Hilfe beim Ideentausch

Interoperabilität - Ein Problem bei Entwicklungskooperationen ist oft der Datenaustausch zwischen verschiedenen CAD-Programmen. Schließlich erfordern die unterschiedlichen Funktionen der Programme in der Regel ein aufwendiges Remastering der Modelle. Eine Lösung verspricht hier der featureorientierte Datenaustausch.

05. Juli 2005

Anwender in der der Automobilindustrie haben berechtigterweise ein großes Interesse an einer automatisierten Interoperabilität von CAD-Daten für den Transfer von Design-Intelligenz zwischen verschiedenen CAD-Systemen. Im Gegensatz zu Anwendungen, mit deren Hilfe grafische Daten ausgetauscht werden können, ist dabei eine

featurebasierende Interoperabilität der 3D-Daten gefragt, die auch Eigenschaften wie Constraints und Relationen berücksichtigt. Eine solche Lösung für den featurebasierenden Austausch ermöglicht es den verschiedenen Mitgliedern eines Entwicklungsteams, beim Produktdesign effizient zusammenzuarbeiten ungeachtet der Tatsache, daß sie aller Wahrscheinlichkeit nach unterschiedliche CAD-Systeme verwenden.

Bislang erforderte die Übermittlung dieser Informationen immer auch ein manuell durchgeführtes Remastering der einzelnen CAD-Modelle. Diese Aufgabe läßt sich zwar innerbetrieblich durchführen oder zu einem externen Dienstleister auslagern, vergrößert jedoch unweigerlich Zeit- und Kostenaufwand für das Entwicklungsprojekt. Das Ausmaß dieser Kosten zeigt beispielsweise eine häufig zitierte Studie des National Institute of Standards & Technology in den USA, nach der ein einziges Unternehmen in der Automobilbranche jährlich mehr als 450.000 CAD-Dateien mit seinen Supply-Chain-Partnern austauscht und das bei einem angenommenen Aufwand von mehreren 100 Euro pro Transfervorgang: Schließlich entstehen Kosten nicht allein durch die notwendige Konvertierungssoftware und das Remastering, sondern auch durch die Zeitverzögerung sowie durch unvermeidliche Fehler während des manuellen Prozesses.

Zur Lösung dieses Problems statten viele Automobilzulieferer ihre Designzentren mit den unterschiedlichen CAD-Systemen aus, die bei ihren Kunden im Einsatz sind.

Diese auf den ersten Blick einfache und kostensparende Lösung ist jedoch nur ein mäßiger Kompromiß: So lassen sich beispielsweise nicht alle verfügbaren CAD-Systeme zu 100 Prozent auslasten. Bei unvermeidlichen Zeitfenstern zwischen zwei Projekten oder bei Ausfallzeiten machen sich deshalb die Fixkosten der an diesem CAD-System arbeitenden Mitarbeiter bemerkbar. Einige Unternehmen stellen deshalb die Mitarbeiter nur befristet für die Dauer spezifischer Projekte ein. Dies verursacht allerdings erneut Folgekosten, etwa für die Personalsuche oder für Schulungen. Weitaus höhere Kosten entstehen den Automobilzulieferern jedoch dadurch, daß sie ihre Designs nicht optimal verwerten können: Wenn etwa die am Entwicklungsprozeß beteiligten Unternehmen unterschiedliche Designsysteme verwenden müssen, weil sie ihre Modelle an unterschiedliche Kunden liefern, müssen sie die gleichen Teile oft zwei- oder gar dreifach entwickeln. Kosten entstehen bei diesem Verfahren nicht nur für den Zeit- und Ressourcenaufwand, sondern auch für die Werkzeuge und die mehrfache Lagerhaltung.

Auch Konstruktions- und Fertigungsingenieure verwenden häufig unterschiedliche Systeme für die Übertragung der Modelldaten an die Produktion. Zum Einsatz kommen dabei heute übliche Technologien wie Initial Graphics Exchange Specification (IGES), Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP) oder eine anbieterspezifische Anwendung für die geometrische Konvertierung. Diese Verfahren erlauben es jedoch nicht, Toleranzwerte zu definieren und verwenden für die Datenumwandlung den kleinsten gemeinsamen Nenner. Beim Transfer kommt es deshalb oft zu einer fehlerhaften Geometrie. Im Ergebnis erhält der Produktionsingenieur oft ein Modell ohne zusammenhängende Oberfläche, das somit zuerst repariert werden muß. Dies dauert meist mehrere Tage und verursacht zusätzliche Kosten. Weitere Kosten entstehen, wenn in diesem Stadium noch Änderungen notwendig werden: Da die ursprünglichen Features des Teils nicht mehr zur Verfügung stehen, sind Änderungen nur noch auf der geometrischen Ebene möglich. Ein bekannter Automobilzulieferer schätzt, daß die Probleme im Zusammenhang mit dem geometrischen Austausch allein die Angebotserstellung um 30 Prozent und die gesamte Projektlaufzeit um 50 Prozent verzögert. Ein einziger Fehler im Remastering verursacht dem Unternehmen Teilekosten von mehr als 1,9 Millionen Euro, zudem fallen 250.000 Euro an für die Überarbeitung der Werkzeuge. Dazu kommt eine sechswöchige Verzögerung bei der Lieferzeit.

Das größte Problem bei diesem Verfahren ist, daß es die Verbindung zwischen Konstruktion und Herstellung unterbricht: Konstrukteur und Produktionsingenieur haben verschiedene Daten zum jeweiligen Bauteil vorliegen und haben keine Möglichkeit, dies auf technischer Ebene zu kommunizieren. Bei jeder Revision der Konstruktion muß folglich der Produktionsingenieur die Reparaturarbeiten sowie notwendige Änderungen hinsichtlich der Produzierbarkeit des Teils erneut manuell durchführen. Geht man davon aus, daß das Design eines Bauteils in der Automobilindustrie in einem typischen Entwicklungsprozeß sieben Mal oder mehr verändert wird, wird das Ausmaß dieses zeitaufwendigen Ablaufs deutlich. Hinzu kommt, daß der Produktionsingenieur die notwendigen Änderungen für eine reibungslose maschinelle Bearbeitung des Teils nicht an den Konstrukteur kommunizieren kann. So werden auch zukünftige Designs mit Fehlern behaftet sein, da der Designer nicht auf das Wissen des Produktionsingenieurs zugreifen kann.

Ein ähnliches Szenario besteht zwischen Konstruktions- und Analyseabteilungen im Unternehmen. Auch hier sind in der Regel unterschiedliche CAD-Systeme im Einsatz. Wenn ein Analytiker ein Modell bearbeitet, wird er es zunächst simplifizieren, indem er Bohrungen, Freistiche und Verrundungen entfernt und die Topographie des Modells vereinfacht. Dieser Prozeß ist notwendig, um die Verarbeitungszeit für die Modellierung und Analyseanwendungen zu verkürzen. Probleme entstehen jedoch, wenn der Konstrukteur beispielsweise die CAD-Software CATIA verwendet und der Analytiker die Testsofware I-deas die geometrische Übertragung ist heute die einzige Alternative. Da Vereinfachungen im Bereich dieser ›dummen‹ Geometrie sehr schwierig und arbeitsintensiv sind, hat der Analytiker auf technischer Ebene keine Möglichkeit, seine Empfehlungen für Designänderungen zurück an den Konstrukteur zu geben, um dadurch Produktprobleme durch Belastung, Hitze, Abnutzung usw. zu vermeiden. Wenn diese beiden Parteien mittels featurebasierter Modelle kommunizieren, ließe sich die Rückmeldung aus der Analyse viel früher im Konstruktionsprozeß verwerten die Analysefunktion könnte damit pro-aktiv sein.

Problematisch an diesem Verfahren ist zudem der Datenschutz, schließlich birgt externes Remastering das Riskio, daß die Daten künftiger Modelle Dritten in die Hände fallen. Schwerer wiegt jedoch, daß die Designer des Dienstleisters dabei die Best Practices ihrer Kunden kennenlernen. Nicht selten wenden diese ›Lehrlinge‹ solcherart erlangte Kenntnisse später für Konstruktionen des Mitbewerbers an.

Lösen lassen sich diese Probleme mit einer einer feature-basierten Interoperabilität von CAD-Daten. Eine solche Lösung bietet das Collaboration Gateway des US-amerikanischen Softwareherstellers Proficiency. Das Programm verwendet das patentierte Verfahren der »Universal Product Representation«. Diese Funktion ermöglicht die programmunabhängige Darstellung der Produkt- und Metadaten, die von sämtlichen CAD-Programmen verwendet werden. Neben den CAD-Eigenschaften zählen dazu beispielsweise Dimensionen, Einschränkungen, Skizzen sowie der historische Verlauf der Überarbeitung der Objekte. Die Serverlösung organisiert die Zusammenarbeit innerhalb eines Netzwerks, verteilt die Aufgaben für die jeweiligen CAD-Formate und liefert das Resultat über das Internet an den vorgesehenen Ort.

Michael G. Jannery, Vice President of Marketing, Proficiency, Inc.

Erschienen in Ausgabe: 06/2004