Erwachsene Systeme

Das Zusammensetzen ganzer Baugruppen am Bildschirm, virtuelles Prototyping und die unternehmensweite Integration produktdefinierender Daten ¿ noch vor wenigen Jahren von den meisten Industrie-Praktikern als erstrebenswerte, aber noch sehr ferne Utopie abgetan ¿ sind heute bereits mehr als Schlagworte zukunftsgläubiger Hard- und Softwarehersteller. In vielen Bereichen der Fertigungsindustrie sind einzelne oder mehrere solcher Lösungen oder Verfahren bereits im Einsatz, eine steigende Zahl von Unternehmen beschäftigt sich mit der Realisierung von produkt- und unternehmensübergreifenden Lösungen.
Während die Frage nach der verwendeten Hardware durch deren Austauschbarkeit immer mehr in den Hintergrund gedrängt wird, sind Software-Hersteller immer stärker gefordert, intelligente und integrierbare Komponenten anzubieten. Einer der wenigen Software-Anbieter, deren Produktpalette die gesamte Prozeßkette der Produktentstehung von der konzeptionellen Phase über 3D-Konstruktion, 2D-Detaillierung (CAD), Berechnung (FEM), Optimierung bis hin zur Fertigung (CAM) einschließlich des Produktdaten-Managements (PDM/EDM) abdeckt, ist das amerikanische Unternehmen SDRC. Structural Dynamics Research Corporation, so der vollständige Name, wurde bereits 1967 gegründet, war ursprünglich Hersteller von hochentwickelten FEM-Tools und hat sich erst relativ spät zu einem CAD/CAM/CAE-Anbieter entwickelt. Dafür ist das Unternehmen heute nach einer Untersuchung des amerikanischen Marktforschers Daratech der Mechanik-CAD-Hersteller mit den größten Zuwachsraten und rangiert weltweit auf Platz drei der Mechanik-CAD/CAM/CAE-Anbieter.

Flaggschiff der SDRC-Palette ist die CAD/CAM/CAE-Software I-DEAS-Master-Series, die seit kurzem in der Version sechs vorliegt. Sie besteht aus einer Reihe von Modulen für die Modellierung von 3D-Solids, für die Erstellung von Baugruppen (Assemblies), 2D-Drafting, für die Verlegung von Kabelbäumen im 3D-Raum (Harness Design), für die verschiedene Arten von Berechnungen und Optimierungen sowie für die Fertigung bis hin zum 5-Achsen-Fräsen.

Freiheit für den Konstrukteur
Die softwaretechnische Basis von I-DEAS ist die sogenannte Variational Geometry Technology, kurz VGX genannt. Dahinter verbirgt sich ein teilparametrischer Ansatz, der es dem Konstrukteur erlaubt, Geometrie-Elemente beliebig zu parametrisieren, und zwar ohne Rücksicht auf die Konstruktions-Historie. Vollparametrische Systeme erlauben in der Regel keine Änderung der Parametrik im laufenden Konstruktionsprozeß. Damit muß der Anwender bereits zu Beginn seiner Arbeit sehr klare Vorstellungen vom späteren Ergebnis haben. Mit Hilfe der VGX-Technologie dagegen kann der Anwender Parametrisierungen oder Zwangsbedingungen jederzeit beliebig verändern. Das macht flexibel und offen, auch für kurzfristige Markt- oder Produktveränderungen.

Alle Module setzen auf einer gemeinsamen Datenbasis auf. Damit ist die Grundlage für beliebige Assoziativitäten ¿ in beiden Richtungen ¿ gelegt: Änderungen im 3D-Modell werden automatisch in die 2D-Darstellung übertragen, ebenso wie in das FE-Modell. Die gemeinsame Datenbasis bildet somit die Grundlage für Concurrent Engineering (gleichzeitiges/paralleles Entwerfen), das durch den sogenannten Team-Data-Manager gesteuert wird. Damit ist es möglich, Konstruktionsteams an beliebigen Standorten an ein und demselben Projekt arbeiten zu lassen. Der Datenaustausch und -abgleich erfolgt online entweder über das Internet oder unternehmensweite Intranets. Ein weiterer Schritt zum ¿virtuellen Konstruktionsbüro¿.

Auf der Fertigungsseite konnte SDRC das vorhandene Know-how vor rund eineinhalb Jahren durch den Erwerb des amerikanischen CAM-Spezialisten Camax und dessen Produkte Smart-CAM sowie CAMAND komplettieren. Um auch beim Übergang von der Konstruktion/Entwicklung zur Fertigung die vollständige Datendurchgängigkeit sicherzustellen, ging SDRC bei der Integration der Camax-Software eigene Wege: Anstatt die existierenden CAM-Module über Schnittstellen an I-DEAS anzubinden, wurden die CAM-Funktionalitäten und das Fertigungs-Know-how in die bestehenden I-DEAS-Module eingebracht. Damit wurde sowohl für einen sauberen Datentransfer als auch für eine durchgängige Benutzeroberfläche gesorgt.

Daten ständig verfügbar
Den Dreh- und Angelpunkt für Datenaustausch und Concurrent Engineering bildet das PDM-System Metaphase-Enterprise. Metaphase, ein führender Hersteller von unternehmensweiten Lösungen für das Informations-Management, wurde Anfang 1997 zu 100 Prozent von SDRC übernommen, nachdem beide Unternehmen zuvor bereits längere Zeit erfolgreich zusammengearbeitet hatten.

Das Metaphase-System ist eine sichere Quelle für komplexe Produkt- und Prozeßbeschreibungen. Auf diese Daten kann unternehmensweit über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes zugegriffen werden. Produktdaten können so sehr einfach zwischen verschiedenen Abteilungen eines Unternehmens, aber auch mit Zulieferern ausgetauscht werden. In die im Spätherbst 1997 vorgestellte Version 3.0 wurde eine neue, Java-basierende Benutzeroberfläche implementiert. Damit ist es dem Anwender möglich, mit standardisierten und damit preiswerten Web-Browsern auf die gesuchten Informationen zuzugreifen. Gehen die Anwenderansprüche über Workflow, Dokumenten-Management, Produktstrukturen und Produktkonfiguration hinaus, ist eine Vielzahl von Ergänzungsmodulen erhältlich.

Daß auch noch so leistungsfähige CAD/CAM/CAE-Systeme keine Inseln sind, weiß man auch bei SDRC: Viele Unternehmen setzen unterschiedliche CAD-Systeme ein oder müssen Daten mit Kunden und/oder Zulieferern austauschen. Demzufolge wurde auf die Entwicklung sauberer Standard- und Direktschnittstellen großer Wert gelegt. Üblicherweise erfolgt der Datenaustausch zwischen I-DEAS und anderen CAD-Systemen über Standardschnittstellen wie VDA-FS, IGES, STEP und DXF, für die Datenübergabe an Rapid-Prototyping-Systeme empfiehlt sich das STL-Format. Daneben existieren zusätzlich Direkt-Schnittstellen zu CAD-Systemen wie Catia und CADDS. Für die Anbindung an die PPS-Welt sorgt eine Kopplung zwischen Metaphase und SAP R/3.

Einsatz in Großunternehmen
Ford, einer der größten I-DEAS-Anwender, richtet derzeit seine Fahrzeug-Entwicklungsprozesse weltweit neu aus. Zur Unterstützung dieses Prozesses hat sich Ford für die Einführung der CAD/CAM/CAE- und PIM-Werkzeuge (Product Information Management) I-DEAS Master Series und Metaphase entschieden. Im Rahmen des bei Ford als ¿C3P-Strategie¿ (ein C für jede C-Technik) bezeichneten Ansatzes verfolgt das Unternehmen drei Ziele: Einen einheitlichen Systemansatz, den Aufbau eines einheitliches Datenmodells und die weltweite Verfügbarkeit.

Ein neues System und das damit verbundene Investitionsvolumen weckt hohe Erwartungen: In weiteren geplanten PIM-Ausbaustufen begnügen sich die Ford-Ingenieure nicht mit bloßem EDM (Electronic Data Management). Sie planen den Einsatz der C3P-Tools von Anfang an in allen Prozeßketten, also Motor/Aggregate, Karosserie und Fahrwerk für alle neuen Fahrzeugprogramme. Die Verfügbarkeit der CAD-Daten ¿ größtenteils 3D-Flächen- und Volumenmodelle ¿ ist durch Metaphase gesichert. Mit Hilfe eines zusätzlichen Digital Mock-Up-Werkzeugs (Virtuelles Zusammenfügen von Baugruppen) entsteht täglich ein neues, digitales Fahrzeug am Bildschirm, auf das weltweit alle Anwender, die über PC oder Workstation Zugang zum Ford-Intranet haben, zugreifen können. Aufgrund dieser neuen und sehr schnellen Aufbereitung von Gesamt-Fahrzeugmodellen sind Kollisions- und Bauraum-Untersuchungen wesentlich effektiver als mit der bisherigen Vorgehensweise durchführbar. Die informationstechnische Basis dafür schaffen ein sogenannter Corporate-Server und sechs Workgroup-Server an den Ford-Entwicklungsstandorten in den USA, Großbritannien und Deutschland, auf denen Metaphase und rund 50 verteilte Oracle-Datenbanken installiert sind.

Außer Ford setzen unter anderem die Automobilbauer Mazda, Nissan, Renault, Mercedes-Benz und Toyota sowie mehrere Hersteller von LKW, Sonderfahrzeugen und Dieselaggregaten die SDRC-Produkte ein.

Vom virtuellen Prototypen zum Anschauungsmuster
Ein weiteres Einsatzbeispiel ist die vollständig neue Entwicklung einer Umrichter-Reihe bei der ABB Industrie AG im schweizerischen Turgi. Bemerkenswert war in diesem Fall der mehr als enge Zeitrahmen: Von der ersten Idee bis zur Pilotreihe waren lediglich 20 Monate Zeit. Die Systemeinführung verlief parallel zum Projektablauf und ¿ obwohl nur ein Mitarbeiter des Konstruktionsteams über 3D-CAD-Erfahrung verfügte ¿ genügten insgesamt elf Tage Schulung. Wegen der zeitlichen Enge mußte die Anzahl von realen Prototypen und Anschauungsmustern auf ein Mindestmaß reduziert werden; Tests der Prototypen im Versuchslabor waren so gut wie ausgeschlossen. Hier verließ man sich bei ABB vollständig auf die Analyse-Werkzeuge von I-DEAS; sowohl die Leistungshalbleiter-Verspannungen als auch der komplette Umrichter wurden einer umfangreichen thermischen Berechnung unterzogen.

Als Ergebnis der Analysen mußte lediglich ein Widerstand umplaziert und eine Trennwand modifiziert werden, danach konnte das Funktionsmuster in Betrieb genommen werden. Konstruktionsleiter Manfred Kipfer: ¿Wir sind heute überzeugt, daß erst der Einsatz des 3D-CAD-Systems I-DEAS mit integriertem CAE sowie das Arbeiten mit den Mitteln des Team-Engineering es erlauben, ein solches Projekt in so kurzer Zeit zu einem solchen Reifegrad zu entwickeln.¿

Glücksgriff Kleinunternehmen
Bei solchen Referenzen drängt sich der Eindruck auf, die SDRC-Produkte seien nur für Konzerne geeignet. Doch auch bei mittelständischen Unternehmen liegen die Software-Spezialisten gut im Rennen. Ein Beispiel für den I-DEAS-Einsatz bietet der Glatzer Formen- und Werkzeugbau im österreichischen Fischamend bei Wien. Der Vertreter der Gattung KMU (kleine und mittlere Unternehmen) wurde 1989 von dem gelernten Werkzeugmacher Hermann Glatzer gegründet und beschäftigt heute 19 Mitarbeiter. Ihr Steckenpferd ist der Bau komplexer Kunststoff-, Spritzguß- und Zinkdruckgußformen. Die Frage der Spezialisierung war für Glatzer geradezu eine Frage des Überlebens, denn Formen für einfache Teile können in Mitteleuropa kaum noch wettbewerbsfähig entwickelt werden. Die Konstruktion komplexer Formen bedingt aber auf der anderen Seite auch den Einsatz von Hightech-Softwarewerkzeugen.

Das Unternehmen verfügt über großes Know-how bei der Herstellung von Formen für umspritzte Teile. Solche Elemente werden beispielsweise im Automobilbau eingesetzt, etwa bei Komponenten für Schiebedächer, wo Zinkdruckgußteile eine Umspritzung aus Gleitkunststoffen erhalten. Eine andere Variante ist das Umspritzen mit Dämm-Kunststoffen. Im Bereich Kunststoffspritzguß hat sich Glatzer auf den Bau von Formen für Freiformflächenteile spezialisiert. Ein weiteres Standbein ist die Zweikomponententechnik. Dabei werden Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Arbeitsgang verarbeitet. So können beispielsweise starre Lüftungskanäle für ein Auto mit elastischen Dichtlippen aus einem anderen Material versehen werden.

Bei Glatzer sind ein CAD- und zwei CAM-Arbeitsplätze im Einsatz. Hermann Glatzer, dessen Mitarbeiter mit knapp zwei Wochen Systemschulung auskamen, bezeichnet seine Entscheidung für die SDRC-Software als ¿Glückstreffer für seine Firma¿.

Stefan Graf / Mai 1998

Links: http://www.sdrc.com