CAx - Systeme
Sommersemester 2011
Bearbeiter: Lukas Ott
Betreuer: Prof. Dr. Armin Denner und
Dipl.-Ing. (FH) Alexander Palatnik
Datum: 6.5.2011

Gliederung
1. CAx – Systeme – warum und wozu?
2. Methodische Grundlagen
3. Grundlagen der Modellierung
4. Modellerstellung und –anwendung
5. Rechnergestützte Arbeitsplanung
6. Systemintegration in der Prozesskette
7. Einführung und Migration von CAx-Systemen
8. Quellen
6.5.2011 2CAx - Systeme

1 CAx-Systeme
warum und wozu?
1.1 Kostenvermeidung
1.2 Zusammenrücken von
Unternehmensbereichen (SE)
1.3 Produktmodularisierung
6.5.2011 3CAx - Systeme

1.1 Kostenvermeidung
 Fortwährende Innovation
 Zunehmender Variantenreichtum
 Wettbewerbsfähigkeit
 Bessere Qualität
 Niedrigere Herstellkosten
 Schnellere Entwicklungszyklen
6.5.2011 4CAx - Systeme

1.2 Zusammenrücken von
Unternehmensbereichen
 Interdisziplinäre Projektteams
 „Simultaneous Engineering“
 „Concurrent Engineering“
 „Supplier Integration“
 „Outsourcing“
 „Follow the Sun“
6.5.2011 5CAx - Systeme

1.3 Produktmodularisierung
 Besseres Variantenmanagement
 „Design for Manufacturing“ (DfX-Systeme)
6.5.2011 6CAx - Systeme

2 Methodische Grundlagen
2.1 Produktdokumentation
2.2 Konstruktionsmethodik
2.3 Produktmodellierung auf der Basis von
Eigenschaften
6.5.2011 7CAx - Systeme

2.1 Produktdokumentation
 „Digital Master“
 Produkt Daten Management (PDM)
 Server-Client (Netzwerkarchitektur)
Quelle: 1) S.89
6.5.2011 8CAx - Systeme

2.2 Konstruktionsmethodik
Quelle: 1) S.26
6.5.2011 9CAx - Systeme

2.3 Produktmodellierung
 Analyse → Synthese → Lösung
 CAD → CAE → CAO
6.5.2011 10CAx - Systeme

3 Grundlagen der Modellbildung
3.1 Bedeutung und Nutzen von Modellen
3.2 Systeme und Modelle
3.4 Modellbildung
6.5.2011 11CAx - Systeme

3.1 Bedeutung und Nutzen von
Modellen
Quelle: 1) S.100
6.5.2011 12CAx - Systeme
Objektive
Realität
Subjektive
Realität
Modell
der
Realität
Wahrnehmung
(unbewusste Abstraktion)
Modellierung
(bewusste Abstraktion)

3.1 Bedeutung und Nutzen von
Modellen
Quelle: 1) S.100
6.5.2011 13CAx - Systeme
Problem
(Fragestellung)
Lösung
Modell Modelllösung
Realitätsebene
Abstrakte
Modellebene
Problemlösungsprozess
(Lösungsfindung, Realisierung )
problemspezifische problemspezifische
Abstraktion Interpretation

3.2 Systeme
 Definition System:
„Ein System besteht aus einer Menge von
Elementen, die Eigenschaften besitzen“.
Das System ist von der Umgebung
abgegrenzt und steht mit der Umgebung
durch Ein- und Ausgabegrößen in
Verbindung.
Quelle: 1) S.101
6.5.2011 14CAx - Systeme

3.2 Modelle
 Definition Modell:
„physikalisches-mathematisches Abbild
eines technischen Bauelements, einer
Baugruppe oder eines komplexen Systems.“
 „Modelle sind abstrakte, materielle oder
immaterielle Gebilde, die geschaffen
werden, um für einen bestimmten Zweck
ein Original zu repräsentieren.“
Quelle: 1) S.129/130
6.5.2011 15CAx - Systeme

3.3 Modellbildung
Quelle: 1) S.153
6.5.2011 16CAx - Systeme
Betrachtetes System
(Original) Simulationsergebnisse
Modellbeschreibung für
Simulation
Modell
Experimentieren
Modellbildung
Durchführung
der Simulation
Umsetzung
Implementierung

4 Modellerstellung und
-anwendung
4.1 CAD- Modellierung und Anwendung
4.2 Voraussetzungen
4.3 Festlegungen
4.4 Finite-Elemente-Modellierung (FEM)
4.5 Kopplung CAD-MKS (Mehrkörpersysteme)
6.5.2011 17CAx - Systeme

4.1 CAD – Modellierung und Anwendung
Quelle: 1) S.172
6.5.2011 18CAx - Systeme

4.1 CAD- Modellierung
Quelle: 1) S.173
6.5.2011 19CAx - Systeme
Wissensbasiertes CAD
Fähigkeit,Schlussfolgerungen aus der aktuellen
Konstruktionssituation (Geometrie- sowie Hintergrundinformationen)
zu ziehen
Featurebasiertes CAD
Erfassen und Verarbeiten von Geometrie und hinterlegten
Informationen(„Semantik“), z.B. Funktion, Fertigungstechnologie
CAD(parametrisch)
Erfassen und Verarbeiten von geometrischen Elementen mit variablen
Bezügen
a) chronologiebasiert : editierbare Modelliergeschichte(„History“)
b) constraintbasiert : editierbare Gleichungssysteme
CAD(konventionell)
Erfassen und Verarbeiten von geometrischen Elementen mit festen Werten

4.2 Voraussetzungen
 Berücksichtigung von Erfahrung
 Verteilung von Aufgaben
 Kooperatives Entwickeln
- Schnittstellen
- Know- How Schutz
6.5.2011 20CAx - Systeme

4.3 Festlegungen
 Bauraum
 Aufbau und Strukturierung
 Modellgenauigkeit
 Einbindung von Teilebibliotheken
 Parametrisierungsrichtlinien
 Dokumentationsrichtlinien
6.5.2011 21CAx - Systeme

4.4 Finite-Elemente Modellierung
(FEM)
 Nährungsverfahren
 „Prinzip der virtuellen Verrückungen“
 Fehler:
- Modellierungsfehler
- Diskretisierungsfehler
6.5.2011 22CAx - Systeme

FEM-System
4.4 FEM
Quelle: 1) S.260
6.5.2011 23CAx - Systeme
Physikalisches Problem
Reales
System
(Original)
Fragestellung
Modellbildung
Struktur-
beschreibung
Lastfälle
Mathematisches
Modell

4.4 FEM
 Vorteile von FEM:
- Zeit- und Kostenersparnis
- Berechnungsnachweise (Qualitätsnachweise)
- Variantenstudien/Parametervariationen
- Analyse von nicht zugänglichen Bereichen
- Analyse von Systemen
(Beispiel: Erdbebenbelastung)
- 3D – Analyse von Verteilung physikalischer
Größen
6.5.2011 24CAx - Systeme

4.4 FEM
 Nachteile von FEM:
- Vernachlässigung molekularer Struktur
- Approximation von physikalischen
Parametern
- Vereinfachung von Randbedingungen
- Vereinfachung der Belastung
- Vereinfachung der Geometrie
6.5.2011 25CAx - Systeme

4.5 Kopplung von CAD und MKS
Quelle: 1) S.300
6.5.2011 26CAx - Systeme
Definition Kinematik
physikalische Eigenschaften
Dynamisches
Modell
Parametrischer
CAD-Entwurf
MKS-
Simulation
CAD-MKS
Kopplung
Ergebnis-
auswertung
Rückführung
Ergänzung
Modifikation
Ableitung
Datenmodell
Feature-
Beschreibung

5 Rechnergestützte Arbeits-
planung und steuerung
5.1 Magisches Dreieck der Produktion
5.2 Digitale Fabrik
5.3 Design for Manufacturing and Assembly
(DfMA)
6.5.2011 27CAx - Systeme

5.1 Magisches Dreieck der
Produktion
Quelle: 1) S.360
6.5.2011 28CAx - Systeme
Kosten
QualitätTermin

5.2 Digitale Fabrik
Quelle: 1) S.360
6.5.2011 29CAx - Systeme

5.2 Digitale Fabrik
Quelle: 1) S.389
6.5.2011 30CAx - Systeme

Höhere Planungsqualität
durch
Digitale Absicherung,
Datenintegration, …
5.2 Digitale Fabrik
Quelle: 1) S.389
6.5.2011 31CAx - Systeme
Nutzen der
Digitalen
Fabrik
Höhere Planungseffizienz
Und –geschwindigkeit durch
Automatismen,
Standardbibliotheken, …
Verbesserte
Abstimmungsprozesse
Zwischen Entwicklung und
technischer
Produktionsplanung
integrierte Workflows,
Visualisierung, …

5.3 Design for Manufacturing and
Assembly (DfMA)
6.5.2011 32CAx - Systeme
Modell
•Eigenschaften
•Vorgaben
Produktion
•Prozesoptimierung
•Dreieck der
Produktion
Kunde
•Bedürfnisserfüllung

6 Systemintegration in der
Prozesskette
6.1 Product Lifecycle Management (PLM)
6.2 Produkt Daten Management (PDM)
6.3 Enterprise Ressource Planning (ERP-Systeme)
6.5.2011 33CAx - Systeme

6.1 Product Lifecycle
Management(PLM)
Product
Lifecycle
Management
Markt
Produkt-
planung
Produkt-
/Prozess-
entwicklung
Produktions-
vorbereitung
Fertigung
&
Montage
Vertrieb &
Versand
Service &
Wartung
Demontage
&
Recycling
6.5.2011 34CAx - Systeme
Quelle: 7)

6.2 Produkt Daten Management
(PDM)
6.5.2011 35CAx - Systeme
• Artikel
Merkmale, Sachmerkmalsleiste
Datenbank
Metadaten
Dokumente
Merkmale 1
Merkmale 2
Merkmale 3
Filesystem
Primärdaten
CAD-Datei
TIFF-Datei
Word-Datei
Quelle: 2) S.39

CAD-Geometrien
Modell-Strukturen
Modellparameter
Teilefamilien-Tabellen
Drawing
CAD
6.2 Produkt Daten Management
(PDM)
6.5.2011 36CAx - Systeme
PDM
CAD-Modelle/Strukturen
Teilefamilien
Klassifikationen/SML
Zeichnungen/Dokumente
Stücklisten
Änderungsjournale
Versionstabelle
Workflowprotokoll
Daten für Schriftkopf:
•Stücklisten
•Änderungsjournal
•Versionskennung
•Freigabekennung
Modellparameter
Teilefamilienparameter
3D-Modelle
Referenzen
Teilefamilien-Tabellen
Modellparameter
Zeichnungen
Quelle: 2) S.82

PDM-Organisation
Quelle: 1) S.90
6.5.2011 37CAx - Systeme

6.3 ERP-Systeme
Quelle: 1) S.428
6.5.2011 38CAx - Systeme

7 Einführung und Migration von
CAx-Systemen
7.1 Gründe für eine Einführung/Migration
7.2 Einführung
7.3 Migration
6.5.2011 39CAx - Systeme

7.1 Gründe für eine Einführung
 bessere Entwurfsqualität
 bessere Kommunikation mit Kunden und
Partnern
 leichteres PDM
 leichtere Simulation und Rapid Prototyping
 Zeitparalleles entwickeln möglich (SE)
6.5.2011 40CAx - Systeme

7.1 Gründe für eine Migration
 Verlagerung der Tätigkeitsfelder eines
Unternehmens
 Technologische Lebensdauer erreicht
 Systemlieferant verliert an Bedeutung
 Einbindung weiterer Systeme
 Verringerung der Abhängigkeit von einem
einzigen Anbieter
6.5.2011 41CAx - Systeme

7.2 Einführung
 Vorteil eines Systems: Durchgängigkeit der
Daten
 Nachteil eines Systems:
Überdimensionierung des CAx-Systems
 Horizontale Einführungsstrategie
 Vertikale Einführungsstrategie
 Systemauswahl mit Portfolio-Analyse
6.5.2011 42CAx - Systeme

7.2 Einführung
 Projektteam
Quelle: 1) S.446
6.5.2011 43CAx - Systeme
Projekt-Sponsor
aus der Geschäftsleitung
Projektleitung
AnwendergruppenSupportgruppe
Technische IT
Vorbereitungsteam
Anwendergruppen
Technische IT
Controlling
Umsetzungsteam 1
Anwendergruppen
Technische IT
Umsetzungsteam n
Anwendergruppen
Technische IT
Kernteam
Anwendergruppen
Technische IT
Administrative IT
Controlling
Externer Berater
Usw.

Nutzwertanalyse
Quelle: 1) S.456
6.5.2011 44CAx - Systeme

7.3 Migration
 Übertragung des Datenbestandes
 Anpassungen des Altsystems übernehmbar?
 Schulung
 Migrationsstrategie:
- Parallelbetrieb
- Sofort umstellen
6.5.2011 45CAx - Systeme

7.3 Migration
Quelle: 1) S.464
6.5.2011 46CAx - Systeme
Nicht
übertragbar
Gemeinsame Elementeformate
(komplett übertragbar)
System BSystem A
Mit speziellen Vorgehensweise zusätzlich übertragbar (Bypass)
Nicht
übertragbar

Schulung
Quelle: 1) S.461
6.5.2011 47CAx - Systeme

Fazit
 Kaum ein Unternehmen kann heute noch
auf CAx-Systeme verzichten
 Datensicherheit
 Prozessoptimierung
6.5.2011 48CAx - Systeme

Vielen Dank für
Ihre
Aufmerksamkeit!
6.5.2011 49CAx - Systeme

8 Quellen
1. CAx für Ingenieure, Springer Verlag
2. CAD und PDM: Prozessoptimierung durch
Integration, Hanser Verlag
3. Koordinationsmesstechnik und Cax-Anwendungen
in der Produktion, Hanser Verlag
4. CAD-CAM Magazin Ausgabe 4. Quartal 2010
5. www.cad.de
6. http://www.coretechnologie.de/
7. http://www.plm-info.de/de/default.html
6.5.2011 50CAx - Systeme