte Baugruppenabstraktion

Strategie / Programmablauf:

• Reduktion der Teileanzahl auf ca. 1/10

• Reduktion der Teilevielfalt auf ca. 1/3 (Erfahrungswerte, nicht zu verallgemeinern)

Abb.:

links: Bauteile für Gesamtbaugruppe relevant

rechts: Kleinteile für Gesamtbaugruppe nicht relevant

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• Minimierung der Erstellungszeit für Gesamtbaugruppen

• Arbeiten mit Skelettstruktur für hohe Flexibilität

• schemenhaftes Erstmodell für Maschinenüberblick

• simple Positionierung der Maschinenkomponenten

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Verwendung von Knowledgeware in CATIA V5

• parametergesteuertes Skeleton

• Erzeugung von Parametersets

• Volumengenerierung

• Auswahl von Skizzen für Zusatzinformation

• Erstellung parametrisierter Koordinatensysteme

in Reaktionen eingebundene Anwendungen (CATScript)

Ziel:

Abb.:

Menüfenster ‚Reaktion‘ in CATIA V5 (Quelle: Dassault Systemes, CATIA V5)

3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.4 Erstellung komplexer Gesamtmaschinenmodelle

Page 14: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.4 Erstellung komplexer Gesamtmaschinenmodelle

Konzeption des parametrisierten Steuerparts

Anpassen

der

Parameter

Entstehung eines

konfigurierbaren

Skelettmodells

Abb.:

Steuerpart als

Referenzgeometrie

Abb.: Parameterstruktur der Skelettdatei in CATI V5

Page 15: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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3. Anwendungsgebiet Textilmaschinenbau

3.4 Erstellung komplexer Gesamtmaschinenmodelle

Test der Konfiguration durch automatisch erstellte Hilfsvolumina

Implementierung der

Konstruktionsdaten anhand

flexibler Koordinatensysteme

Erstellung der Gesamtbaugruppe

Abb.: Standardelemente mit

schemenhafter Konfiguration

Abb.:

Skizze eines Gesamtmaschinenmodells Malitronic®

Page 16: Automatisierte Ermittlung bauteilspezifischer Kennwerte in

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4. Zusammenfassung und Ausblick

• anwendungsgerechte Produktstrukturen Herausforderung für

CAD-systeminterne Werkzeuge

• automatisierte Berechnung und Ausgabe massebezogener

Bauteilparameter

• Abstraktion von Baugruppen durch Teilereduktion

• Methode zur Modellierung großer Anlagen mittels flexibler

Skelettstrukturen

• Funktionserweiterungen hinsichtlich automatisierter

Implementierung von Neuentwicklungen

• Weiterentwicklung der Hilfsvolumina Maschinenkonfigurator

• Wissensintegration

• Schnittstellen zwischen Entwicklertools

Ausblick:

Zusammenfassung:

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Literaturhinweise

[1] Ziethen, D.: CATIA V5, Makroprogrammierung mit Visual Basic

Script. München: Carl Hanser, 2011.

[2] Hansen, J.: CATIA V5 automatisieren, Vom Powercopy bis zur

C#-Programmierung. München: Carl Hanser, 2009.

[3] Vajna, S. et al.: CAx für Ingenieure, Eine praxisbezogene Einführung.

Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2009.

[4] Yu, J.-F. et al.: CAD model simplification for assembly field. In: International

Journal of advanced manufacturing Technology, 2013 (68),

S. 2335–2347, 2013.

[5] Mantwill, F.; Tecklenburg, G.: Leitfaden CATIA Version 5. München:

OLZOG Verlag, 2014.

[6] Feldhusen, J.; Grote, K.-H. (Hrsg.): Pahl/Beitz Konstruktionslehre,

Methoden und Anwendung erfolgreicher Produktentwicklung.

Berlin, Heidelberg: Springer, 2013.

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Nachdruck, auch auszugsweise, sowie fotomechanische Reproduktion nur mit ausdrücklicher Genehmigung der Firma

KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH, 63179 Obertshausen · Brühlstraße 25 · Deutschland

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