Wissen für alle Systeme

Software - Über Wissensverarbeitung ist in den letzten Jahren viel geredet und geschrieben worden. Richtig viel geschehen ist indes nicht. Tecneos hat eine Software entwickelt, die das im CAD/CAM-Umfeld ändern könnte. Erste Praxiserfolge bestätigen das Konzept des Berliner Unternehmens.

30. Juni 2005

Im Engineering spielt Wissensverarbeitung eine besondere Rolle. Die Amerikaner nennen es daher Knowledge Based Engineering (KBE). Das Wissen aus den Köpfen der Ingenieure soll dabei so aufbereitet werden, dass es jederzeit und für jeden verfügbar auf Rechnern abrufbar ist. Aber wie?

Bislang haben sich einige unterschiedliche Ansätze ergeben. Beispielsweise nimmt man sich einen überschaubaren Bereich, wie etwa den Werkzeugbau, heraus und legt seine Regeln und Daten im Zusammenhang mit einem CAD-System so fest, dass die Prozesse fast automatisch ablaufen. Der Anwender gibt nur die Parameter ein und schon entsteht ein neues Werkzeug.

Eine weitere Variante baut darauf, alle Regeln abzulegen, aber als Teil des CAD- Systems. Damit ist man flexibler und nicht mehr auf ein Konstruktionsgebiet festgelegt, muss die Regeln aber selbst eingeben.

Die dritte - und wohl fortschrittlichste - Art trennt die Wissensverarbeitung vom CAD-System. Nur eine Schnittstelle verbindet beide Systemwelten. Wissen kann dann unabhängig für verschiedene (und wechselnde) CAD-Systeme zur Verfügung gestellt werden. Zu genau dieser Kategorie gehört YVE des Berliner Unternehmens Tecneos.

Tecneos, ein 1996 gegründetes Unternehmen mit Wurzeln in der TU-Berlin und Erfahrungen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie kam auf die Wissensverarbeitung durch ein Siemens-Projekt. Siemens A&D, Berlin, wollte die Konstruktion von elektrischen Großmaschinen (4-40 MW) rationalisieren. Das Ziel war, einen hohen Anteil der jeweiligen Maschine aus einem Standard heraus zu bestücken und dennoch effektiv kundenspezifische Anpassungen machen zu können. Tecneos entwickelte eine Lösung, bei der nicht nur Formeln und Tabellenwerte irgendwie mit dem CAD-Modell verknüpft sind, sondern bei der auch der konstruktive Ablauf, der Workflow, Eingang finden sollte. Das gelang. Die Variantenkonstruktion der Motoren, die 8 Wochen dauerte, kann jetzt in zwei Tagen erledigt werden!

Dieser Erfolg brachte die Tecneos-Entwickler auf die Idee, aus der kundenspezifischen Lösung eine Standardsoftware zu machen: YVE.

YVE ist eine wissensbasierte Client-Server-fähige Standardsoftware zur Hinterlegung und Wiederverwendung von technischem Unternehmenswissen für die integrierte Produktplanung und Konstruktion. Die Software deckt die drei Hauptanforderungen an ein KBE-System ab:

- Erfassung der Regeln des assoziierten Ingenieurwissens, der Wiederholteile und der zu konstruierenden Teile sowie die Anwendung von umfassenden Automatismen

- Verwaltung und Bereitstellung aller für den Konstrukteur wesentlichen Konstruktionselemente und Objekte

- Vereinfachung, Vereinheitlichung und Optimierung des kompletten Konstruktionsprozesses und somit mehr Transparenz für alle Beteiligten.

Das Wissensverarbeitungssystem besteht aus drei Modulen. Im WF-Designer wird das technische Wissen erfasst und in Flussdiagrammen (Workflows) grafisch umgesetzt. Diese Workflows bilden die kompletten Prozesse bis hin zur fertigen Maschine ab. Sie umfassen dabei das gesamte Wissen: Berechnungsformeln, Tabellen, Vorschriften, Anmerkungen, Warnungen, Erfahrungswerte...

»Die Workflows sind dann die Säulen für den WF Solver«, drückt es Tecneos-Geschäftsführer Bernhard Voslamber aus. Mit diesem browserbasierten Softwaremodul wird die immer wiederkehrende Projektierung und Konfiguration der Varianten durchgeführt. Die Anwendung ist so einfach, dass auch Konstruktionsneulinge sowie Vertriebsmitarbeiter damit umgehen können.

Mit dem Schnittstellenmodul werden die vor- und nachgelagerten Prozesse der Anwender eingebunden. Alle Auftragsbezogenen Daten werden aus dem ERP-System integriert. Aus den CAD-Systemen wird die Parametrik der Baugruppen als Basis der Berechnungs- und Auswahlabläufe importiert. Über die Exportfunktionen werden die berechneten Varianten wieder ausgegeben, um im CAD-System automatisch die 3D-Modelle zu erstellen und die Stücklisten etc. zu generieren.

Um YVE besser zu verstehen, auch seine Einfachheit, ein kurzer Blick in den Arbeitsablauf. Der 1. Schritt ist die Vorbereitung des parametrischen CAD-Modells. Wer Varianten erstellen will, braucht zunächst ein Muttermodell. Es sollte hier als parametrisches 3D-Modell vorliegen. Es sollte ferner als Stückliste definiert sein und die Stückliste kann auch schon ans ERP-System übergeben worden sein, bevor die eigentliche Arbeit mit YVE beginnt.

Nun erfolgt der Export der Modelle aus CAD bzw. ERP. Hier- bei wird via Schnittstellenprogramm eine XML-Datei generiert, welche die Parametrik der Modelle umfasst. Diese Datei wird an YVE übergeben.

Das System ist dann bereit für die Eingabe des Workflows. Wie kann man denn den ingenieusen Arbeitsprozess gut ›eingeben‹? Die Tecneos-Entwickler fanden, dass man dies am besten durch Zeichnen tut. Das kann jeder Konstrukteur. Gezeichnet wird mit Hilfe von Microsoft ›VISIO‹. Am Bildschirm entsteht also das Flussdiagramm des Arbeitsablaufs mit bereits vorgefertigten Elementen.

Jedes Element wird per Drag & Drop in die Zeichenebene gezogen und verknüpft. Die Grundelemente, die zur Wissenseingabe zur Verfügung stehen, sind:

- Formeln

- Tabellenzugriffe

- Entscheidungen und

- Dialog mit dem Benutzer

Die Formeln können beliebig komplex sein und so hingeschrieben werden, wie sie in den Formelbüchern stehen (Standard-Notation). Der Formeleditor ist MathML-fähig.

Der Zugriff auf Geometrien von Bauteilen, Erfahrungswerten, Vorschriften und Normen erfolgt über Tabellenzugriffe. Die Wahl der Tabelle, aus der die Daten auszulesen sind, geschieht in einem Kategoriebaum.

Natürlich können nicht nur Standardtabellen, etwa für Schrauben oder Kugellager verwendet werden, sondern jeder Benutzer kann darin auch umfangreiche eigene Tabellen anlegen. Die Bearbeitung von Konstantentabellen umfasst:

- Die Eingabe neuer Tabellenstrukturen

- Die Eingabe von Daten in die Tabellen

- Den Import von vorhandenen Tabellen aus dem Excel-Format

- Edition von Tabellenstrukturen und Daten

Falls Maschinen zu komplex sind, um sie in einem durchgängigen Workflow abzulegen, können Subworkflows angelegt werden. Damit die Übersicht nicht verloren geht, zeigt das System einen Strukturbaum an.

Mit diesen ›Elementen‹ also wird das Wissen zeichnerisch eingegeben und ist somit jederzeit auch menschenlesbar! Spätere Bearbeiter verstehen leicht was getan worden ist.

Um die Umsetzung des gezeichneten Workflows in ein Computerprogramm braucht sich der Anwender nicht zu kümmern, das macht das System automatisch. Dies ist ein ganz entscheidender Faktor, welches die Ingenieure von Programmierern unabhängig macht.

Jetzt steht das fertige Programm für zur Verfügung, genannt WF Solver. Im Rahmen eines Internetbrowsers werden die Varianten erstellt, meist durch Beantworten von Fragen, also Parametereingabe. Ist diese Arbeit abgeschlossen, berechnet der Solver eine gültige Variante.

Wünscht man unterschiedliche Varianten, wird der Prozess nochmals durchlaufen. Jedes Mal entsteht eine gültige Variante. Am Ende kann man die gewünschte aussuchen.

Diese wird wieder via XML und Schnittstelle an das CAD-System (und/oder ERP-System) übertragen. Ein neues gültiges und vollständiges CAD-Modell entsteht. Damit ist der Kreis geschlossen.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004