DE10117380A1 - Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein System zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen, bei denen Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile in der Positionierung bestimmt werden jeweils durch ihre Grundgröße und -orientierung, gegeben durch zumindest eine Referenzachse und eine Referenzebene, ihre Position, gegeben durch eine weitere Achse, einen Dimensionsparameter, wobei im übrigen die Zusammenbauelemente mit Bezug auf diese Größen aufgebaut werden. Die Basisgeometrien von Einzelteilen oder deren Grundkomponenten werden dabei aus einer Anzahl von abgespeicherten Templates gewonnen, die eine Struktur gemäß dem obigen Aufbau haben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen.

Die rechnergestützte Konstruktion von Bauteilen und Bauteil­ systemen ist für Konstrukteure inzwischen selbstverständlich geworden. Sie ermöglicht es insbesondere, den immer kürzer werdenden Konstruktionszeiten und während der Konstruktions­ phase noch erforderlichen Änderungsbedürfnissen Rechnung zu tragen. Denn es ist von erheblicher Wichtigkeit, Konstruk­ tionsprozesse auch noch in einer späteren Phase flexibel zu gestalten und insbesondere Konstruktionsvorgänge parallel be­ arbeiten zu können.

Eine der weltweit führenden Softwares für die Konstruktion insbesondere komplizierter Produkte ist das sogenannte CATIA- Programm, das von Dassault Systemes, F-92156 Suresnes Cedex entwickelt worden ist. Die CATIA-Software dient insbesondere zur digitalen Produktdefinition und -simulation und liefert verschiedene Grundstrukturen für die Konstruktion komplizier­ ter Werkzeuge, beispielsweise von Spritzgießwerkzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und System zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen insbesondere komplizierter Produkte zu lie­ fern, das eine rasche und flexible Konstruktion ermöglicht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensva­ rianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen gemäß der Erfindung werden Bau­ gruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile in der Positionierung somit bestimmt jeweils durch ihre Grundgröße und -orientie­ rung, gegeben durch zumindest eine Referenzachse und eine Re­ ferenzebene, ihre Position, gegeben durch eine weitere Achse, einen Dimensionsparameter, wobei im übrigen die Zusammenbau­ elemente mit Bezug auf diese Größen aufgebaut werden. Dabei werden die Basisgeometrien von Einzelteilen oder deren Grund­ komponenten aus einer Anzahl von abgespeicherten Templates gewonnen, die eine Struktur gemäß dem obigen Aufbau haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht aufgrund seiner be­ sonderen Struktur, die anfänglichen Routinearbeiten bei neuen Werkzeugbauprojekten in außerordentlich hohem Maße zu verkür­ zen. Durch die besondere Konstruktionsprozedur ist es zudem möglich, den Konstruktionsprozeß automatisch und permanent zu überwachen, und eine solchermaßen durchgeführte Kontrolle auf Konstruktionsfehler führt zu einem sehr hohen Maß an Fehler­ sicherheit, was wiederum die Produktqualität erhöht und in jedem Fall die Entwicklungszeit verkürzt, da Fehlversuche vielfach unterbunden werden.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Erstellung eines ersten Werkzeugentwurfs beispielsweise im Fall von Großwerk­ zeugen, für deren Konzeption herkömmlich etwa eine Woche benö­ tigt wird, auf einen halben Arbeitstag und weniger reduziert werden kann.

Ein wesentlicher Grund für die genannten Vorteile des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Artikelgeome­ trien zunächst auf ihre Grundgrößen reduziert werden, indem zunächst beispielsweise Achsen und Ebenen zu ihrer Definition eingesetzt werden, so daß während der Konstruktionsarbeit not­ wendig werdende Teileverlagerungen im entstehenden Produkt von weniger Konstruktions- und Rechenaufwand begleitet sind, da erst nach der Festlegung der Grundbeziehungen zwischen den Teilen assoziativ parametrisch die weiteren Zusammenhänge zu­ geordnet werden, beispielsweise Abstände zwischen Grundebenen, Anpassungen an Dimensionen und Form. Eine derart übersicht­ liche und hierarchische Definition von Geometrieabhängigkei­ ten, das heißt, zunächst Definition von generierenden Teilen wie Achsen und Ebenen und dann Ausfüllen der konkreten Kon­ struktionsgrößen, ermöglicht das schnellere Arbeiten mittels der Manipulation eben nur der Grundgeometrien. Beispielsweise nach einer Achsenverschiebung erfolgt dann anschließend le­ diglich eine Update-Rechnung, die zu einer neuen Produktdar­ stellung führt.

So ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei der Konstruktion zwei Teile einer Baugruppe, Unterbaugruppe, etc. durch jeweils eine Achse und eine einem der beiden Teile zugeordnete Ebene in ihrer Grundpositionierung bezüglich einander festgelegt werden. Vorteilhaft werden dann zur Endpositionierung der bei­ den Teile die Positionen von deren Referenzachsen und deren Referenzebenen unter Berücksichtigung des Dimensionsparameters festgelegt. Im Fall einer so gebildeten Unterbaugruppe wird wiederum für diese eine Referenzachse und Referenzebene be­ stimmt, um im folgenden dann diese Unterbaugruppe separat de­ finieren und als Einheit bearbeiten zu können. Die Positionen der Referenzachsen und Referenzebenen der die Unterbaugruppe definierenden bzw. zu dieser gehörenden beiden Teile werden in bezug auf die Referenzachse und Referenzebene der Unterbau­ gruppe festgelegt.

Für die Konstruktion vorgesehen sind etwa 10 bis 15 Werkzeug- Templates, die sämtlich nach dem erfindungsgemäßen strukturel­ len Prinzip aufgebaut sind. Dadurch, daß derartige Basisgeome­ trien fest abgespeichert sind, können die konkreten Werkzeug­ ausgestaltungen rasch generiert werden. Durch die hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens können zusätzlich für ein Unternehmen jeweils spezifische Templates in ihrem mecha­ nischen Grundaufbau abgespeichert werden, so daß gleich auto­ matisch firmenspezifische Konstruktionsmerkmale und bevorra­ tete Werkzeuge eingeplant werden können. Dies führt dazu, daß automatisch ein Spektrum von über 90% der im Produktspektrum enthaltenen Werkzeuge automatisch erstellt werden können, ohne besondere Konstruktions- und Konzeptionsmaßnahmen treffen zu müssen. Hinzu kommt selbstverständlich, daß übliche Norm- und/oder Standardteile als Templates gespeichert werden kön­ nen.

Diese Maßnahmen werden durch die Erfindung auch vorteilhaft unterstützt, indem vorbestimmte Zusammenbauregeln für den Auf­ bau der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile fest vor­ gegeben werden. Derartiges kann beispielsweise Konstruktions­ fehler minimieren oder besondere Branchenauflagen berücksich­ tigen, beispielsweise, daß Mindestblechdicken, Mindestabstän­ de, bestimmte fest vorgegebene Dimensionierungen automatisch in die Konstruktion einfließen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein assoziativ­ parametrisches Produktmodell mit integrierter Regelbasis dar. Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Ansatz ist, daß zur Geo­ metriesteuerung ein Abstraktionsschritt durchgeführt wird, in dem wesentliche Assoziativitäten und die Parametrierung zen­ tralisiert und gebündelt sind. Das geometrische Produktab­ straktum, das sich hieraus ergibt, besteht darin, daß in die­ sem die geometrischen Abstrakta der einzelnen Teile bzw. Bau­ gruppen und Baugruppenteile assoziativ parametriert sind. Dies bedeutet, daß die Einzelpositionierungen von Baugruppen, Un­ terbaugruppen und Einzelteilen den Kern der Geometriesteuerung bilden, an die dann die Abhängigkeiten der Teilekombinationen und Zusammenbauten in Form von Assoziativitäten und Parame­ trierungen vorgenommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand eines Konstruk­ tionsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung erläutert, wobei diese Darstellung lediglich zu Veranschaulichungszwecken dient und die Erfindung hierauf nicht einschränken soll. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Baugruppe, bestehend aus zwei Einzelteilen und einer Unterbau­ gruppe,

Fig. 2 eine Darstellung der Positionsparametrierung der Baugruppe,

Fig. 3 eine Darstellung der Positionsparametrierung einer zugehörigen Unterbaugruppe,

Fig. 4 eine Darstellung der Herstellung der Assoziativität innerhalb der Unterbaugruppe und

Fig. 5 eine Darstellung des Gesamtzusammenbaus.

Im folgenden wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Konstruk­ tionsverfahrens an einem beispielhaften Zusammenbau einer Bau­ gruppe TeaTime erläutert. Diese Baugruppe besteht aus folgen­ den Teilen:

• A) Einzelteil: Tablett
• B) Einzelteil: Dessertschale
• C) Unterbaugruppe: Gedeck
  • a) Einzelteil: Tasse
  • b) Einzelteil: Untertasse

Fig. 1 veranschaulicht die Baugruppe in einer perspektivischen Darstellung, wobei ganz unten rechts in der Bildschirmansicht ein X-Y-Z-Koordinatensystem angegeben ist, während oben rechts das Prinzip der Grundgröße und -orientierung in Form einer in ihrer Neigung festgesetzten Ebene und einer darauf stehenden Achse mit fetter ausgebildetem Endpunkt dargestellt ist, wodurch die Ausrichtung der Referenzebene und Referenzachse der Baugruppe TeamTime dargestellt sind.

Das Abstraktum für den Gesamtzusammenbau muß somit die bestim­ menden geometrischen Elemente für die Positionen der Baugrup­ pe, der Unterbaugruppen und Einzelteile abbilden. Im veran­ schaulichten Beispiel ist die Positionsparametrierung der Bau­ gruppe TeaTime gekennzeichnet durch

• 1. eine Ebene, auf welche die weiteren Teile gestellt werden können,
• 2. zwei weitere Ebenen, welche die Mitte der Baugruppe Tea- Time in X- und Y-Richtung markieren,
• 3. zwei Achsen als Referenz zum Einfügen der Einzelteile Dessertschale und Gedeck,
• 4. einen Parameter Grundlänge von Tablett,
• 5. einen Parameter Porzellandicke.

Fig. 2 zeigt die Grundpositionierung der beiden Einzelteile der Unterbaugruppe Gedeck in Form von zunächst der Ausrichtung von deren Achsen und einer Ebene, die einem der beiden Teile zugeordnet ist (siehe Prinzip-Blockdarstellung in der Mitte der Bildschirmansicht).

Die weiteren Elemente des Zusammenbaus beziehen sich direkt oder indirekt auf die oben aufgelisteten Größen. Insbesondere ziehen die Einzelteile, unabhängig davon, in welcher Unterbau­ gruppe sie sich befinden, den Parameter Porzellandicke zur Steuerung ihrer eigenen Wandstärken heran.

Analog besteht die Positionsparametrierung der Unterbaugruppe Gedeck aus:

• 1. einer Achse als Referenz für die Einzelteile Tasse und Untertasse,
• 2. einer Ebene als Unterseite des Einzelteils Untertasse,
• 3. einer Ebene als Unterseite des Einzelteils Tasse.

Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, wo die Positionen dieser Achse und Ebenen dargestellt sind.

Ganz offensichtlich haben Einzelteile selbst kein Abstraktum, da diese bereits eine entsprechende Geometrie haben bzw. diese im Teil enthalten ist. Für eine Baugruppe ist dies nicht der Fall.

Die Herstellung der Assoziativität innerhalb der Unterbau­ gruppe Gedeck wird nun wie folgt durchgeführt:

• 1. Die beiden Ebenen im Abstraktum der Unterbaugruppe Gedeck werden auf den Abstand Porzellandicke gebracht,
• 2. die Achse des Einzelteils Untertasse wird mit der Achse des Abstraktums bzw. der Unterbaugruppe Gedeck zur Kon­ gruenz gebracht,
• 3. die Unterseite des Einzelteils Untertasse wird mit der entsprechende Ebene des Abstraktums bzw. der Unterbau­ gruppe Gedeck zur Kongruenz gebracht,
• 4. die Achse des Einzelteils wird mit der Achse des Abstrak­ tums bzw. der Unterbaugruppe Gedeck zur Kongruenz ge­ bracht,
• 5. die Unterseite des Einzelteils Tasse wird mit der ent­ sprechenden Ebene des Abstraktums bzw. der Unterbaugruppe Gedeck zur Kongruenz gebracht.

Damit ist die Unterbaugruppe Gedeck assoziativ parametrisch zusammengesetzt worden. Eine Änderung, beispielsweise der Por­ zellandicke über den entsprechenden Parameter, hat automatisch zur Folge, daß die Tasse stets richtig auf der Untertasse steht.

Für den Gesamtzusammenbau, das heißt die Erstellung der Bau­ gruppe TeaTime, werden folgende Schritte durchgeführt:

1. die Mittenebenen des Einzelteils Tablett und des Abstrak­ tums, das heißt der Baugruppe TeaTime, werden zur Kongru­ enz gebracht,

2. die Bezugsebene des Einzelteils Tablett wird mit der ent­ sprechenden horizontalen Ebene des Abstraktums bzw. der Baugruppe TeaTime zur Kongruenz gebracht,

3. die Achse des Einzelteils Dessertschale wird mit der ent­ sprechenden Achse des Abstraktums bzw. der Baugruppe Tea- Time zur Kongruenz gebracht,

4. die Unterseitenebene des Einzelteils Dessertschale wird mit der entsprechenden Ebene des Abstraktums bzw. der Baugruppe TeaTime zur Kongruenz gebracht,

5. die Achse des Abstraktums bzw. der Unterbaugruppe Gedeck wird mit der entsprechenden Achse des Abstraktums bzw. der Baugruppe TeaTime zur Kongruenz gebracht,

6. die Ebene für die Unterseite des Einzelteils Untertasse aus dem Abstraktum bzw. der Unterbaugruppe Gedeck wird mit der entsprechenden Ebene des Abstraktums bzw. der Baugruppe TeaTime zur Kongruenz gebracht.

Damit ist nun die gesamte Baugruppe TeaTime, das heißt deren Einzelkomponenten (Einzelteile, Unterbaugruppe), in einen as­ soziativ-parametrischen inneren Zusammenhang gebracht. Ände­ rungen an der Gesamtbaugruppe oder an Einzelteilen können auf dieser Basis keine Änderungen mehr an den gewünschten Gesamt­ zusammenhängen der Baugruppe bewirken. Damit können an­ schließend noch vorzunehmende Änderungen außerordentlich rasch durchgeführt werden.

Das oben geschilderte strukturelle und prozessuale Konstruk­ tionsprinzip eignet sich gemäß Obigem allgemein für komplexe Zusammenbauten für den Konstrukteur und machen diese handhab­ barer und durch die vereinfachte rechnerische Bearbeitung si­ cherer. Die Konstruktionszeiten können drastisch verkürzt wer­ den.

Von Vorteil ist auch, daß übliche und spezielle Konstruktions­ regeln einfach in den Konstruktionsprozeß eingebunden werden können.

Claims (8)

1. Verfahren zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen, bei dem Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile in der Positionierung bestimmt werden jeweils durch
ihre Grundgröße und -orientierung, gegeben durch zumindest eine Referenzachse und eine Referenzebene,
ihre Position, gegeben durch eine weitere Achse,
einen Dimensionsparameter,
wobei im übrigen die Zusammenbauelemente mit Bezug auf diese Größen aufgebaut werden,
wobei die Basisgeometrien von Einzelteilen oder deren Grundkomponenten aus einer Anzahl von abgespeicherten Tem­ plates gewonnen werden, die eine Struktur gemäß dem obigen Aufbau haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils zwei Teile, insbesondere einer Unterbaugruppe, durch jeweils eine Achse und eine einem der beiden Teile zugeordnete Ebene in ihrer Grundpositionierung bezüglich einander festgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Endpositionierung der beiden Teile die Positionen von deren Referenzachsen und deren Referenz­ ebenen unter Berücksichtigung des Dimensionsparameters fest­ gelegt werden, wobei im Fall einer so gebildeten Unterbaugrup­ pe für diese eine Referenzachse und Referenzebene bestimmt wird und die Positionen der Referenzachsen und Referenzebenen der beiden Teile in bezug auf diejenigen der Unterbaugruppe festgelegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zusammenbau einer Baugruppe für diese eine Referenzachse und eine Referenzebene bestimmt wird und zur Endpositionierung von Unterbaugruppen oder Einzelteilen der Baugruppe die Positionen von deren Re­ ferenzachsen und Referenzebenen in bezug auf diejenigen der Baugruppe und unter Berücksichtigung der Dimensionsparameter jeweils festgelegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vorbestimmte Bauteilkonfigura­ tionen, Norm- und/oder Standardteile als Templates gespeichert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vorbestimmte Zusammenbauregeln für Aufbau der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile fest vorgegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrolle auf Kon­ struktionsfehler durchgeführt wird.

8. System zur rechnergestützten Konstruktion von Bauteilen und Bauteilsystemen, insbesondere zur Durchführung eines Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das System einen Rechner mit einer Speichereinrichtung und Peripherie­ geräten aufweist,
mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Positionierung der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile, umfassend
ein Mittel zur Festlegung der Grundgröße und -orientie­ rung, gegeben durch zumindest eine Referenzachse und eine Referenzebene, der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzeltei­ le,
ein Mittel zur Festlegung der Position, gegeben durch eine weitere Achse, der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzeltei­ le,
ein Mittel zur Festlegung eines Dimensionsparameters der Baugruppen, Unterbaugruppen und Einzelteile,
wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der im übrigen die Zusammenbauelemente mit Bezug auf diese Größen aufgebaut werden,
wobei im Speicher eine Anzahl von Templates gespeichert ist, die eine Struktur gemäß dem obigen Aufbau haben und aus denen die Basisgeometrien von Einzelteilen oder deren Grund­ komponenten gewonnen werden.