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CAD-Software CAD-Software erfindet sich im Kontext des digitalen Engineerings neu

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Wo aktuell verborgenes Potenzial der CAD-Software liegt, welche Bedeutung CAD-Daten im künftigen Produktentstehungsprozess haben und welche Rolle der Konstrukteur dabei einnimmt - darüber sprach unser Partnerportal konstruktionspraxis.de mit Peter Scheller, Business Development Consultant im Pre-Sales bei Siemens Digital Industries Software, im Interview.

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Quo vadis CAD-Software? 3D-CAD-Daten erfahren im Hinblick auf Industrie 4.0 neue Wirkungsweisen im Umfeld von AR und VR oder der Echtzeitdaten aus der IoT-Welt, die über den Digitalen Zwilling zur Optimierung der Produkte verwendet werden können.
Quo vadis CAD-Software? 3D-CAD-Daten erfahren im Hinblick auf Industrie 4.0 neue Wirkungsweisen im Umfeld von AR und VR oder der Echtzeitdaten aus der IoT-Welt, die über den Digitalen Zwilling zur Optimierung der Produkte verwendet werden können.
(Bild: ©CrazyCloud - stock.adobe.com)

konstruktionspraxis: Herr Scheller, ist das Potenzial für mehr Effizienz im Bereich CAD-Software im deutschen Maschinenbau bereits ausgeschöpft?

Peter Scheller: Nahezu jedes Unternehmen im deutschen Maschinenbau setzt ein etabliertes 3D-CAD-Werkzeug ein. Also wenn ich über CAD spreche, ist es aus der Sichtweise von 3D-CAD-Programmen, wobei die reine 2D-CAD-Welt bestimmt noch eigene Anwendungsfälle hat, die aber immer mehr aus der 3D-Welt abgeleitet werden. Der erste Blick auf den klassischen Einsatz von 3D-CAD mit der 3D-Bauteil-Modellierung, Baugruppenerstellung und Zeichnungsausleitung lässt vermuten, dass hier kaum noch eine Effizienzsteigerung möglich ist. Dies ist unter anderem in der Bauteilgeometrie begründet, die im Maschinenbau häufig von prismatischen Bauteilen bestimmt wird, die jedes etablierte CAD-System heute mühelos abbilden kann.

Peter Scheller: "Aus unserer Sicht wird das Thema CAD gerade wieder neu definiert. Ähnlich wie beim Übergang von 2D- zu 3D-Modellen und -Baugruppen wird dieser Prozess neue Technologien für den Konstrukteur zugänglich machen wie Topologieoptimierung oder mechatronische Bibliotheken."
Peter Scheller: "Aus unserer Sicht wird das Thema CAD gerade wieder neu definiert. Ähnlich wie beim Übergang von 2D- zu 3D-Modellen und -Baugruppen wird dieser Prozess neue Technologien für den Konstrukteur zugänglich machen wie Topologieoptimierung oder mechatronische Bibliotheken."
(Bild: Siemens)

Und auf den zweiten Blick?

Scheller: Aus meiner Sicht steckt das Dilemma in der zu oberflächlichen Beurteilung der verschiedenen CAD-Konstruktionswerkzeuge. Ich sehe hier viele Ansatzpunkte, die durchaus enormes Potential zur Steigerung der Effizienz im CAD-Bereich bergen. Zum einen liegen sie im Detail der CAD-Funktionalitäten der Softwarepakete selbst, was bei einer ersten Betrachtung nicht im Fokus steht.

Zum anderen liegen sie in der Verortung von CAD im Produktentstehungsprozess, als reines Entwicklungswerkzeug für die Mechanik. Auch die Rolle und die Wertigkeit von CAD-Daten innerhalb des gesamten Entwicklungsprozesses bergen ungeahnte Potentiale, wenn man über die klassischen Abteilungsgrenzen hinweg dächte.

Meinen Sie damit die interdisziplinäre mechatronische Produktentwicklung, die heutige Produkte häufig erfordern?

Scheller: Genau. Der wohl wichtigste Punkt sind die veränderten Produktanforderungen und neuen Technologien im Maschinenbau, die oft ein mechatronisches Gesamtprodukt ausmachen, das nicht mehr umfänglich nur mit CAD entwickelt werden kann. So wird auch die klassische Vorreiterrolle der Mechanik, die ja im CAD verhaftet ist, im Bezug auf die Produktentwicklung hinterfragt werden müssen. Das führt zu einer Sichtweise, die eine Art „nächste Generation“ von CAD-Programmen benötigt, die, wie NX von Siemens, durchaus enormes Potential entfalten können.

Wo sehen Sie denn noch verborgenes Potenzial?

Scheller: Das Potenzial der klassischen CAD-Anwendungen kann man heute aus meiner Sicht an drei übergeordneten Bereichen festmachen. Zum einen ist da der angebotene Funktionsumfang, wie zum Beispiel die flexible Bauteilmodellierung mit allen gängigen Methoden und Datenformaten in einer Umgebung, der Handhabung von großen Baugruppen, integrierte PDM-Funktionalitäten, die Modellbeschreibung im CAD-Kern, der für eine durchgängige, prozesssichere, digitale CAx-Prozesskette benötigt wird, CAE-Simulationsmöglichkeiten oder Fertigungsverfahren, wie der 3D-Druck, die völlig neue Anforderungen stellen, aber auch Chancen für den etwas verstaubten CAD-Begriff bringen.

Gerade hier liegen einige Potentiale brach, da den Konstruktionsabteilungen nicht unbedingt die Mehrarbeit im CAD zu erklären ist, die bei einem Ansatz der „3D-Master“ Erstellung mit PMI (Fertigungsinformationen) anfällt. Da die Informationen aber in der Prozesskette später im CAM- und CMM-Prozess automatisch ausgewertet werden können, verkürzt sich der Gesamtablauf.

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Und der zweite Punkt?

Scheller: Der zweite Punkt ist die Offenheit eines CAD-Systems in Bezug auf die Integration in eine bestehende IT-Landschaft, aber auch die Offenheit gegenüber dem Betrieb in der Cloud oder einer gemischten Vorgehensweise, um den Mitarbeitern die CAD-Umgebung dort performant zur Verfügung zu stellen, wo sie sich gerade befinden. Dies eröffnet auch in Zeiten der Krise neue Wege und Möglichkeiten des Arbeitens – zum Beispiel vom Home-Office aus.

Und last but not least...?

Scheller: Verborgenes Potenzial sehe ich noch bei der Bedienbarkeit oder der sogenannten Anwendererfahrung. Die Bedienung der Programme, die Unterstützung des Anwenders bei seiner täglichen Arbeit, birgt aus unserer Sicht durch den Einsatz neuer Technologien wie dem „Maschine Learning“ noch große Potentiale zur Effizienzsteigerung. Mit dem Adaptive UI in NX lernt das Programm die Anwendung der verschiedenen Befehle und bietet über die Zeit nur noch die Befehle an, die logisch erscheinen. Auch fällt in Betracht, welchen Detailierungsgrad ich als Anwender in welchem Prozessschritt benötige und wie ich diese Informationen angeboten bekomme. Egal, ob ich eine Kollisionsprüfung in einer Baugruppen mit mehreren tausend Bauteilen mache, ein Bewegungsverhalten untersuche oder ein Detail-Formelement für die Fertigung untersuche, immer muss die Information im CAD-System dem Anwender performant und verständlich in einem geeigneten Kontext zur Verfügung gestellt werden, um eine effiziente Lösung der Aufgabe zu gewährleisten.

Wird die Bedeutung von CAD-Software im Kontext des Digital Engineering und Industrie 4.0 steigen?

Scheller: Wenn man das Digital Engineering als durchgehende digitale Entwicklung von Produkten und der umfassenden Abbildung auch des Verhaltens der jeweiligen Komponente oder Maschine, inklusive aller dafür benötigten Bausteine wie Mechanik, Elektronik, Elektrik, Software inklusive der Automatisierungskomponenten versteht, dann bildet CAD den Kern dieses Ansatzes, der auch als Digitaler Zwilling des Produktes beschrieben werden kann. Dieser Ansatz benötigt aber auch einen neuen Ansatz der Umsetzung der Anforderungen, weg von einer textuellen Form, hin zu einer modellbasierten Form - immer im PLM-Kontext prozesssicher verwaltet. Nur so können die immer mehr nach der agilen Entwicklungsmethode definierten Ansätze, die Anforderungen der von der Industrie 4.0 angestrebten Vernetzung und Hyper-Automatisierung von Produkt und Produktionsprozessen bis hin zur Interaktion von Produkten mit der Produktionsumgebung und der Auswertung der gesamten Prozesse und Lebensdaten über IoT und künstliche Intelligenz, zusammengehalten werden. Das heißt die 3D-CAD-Daten werden in dem Gesamtkontext immer wichtiger.

CAD bildet den Kern des Digital Engineering, also der durchgehenden digitalen Entwicklung von Produkten und der Abbildung des Verhaltens der jeweiligen Komponente. Dieser Ansatz kann auch als Digitaler Zwilling des Produktes beschrieben werden.
CAD bildet den Kern des Digital Engineering, also der durchgehenden digitalen Entwicklung von Produkten und der Abbildung des Verhaltens der jeweiligen Komponente. Dieser Ansatz kann auch als Digitaler Zwilling des Produktes beschrieben werden.
(Bild: Siemens Digital Industries Software)

Können Sie das bitte konkretisieren?

Scheller: 3D-CAD-Daten erfahren im Hinblick auf Industrie 4.0 ganz neue Wirkungsweisen im Umfeld von AR und VR oder der Echtzeitdaten aus der IoT-Welt, die über die digitalen Produktrepräsentanten, also den Digitalen Zwilling, zur Optimierung der Produkte verwendet werden können. Die 3D-CAD-Daten bringen hier die mechanischen Eigenschaften über die Laufzeit der Produktentwicklung mit (Masse, Trägheitsmomente, Abmaße etc.). Sie werden mit weiteren Informationen angereichert, um damit einen umfassend beschrieben digitalen Zwilling der Produkte abbilden zu können. Sie fungieren somit als Bindeglied zwischen den verschiedenen Entwicklungsdomänen. Neue mechatronische Entwurfskonzepte bilden ebenfalls Potential für eine CAD-Umgebung, die zusätzliche Informationen wie Sensoren und Aktoren und die damit verbundene Ablaufsteuerung eines mechatronischen Entwurfes simulieren lässt. Solch einen Ansatz bieten wir mit dem Mechatronic Concept Designer innerhalb von NX heute schon an.

Welche Sorgen im Bereich der Produktentwicklung plagen Ihre Kunden aktuell?

Scheller: Viele unsere Kunden müssen immer flexibler auf sich immer schneller veränderte Anforderungen ihrer Kunden in der Produktentwicklung reagieren. Verteilte Entwicklungsstandorte mit unterschiedlichen CAD-Werkzeugen erhöhen hier oft noch die Komplexität. Wir bieten unseren Kunden hierzu Konsolidierungskonzepte auf unseren Lösungen an, die wir durch unsere große Expertise aus den letzten Jahren verlässlich und skalierbar aufgebaut haben, um Daten und Prozess in einem durchgängigen System wie NX zu etablieren. Die komplexen Anforderungen rufen auch nach einer Lösung durch modellbasierte Entwicklungsansätze (MBSE), die eingeführt werden, um die agilen Projektvorgehensweisen und die Nachverfolgbarkeit der jeweiligen Änderungsschleifen in der Entwicklung nachvollziehbar zu machen. Der modellbasierte Entwicklungsansatz und die komplette digitale Beschreibung des Produktes als digitalen Zwilling, der als Informationsträger nach und nach die 2D-Zeichnungen im Prozess ersetzt, sind eine Herausforderung, die wir mit unseren Kunden gemeinsam bewältigen müssen.

Wie unterstützen Sie Ihre Kunden dabei?

Scheller: Mechatronische Maschinenkonzepte müssen von Beginn der Entwicklung an als solche bearbeitet werden und benötigen eine neue Art der Zusammenarbeit der verschiedenen Domänen innerhalb der Firmen. Hier haben wir verstärkte Nachfragen zu unserem Mechatronic Concept Designer in NX, der genau diesen Ansatz unterstützt. Neue Technologien wie der 3D-Druck werden allmählich industrialisiert und müssen so durchgängig im Produktentstehungsprozess verankert werden. Cloud-Technologien versprechen neue skalierbare Unternehmensinfrastrukturen und müssen deshalb auch von den jeweiligen CAD-Entwicklungswerkzeugen unterstützt werden.

Was sind aus Sicht von Siemens die Trendthemen rund um die Produktentwicklung?

Scheller: Als Trend sehen wir die mechatronische Produktentwicklung als holistischen Ansatz im Maschinenbau. Dies können wir sehr gut mit unserem Ansatz des MCD innerhalb NX abbilden. Weiterhin ist die simulationsgetriebene Produktentwicklung auch ein Schritt, den man innerhalb des CAD abbilden muss. Wir denken hier besonders an neue Fertigungstechnologien wie den 3D-Druck, die völlig neue Funktionsprinzipien in der Produktentwicklung zulassen und dort auch verankert werden müssen Der Konstrukteur bekommt eine neu Rolle in der Bewertung von Modellvarianten, die ihm durch Simulationen vorgeschlagen werden. Diese gilt es technisch umzusetzen.

Viel Arbeit für den Konstrukteur...

Scheller: Die konventionellen Konstruktionsvorgehensweisen werden zukünftig von intelligenten Assistenten unterstützt werden, so dass Routinearbeiten schneller und effizienter zu erledigen sind. Umfangreiches Wissen wird in sich funktional abgesicherten mechatronischen Bibliotheken abgelegt werden. Dies geschieht immer in einer abgesicherten PLM-Umgebung, die die Rollenrechte und Prozesse aussteuert, ohne den Mitarbeiter zu belasten. Neue flexible Maschinenkonzepte sind so durch die Bereitstellung vieler kleiner optimierter Funktionsbausteine schneller zu entwerfen, digital abzusichern und virtuell in Betrieb zu nehmen.

Das deutet also auf eine vielversprechende Zukunft für CAD-Software hin?

Scheller: Ja, aus unserer Sicht wird das Thema CAD gerade wieder neu definiert. Ähnlich wie beim Übergang von 2D- zu 3D-Modellen und -Baugruppen wird dieser Prozess neue Technologien für den Konstrukteur zugänglich machen wie Topologieoptimierung oder mechatronische Bibliotheken, die es ihm erlauben, die nächste Generation von Produkten zu entwickeln und diese komplett im digitalen Raum abzusichern. Dazu gehört auch, direkt in seiner CAD-Umgebung VR-Funktionen zu nutzen, um im Team ganz neue Modelle der Zusammenarbeit nutzen zu können.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.konstruktionspraxis.de

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