ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: MECHANIKA z. 109
_______ 1992 Nr kol. 1171
International Conference on
COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING Internationale Konferenz über
RECHNERINTEGRIERTE FERTIGUNGSSYSTEME Zakopane, March 24-27 1992
O o h a n n e s K L O S E
I n s t i t u t für M a s c h i n e n e l e m e n t e u n d M a s c h i n e n k o n s t r u k t i o n T e c h n i s c h e U n i v e r s i t ä t D r e s d e n , D e u t s c h l a n d
M O D E L L B E Z I E H U N G E N B E I M G E S T A L T E N U N D B E R E C H N E N
Z u s a m m e n f a s s u n g i D a s G e s t a l t e n ist e i n e k r e a t i v e F h i i e i m K o n s t r u k t i o n s p r o z e ß , S i e st e h t in e n g e r V e r b i n d u n g mit dem B e r e c h n e n . D a r a u s e r g e b e n eich W e c h s e l w i r k u n g e n in d e n M o d e l l b e z i e h u n g e n , die a u f - g s z e i g t w e r d e n .
1. E i n f ü h r u n g u n d M o d e l l b e g r i f f -
U n t e r d e m B l i c k w i n k e l der D a t e n v e r b i n d u n g e n z w i s c h e n k o m m u n i z i e r e n d e n C A - S y s t e m e n s i n d die F r a g e n der M o d e l l b i l d u n g in den M i t t e l p u n k t d e s I n t e r e s s e s g e r ü c k t . In dem E n t w i c k l u n g s p r o z e ß e i n e s t e c h n i s c h e n E r z e u g n i s s e s e x i s t i e r t das zu e n t w i c k e l n d e O b j e k t in a l l e n P h a s e n v o r der F e r t i g u n g nur in m o d e l l h a f t e n B e s c h r e i b u n g e n . D a s v e r a n s c h a u l i c h t das B i l d 1.
V o n d e r I d e e b i s z u m r e a l e n O b j e k t w e r d e n d a b e i in A n a l o g i e zu d e n P h a s e n des k o n s t r u k t i v e n E n t w i c k l u n g s p r o z e s s e s / ! / die P r i n z i p l ö s u n g , die G e s t a l t u n d der F e r t i g u n g s p l a n j e w e i l s m o d e l l h a f t a b g e b i l d t .
D e r K o n s t r u k t e u r such t , k o m b i n i e r t und v e r a r b e i t e t I n f o r m a t i o n e n zu d e m E r z e u g n i s so w e i t , bis d i e s e s b e z ü g l i c h sein e r f u n k t i o n e l l - g e o m e t r i s c h e n S t r u k t u r e i n d e u t i g und v o l l s t ä n d i g b e s c h r e i b b s r , a b b i l d b a r u n d h e r s t e l l b a r ist, so d a ß a u c h für e i n e r e c h n e r i s c h e S i m u l a t i o n w e s e n t l i c h e r V e r h a l t e n s w e i s e n a l l e I n f o r m a t i o n e n b e k a n n t s i n d /2/. D. h. das e r z e u g t e G e s t a l t m o d e l l m u ß die w e s e n t l i c h e n f u n k t i o n e i l e n , g e o m e t r i s c h e n und t e c h n o l o g i s c h e n E i g e n s c h a f t e n d e s k ü n f t i g e n O b j e k t e s zum
B i l d 1
Abbildungs- ffunMionell)
Prinzip - modeli
2
Werkstotf- modell
L
Funktions
modell
Gestalten / Dimensionieren • ■ Berechnen/ Sim ulieren
¡ M I “"95- (funktionell / ,
geometrisch)
¡ 0 =
Gestaltm odell Volum ina
Berechnungs- modell auHere WF ---— Spezifizieren _♦
i
Modellschemaf A u sw a h le n Methodenbank KTC
TUO /IPIM Modellverbindungen beim Entwerfen Klose
B i l d 2
- 63 -
Da u n t e r sine;.: M o d e l l die 'Abbildung e i n e s rea l e n O b j e k t e s z u n G e s c h r e i b e n e i n e r s p e z i e l l e n E i g e n s c h a f t bei V e r n a c h l ä s s i g u n g für die E i g e n s c h a f t ni c h t r e l e v a n t e r I n f o r m a t i o n e n u n d M e r k m a l e v e r s t a n d e n w i r d , ist e i n M o d e l l im a l l g e m e i n e n eine nicht v o l l s t ä n d i g e B e s c h r e i b u n g d e s O b j e k t e s ,
Für die s e U n v o l l s t ä n d i g k e i t gibt es z w e i U r s a c h e n : B e i bereits v o l l s t ä n d i g b e s c h r i e b e n e n o d e r p h y s i s c h v o r h a n d e n e n O b j e k t e n w i r d z u r S i m u l a t i o n v c n V e r h a l t e n s w e i s e n a u f r e l e v a n t e M e r k m a l e u n d E i g e n s c h a f t e n r e d u z i e r t , um die G e s a m t z a h l v o n Ein
f l ü s s e n zu v e r r i n g e r n u n d damit d i e P r o b l e m l ö s u n g zu e r m ö g lichen.
A n d e r s l i e g e n die V e r h ä l t n i s s e im A b l a u f des k o n s t r u k t i v e n E n t w i c k l u n g s p r o z e s s e s . H i e r ist das M o d e l l in d e n v o r g e l a g e r ten P h e s e n n o c h u n v o l l s t ä n d i g , w e i l die D a t e n z u r v o l l s t ä n d i g e n B e s c h r e i b u n g d e s O b j e k t e s e r s t in A b l a u f der B e a r b e i t u n g e r m i t t e l t u n d d e t e r m i n i e r t w e r d e n m ü s s e n .
2. M o d e l l v e r b i n d u n g e n b e i m E n t w e r f e n
Die A k k u m u l a t i o n v o n I n f o r m a t i o n e n in d i e s e m P r o z e ß ist sehr k o m p l e x u n d mit der B i l d u n g v e r s c h i e d e n e r P a r t i a l m o d e l l e ver
b u n d e n . B i l d 2 z e i g t d e n A b l a u f d a r M o d e l l e n t w i c k l u n g vom P r i n z i p m o d e l l z u m G e s t e l t n o d e l l . D a s P r i n z i p m o d e l l bein h a l t e t A u s s a g e n z u m W i r k p r i n z i p d e s E r z e u g n i s s e s u n d e r s t e V o r s t e l l u n g e n z u r r ä u m l i c h e n A n o r d n u n g d e r IVirkstellen u n d d e r Bau
e l e m e n t e . A u s dem P r i n z i p m o d e l l l e i t e n s i c h die P e r t i a l m o d e l l e W e r k s t o f f u n d F u n k t i o n d i r e k t ab.
D a s G e s t a l t m o d e l l e n t s t e h t d u r c h die T ä t i g k e i t e n G e s t a l t e n u n d D i m e n s i o n i e r e n , D a m i t die im P r i n z i p m o d e l l , d a r g e s t e l l t im f u n k t i o n e i l e n A b b i l d u n g s m o d e l l d e s P r i n z i p s , d u r c h S t r i c h e g e k e n n z e i c h n e t e n E l e m e n t e G e s t a l t a n n e h m e n , d. h. die P a r a m e t e r der A b m e s s u n g e n f e s t g e l e g t w e r d e n k ö n n e n , m ü s s e n die f u n k t i o n e l l e n V e r h a l t e n s w e i s e n s i m u l i e r t o d e r z u m i n d e s t a b g e s c h ä t z t v<erden k ö n n e n .
D a z u ist das B e r e c h n u n g s m o d e l l e r f o r d e r l i c h . Es e n t s t e h t da
d u r c h , d a ß a u f der G r u n d l a g e des F u n k t i o n s m o d e l l s aus der M e t h c d e n b a n k e i n die zu u n t e r s u c h e n d e E i g e n s c h a f t m ö g l i c h s t
t r e f f s i c h e r w i d e r s p i e g e l n d e s M o d e l l s c h e m a a u s g e w ä h l t wird.
D i e s e s ist d a n n z u m B e r e c h n u n g s m o d e l l zu s p e z i f i z i e r e n . B e i d i e s e r T ä t i g k e i t des M o d e l l i e r e n s w i r d das M o d e l l s c h e m a mit I n f o r m a t i o n e n u n d s p e z i f i s c h e n D a t e n so a n g e r e i c h e r t , daß die B e r e c h n u n g e r f o l g e n k a n n u n d es s i n d s o w o h l die b e r e i t s v o r h a n d e n e n K e n n t n i s s e ü b e r die G e o m e t r i e der »Virkflächen zu b e r ü c k s i c h t i g e n bzw. für die E n t w u r f s b e r e c h n u n g A b s c h ä t z u n g e n v o r z u n e h m e n .
Z u m S p e z i f i z i e r e n des M o d e l l s g e h ö r e n w e i t e r h i n I n f o r m a t i o n e n a u s d e m W e r k s t o f f m o d e l l u n d a u s d e m F u n k t i o n s m o d e l l A n g a b e n
P rin zip m od e II
. S S ® “ -
G e sta lt -
m odeti Werk stoff-
m odel Qualitäts-
model
Belasfungs-
model Baugruppen
modell W e rk sio ff- modeu
Toleranzen - modeu
Wirkstelen-
modeli Einzelteil-
m odeu Wärme-
b e h ^ H u n gs- Form - und L Ä e i o h ,
Geometrie
modell Qberflächen-
neitsmooel
1 I
B e r e c h n u n g s m o d e ll
KTC
TUO /IM M Berechnungsrelevante Partialm od elle K lose
B i l d 3
Angreifende Wirkungen Bauteil- (Kräfte, Momente) geometrie
1 .11
Bäuteil
werkstoff ____ 1
1 1
Ermittlung der ertragbarer Wert kennzeichnenden der kennzeichnenden
Größe Größe
(Spannung) (Festigkeitswert)
i ... _ J
Sicherheit gegen
Schadensein tritt
T
! Bewertung der Sicherheit
KTC
D o fen flu ssve ro rb e itu n g zur Bew ertungder Sich erheit ge g e n Bauteilbruch Klose
B i l d 4
- 65 -
A u f G r u n d der E r g e b n i s s e der B e r e c h n u n g w e r d e n D i m e n s i o n e n f e s t g e l o g t bzw. b e s t e h e n d e sc v e r ä n d e r t , daß u n z u r e i c h e n d e o d e r u n e r w ü n s c h t e V e r h a l t e n s e f f e k t e p o s i t i v b e s i n f l u ß t werden.
D e r D u r c h l a u f des Z y k l u s " G e s t a l t e n und B e r e c h n e n " erfolgt so l a n g e bis der K o n s t r u k t e u r sich g e n ü g e n d s i c h e r ist, daß das E r z e u g n i s b e i m s p ä t e r e n P r a x i s e i n s a t z den f u n k t i o n e i l e n A n f o r d e r u n g e n über die v o r g e s e h e n e L e b e n s d a u e r h i n w e g gerecht w e r d e n kann.
D i e V i e l f a l t der E i n f l ü s s e ist a u s B i l d 2 n o c h nicht voll
s t ä n d i g e r k e n n b a r , d a z u m ü s s e n die P a r t i a l m o d e l l e Funktion, G e s t a l t u n d M e r k s t o f f noch i n h a l t l i c h a u f g e s p l i t t a t sowie das P a rtielmcde11 Q u a l i t ä t h i n z u g e n o m m e n w e r d e n . D i e s e weitere U n t e r g l i e d e r u n g ist in B i l d 3 d s r g e s t e l l t u n d ihr Z u s a m m e n w i r k e n d e m o n s t r i e r t D i l d 4.
E s w i r d d e u t l i c h , daß n e b e n der B a u t e i l g e o m e t r i e u n d zum Bau- t o i l w e r k s t o f f a u c h die B e l a s t u n g e n e i n d e u t i g b e k a n n t sein m ü s s e n .
3. Die B e r e c h n u n g in V e r b i n d u n g mit dem i n t e g r i e r t e n P r o d u k t m o d e l l
D i e V o l l s t ä n d i g k e i t d i e s e r P a r t i a l m o d e l l e w i r d aus dem B l i c k w i n k e l der B e r e c h n u n g m e i s t zu w e n i g b e a c h t e t , V o r s t e l l u n g e n zu i n t e g r i e r t e n P r o d u k t m o d e l l e n k o n z e n t r i e r e n sich immer auf die G e o m e t r i e , w o h l k o r r e s p o n d i e r e n d mit r e c h n e r i n t e r n e n M o d e l l e n , die v o n C A D - S y s t e m e n g e b i l d e t w e r d e n , B e r ü c k s i c h t i
g u n g f i n d e n d a b e i a u c h die I n h a l t e d e s Q u a l i t i t s m o d e l l s und des W e r k s t o f f m o d e l l s
Z u s a m m e n g e f a ß t h a n d e l t es s i c h e i g e n t l i c h um die I n f o r m a t i o n e n , die b e i k o n v e n t i o n e l l e r A r b e i t s w e i s e die T e c h n i s c h e Z e i c h n u n g e n t h ä l t ,
'.Venn a b e r das i n t e g r i e r t e P r c d u k t m o d e l l in der Lage sein muß, zu a l l e n L o b e n s p h a s e n u n d ü b e r E i n f l ü s s e a u s a l l e n L e b e n s p h a s e n I n f o r m a t i o n e n zu e n t h a l t e n , m ü s s e n a u c h A n g a b e n zur B e r e c h n u n g v e r f ü g b a r sein.
D a s b e t r i f f t e i n m a l I n f o r m a t i o n e n ü b e r A n f o r d e r u n g e n , d. h, B e l a s t u n g e n m e c h a n i s c h e r , t h e r m i s c h e r u. a, A r t , die im s p ä t e ren B e t r i e b s e i n s a t z a u f t r e t e n w e r d e n o d e r k ö n nten.
Z u m a n d e r e n ist a b e r a u c h zu s i c h e r n , daß I n f o r m a t i o n e n über B e r e c h n u n g s e r g e b n i s s e , a n g e w a n d t e B e r e c h n u n g s v e r f a h r e n und a n g e n o m m e n e B e l a s t u n g e n so v e r f ü g b a r sind, d a ß b e i evtl.
S t ö r u n g e n im B e t r i e b s e i n s a t z auf d i e s e A n g a b e n z u r ü c k g e g r i f f e n w e r d e n kann. D a b e i ist es im G r u n d e g e n o m m e n b e l a n g l o s , ob die A n g a b e n d i r e k t im P r o d u k t m o d e l l e n t h a l t e n o d e r ü b e r Z e i g e r aus a n d e r e n D a t e n b e s t ä n d e n r e k o n s t r u i e r b a r sind, z u m a l das P r o d u k t m o d e l l o h n e h i n nicht a l s K o m p l e t t m o d e l l , s o n d e r n d u r c h a u s in g e t r e n n t e n D a t e n b e s t ä n d e n in F o r m s e i n e r P a r t i e i m o d e l l e a b g e legt s e i n kann.
KTC P r o d u k t m o d e l l K l o s e
B i l d 5
D i e s e V e r b i n d u n g z w i s c h e n d e m P r o d u k t m o d e l l , dem B e r e c h n u n g s m o d e l l u n d e i n e r I n g e n i e u r d a t e n b s s i s z e i g t B i l d 5, B e z ü g l i c h der P a r t i a l m o d e l l e e r h e b t B i l d 5 k e i n e n A n s p r u c h a u f V o l l s t ä n d i g k e i t , es s i n d l e d i g l i c h die b e r e c h n u n g s r e l e v a n t e n P a r t i a l m o d e l l e a n g e f ü g t .
- 67 -
4. E i n o r d n u n g unc! A u s b l i c k e
U n t e r d e m B l i c k w i n k e l d e s C I M - B e t r i e b e s w a r die E n t w i c k l u n g
" z e n t r a l e r P r o d u k t m o d e l l e " s e h r a k t u e l l . In A u s w e r t u n g bisher g e w o n n o n e r E r k e n n t n i s s e w i r d der B e g r i f f r e l a t i v i e r t und mit der, i n t e g r i e r t e n Pr o c u k t n cc'ell den m a c h b a r e n Z i e l e n angepeßt.
B i s E n t w i c k l u n g der d a z u n o t w e n d i g e n V o r s t e l l u n g e n vollzieht sich p a r a l l e l zur P r ä z i s i e r u n g v o n D a t e n s c h n i t t s t e l l e n wie z. B. S T E P / 3 / .
Da die B e a n s p r u c h u n g e n u n d das V o r h a l t e n der E r z e u g n i s s e b e r e i t s bol d e r k o n s t r u k t i v e n E n t w i c k l u n g du r c h S i m u l a t i o n und B e r e c h n u n g S c h l u ß f o l g e r u n g e n auf die s p ä t e r e F u n k t i o n s f ä h i g k e i t u n d da m i t die f u n k t i o n e l l e Q u a l i t ä t z u l a s s e n , s i n d diese Ein
f l ü s s e so n i c h t i g , d a ß e i n e B e r ü c k s i c h t i g u n g in i n t e g r i e r t e n Frodukti.ioc'ellen u n v e r z i c h t b a r ist. D e r v o r l i e g e n d e B e i t r a g soll
in d i e s e r D i c h t u n g e i n e A n r e g u n g sein.
L I T E R A T U R
/ l / V D I - R i c h t l i n i e 2221: M e t h o d i k z u m E n t w i c k e l n u n d K o n s t r u i e ren t e c h n i s c h e r Cysterno unc! P r o d u k t e . D ü s s e l d o r f ;
V C I - V e r l a g 19S5.
/ 2 / K l o s e , S.: K o n s t r u k t i o n s i n f o r m a t i k im M a s c h i n e n b a u , B e r l i n : V e r l a g T e c h n i k 1990,
/ 3 / G r a b o w s k i , H . ; A n d e r l , R.; S c h i l l i , B. ; S c h m i t t , M.:
S T E P - E n t w i c k l u n g e i n e r S c h n i t t s t e l l e zum P r o d u k t d e t e n - a u s t c u s c h . V D I - Z e i t s c h r i f t 1 3 1 ( 1 9 8 9 ) H , 9
C O N N E C T I O N S OF M O D E L S IN D E S I G N A N D C A L C U L A T I O N S u m m a r y
D e s i g n is a c r e a t i n g part of the p r o c e s s for design. T h e r e are i m p o r t a n t c o n n e c t i o n s to the c a l c u l a t i o n . Of t h i s result r e l a t i o n s in the c o n n e c t i o n s of m o d e l s , w h o w i l l be shown.
