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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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]
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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]
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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®
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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:
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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
• 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
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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
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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®
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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.