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CAD-CAM-TechnologieSolidWorks 2010 setzt auf nachhaltige Entwicklung

Seit dem vierten Quartal des Jahres 2009 ist die Software-Version SolidWorks 2010 verfügbar. Sie ermöglicht ihren Anwendern mit neuen und optimierten Funktionen, die Herausforderungen innerhalb der Produktentwicklung noch effizienter zu meistern. Die Redaktion des CAD-CAM Report nahm einige Funktionen genauer unter die Lupe, um einen besseren Eindruck zu erhalten, welche zusätzlichen Nutzenpotenziale damit erschließbar sind.
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CAD-CAM-Technologie: SolidWorks 2010 setzt auf nachhaltige Entwicklung

Wie auch bei den Vorgängerversionen stand bei der Weiterentwicklung von SolidWorks die einfache Handhabung des Systems sowie ein schnelleres Konstruieren und Modifizieren von 3D-CAD-Modellen im Fokus der Software-Entwicklung. Aber auch die Überprüfung der konstruierten CAD-Modelle mit Hilfe von Simulations- und Berechungsapplikationen und die sich daraus ergebende Modelloptimierung kamen bei der Weiterentwicklung nicht zu kurz. Eine wirklich gravierende Neuheit für den gesamten Bereich der Engineering-Lösungen innerhalb der Produktentwicklung wurde mit der Software »SolidWorks Sustainability« präsentiert. Diese unterstützt den Anwender bei der Beurteilung der Umweltverträglichkeit eines konstruierten Bauteils. Je nach dem, für welche Materialien und Herstellungsprozesse sich der Konstrukteur entscheidet, in welchen Regionen die Fertigung erfolgt, welche Transporte erforderlich sind, in welcher Region das fertige Produkt zum Einsatz kommen wird und wie die Entsorgung am Ende der Produktlebensdauer erfolgen muss, berechnet das System die Umweltverträglichkeit einer Konstruktion. Auf der Grundlage der festgelegten Parameter erfolgen dann eine umfassende Bewertung aller Stufen des Lebenszyklus und die Erstellung der entsprechenden Ökobilanz.

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»SolidWorks Sustainability« basiert auf der Expertise und den Daten des deutschen Unternehmens PE International, das sich als weltweit größtes und ältestes Kompetenznetzwerk auf dem Gebiet der Nachhaltigkeit sieht. Dadurch erhalten die SolidWorks-Anwender die Möglichkeit, ihre Konstruktionen auch nach ökologischen Gesichtspunkten zu optimieren, um ihren Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.

Auf einem so genannten Armaturenbrett, das bei allen Änderungen dynamisch aktualisiert wird, zeigt »SolidWorks Sustainability« in Echtzeit die Umweltverträglichkeitsfaktoren an. Dies betrifft unter anderem die Kohlenstoffemissionen, den Energieverbrauch, Säureemissionen in die Luft sowie die Verunreinigung der Gewässer. Dazu lassen sich entsprechende Berichte, deren Aufbau individuell modifiziert werden kann, erstellen, um die Nachhaltigkeitsaspekte einer Konstruktion zu dokumentieren beziehungsweise zu kommunizieren.

Außerdem kann bei der Beurteilung der Umweltverträglichkeit eines Bauteils ein Ausgangsmaterial als Grundlage definiert werden, um dieses dann mit ähnlichen Materialien – zum Beispiel mit in etwa übereinstimmender Dichte oder Zugfestigkeit – zu vergleichen. Auf dem Armaturenbrett lässt sich die Umweltverträglichkeit der verschiedenen Materialien auch vergleichend darstellen, so dass die Entscheidungsfindung bei der Minimierung der Umweltbeeinträchtigung vereinfacht wird (Bild 1). Natürlich kann auch der Produktionsprozess verändert oder eine andere Region zur Fertigung der Bauteile gewählt werden, um diese Ergebnisse dann auch als Vergleich auf dem Armaturenbrett zu visualisieren beziehungsweise in Berichten festzuhalten.

»SolidWorks Sustainability« ermöglicht einen hohen Nutzen bei wenig Aufwand, denn vielfach mussten schon in der Vergangenheit Entsorgungsrichtlinien beachtet werden. Außerdem lässt sich mit dieser neuen Software auch die Frage der Umweltbelastung, ähnlich wie die Simulation oder die Kostenberechnung, schon frühzeitig in die Produktentwicklung integrieren – zumindest für Überschlagsberechnungen, um dadurch den ökologischen Aspekt stärker im Bewusstsein zu verankern. Zusätzlich kann die integrierte Material-Datenbank auch unabhängig von ökologischen Aspekte gute Dienste leisten, beispielsweise bei der Suche nach alternativen Materialen mit ähnlichen Kenndaten.

Mit Hilfe von »SolidWorks Sustainability« werden wahrscheinlich nur die wenigsten Konstruktionsabteilungen ihre Prämissen bei der Produktentwicklung grundsätzlich neu organisieren. Denn die meisten müssen nach wie vor die Kosten in den Mittelpunkt ihrer Betrachtungen stellen. Aber diese neue SolidWorks-Funktionalität ermöglicht es den heutigen Konstrukteuren, so zu handeln, dass sie der nächsten Generation möglichst wenig Kosten aufbürden. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass das Beratungsunternehmen A.T. Kearney herausgefunden hat, dass die durchschnittlichen Kapitalkosten nachhaltig ausgerichteter Unternehmen deutlich niedriger sind als die der nicht-nachhaltigen Konkurrenz. Dieses mag den Schwenk zu umweltverträglicheren Produkten, die nicht unbedingt immer höhere Produktionskosten nach sich ziehen müssen, vielleicht erleichtern. Jedoch wurde von A.T. Kearney auch festgestellt, dass die Nachhaltigkeit in vielen Fällen weit über die Umweltfreundlichkeit hinausging. »Neben verantwortungsvollem, sparsamem Ressourceneinsatz seien erfolgreiche Managementmethoden, Fairness gegenüber Mitarbeitern, Kunden und Zulieferern sowie Transparenz von großer Bedeutung«, heißt es in einer Zusammenfassung der Studie. Damit wird klar, dass die Konzentration auf nur einen unternehmerischen Aspekt, nicht zum langfristigen wirtschaftlichen Erfolg führen kann. Nun aber zurück zu den tagtäglichen Konstruktionsaufgaben. Diese sollen durch eine neuartige Nutzung der Maus innerhalb von SolidWorks beschleunigt erledigt werden können. Ähnlich einer Tastenkombination lassen sich so genannte Mauskombinationen, die von SolidWorks zum Patent angemeldet wurden, als Kürzel zum Ausführen eines Befehls nutzen. Dazu muss lediglich die rechte Maustaste gedrückt und die Maus dann kurz in eine der acht Richtungen (oben, unten, rechts und links sowie die entsprechenden Diagonalen) bewegt werden.

Beim rechten Mausklick und dem Ziehen der Maus erscheint um den Mauszeiger eine Befehlszuordnung der Mauskombinationen, so dass der Anwender immer direkt sehen kann, welche Befehle zur Verfügung stehen, wobei der aktuell gewählt Befehl grafisch hervorgehoben wird (Bild 2). Findet der Anwender Gefallen an dieser neuen Funktionalität – vielleicht beschränkt er sich zunächst nur auf vier Befehle, die er oben, unten, rechts und links findet – werden ihm diese Mauskombinationen schnell in »Fleisch und Blut« übergehen. Dann wird er sie, ohne zu überlegen, blind nutzen können und erhebliche Zeitvorteile erlangen.

Insgesamt lassen sich vier Mal – das heißt für Zeichnungen, Baugruppen, Teile und Skizzen – jeweils bis zu acht Mauskombinationen verwenden, wobei die Zuweisung vom Anwender jederzeit individuell angepasst werden kann.

Eine weitere Erleichterung in der neuen SolidWorks-Version ist die Verwendung von so genannten virtuellen Komponenten. Dieses gilt sowohl für einzelne Bauteile (zum Beispiel Kaufteile) als auch für komplette Baugruppen (etwa einen Hydraulikzylinder). Durch die »Virtualisierung« einer Komponente wird diese von der ursprünglichen externen Datei abgekoppelt und kann damit losgelöst vom PDM-System beispielsweise modifiziert werden. Das Bild 3 zeigt einen Dichtungsring, der als virtuelle Komponente definiert wurde. Rechts ist der Originalring, wie er als Normteil aus der Datenbank entnommen wurde, zu sehen. Links wurde er als virtuelle Komponente an die erforderliche Geometrie angepasst, ohne das Original in der Datenbank zu ändern. Ähnlich können auch Hydraulikzylinder als virtuelle Komponenten in einer Konstruktion mehrfach und in unterschiedlichen Stellungen verwendet werden, wobei sie sich – mit entsprechenden Verknüpfungen – dann trotzdem noch für Kinematik-Simulationen einsetzen lassen, so dass die entsprechenden Mechanismen auch überprüfbar sind.

Zur Unterstützung der Online-Vermarktung ihrer eigenen Produkte können SolidWorks-Anwender das Web-basierte Katalog-Portal »3D ContentCentral« (www.3dcontentcentral.de) kostenlos nutzen, indem sie ihre Produktmodelle hochladen. Natürlich kann jeder Anwender auch selbst Kauf- beziehungsweise Zulieferteile als 2D- oder 3D-Modelle herunterladen. Diese sind sowohl im SolidWorks-Format als auch in anderen CAD-Formaten, zum Beispiel im Autodesk-Inventor- und AutoCAD-Format, verfügbar. Mit Hilfe des so genannten Configuration Publisher lassen sich die eigenen CAD-Modelle so aufbereiten, dass sie im 3D-ContentCentral-Portal zur Online-Vermarktung mit Zugriff für jedermann platziert werden können.

In einem entsprechenden Dialogfeld definiert der Konstrukteur die Benutzeroberfläche zur Auswahl von Konfigurationen und kann dann die Modelle direkt zum 3D-ContentCentral-Portal senden (Bild 4). Die Festlegung der Ausprägungsmöglichkeiten für die CAD-Produktmodelle erfolgt auf Basis von Regeln und Tabellen. Dafür stehen dem Konstrukteur Listenfelder, Zahlenfelder und auch Kontrollkästchen als Steuerelemente zur Verfügung. Auf diese Weise lassen sich einzelne Werte, Wertebereiche und Schrittfolgen definieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, einzelne Features bei bestimmten Werten oder Wertbereichen (if – then) zu unterdrücken. Im Portal wählen die Interessenten die erforderlichen Werte zur Erstellung der von ihnen gewünschten Konfiguration aus und können dann genau die gewählte Modellkonfiguration herunterladen. Schon über 500.000 registrierte Nutzer haben sich als Interessenten im 3D-ContentCentral-Portal angemeldet. Um die Suche nach dem richtigen Lieferanten zu vereinfachen und die Zusammenarbeit zu beschleunigen, ist auch eine regionale Suche nach Herstellern möglich. In den bisherigen SolidWorks-Versionen war die Funktionalität für Konstruktionsstudien ausschließlich im Simulation-Paket enthalt, um damit Konstruktionsszenarien zu untersuchen und Optimierungsstudien durchzuführen. Mit der 2010er Version wurde diese Funktionalität in die Grundversion der Konstruktions-Software von SolidWorks integriert, so dass jetzt jeder Anwender seine Modelle evaluieren und optimieren kann. Dazu wurden die früheren Benutzeroberflächen für Optimierungsstudien und Konstruktionsszenarien zu der neuen Konstruktionsstudien-Benutzeroberfläche zusammengefasst. Die verschiedenen Modelle und deren Berechnungsergebnisse werden für die einzelnen Iterationen oder Szenarien durch Klicken auf die betreffende Spalte auf der Registerkarte »Ergebnisansicht« visualisiert (Bild 5).

Grundsätzlich besteht die Wahl zwischen zwei unterschiedlichen Arten von Konstruktionsstudien: Erstens können Evaluierungen bezogen auf vordefinierte Werte für verschiedenen Parameter durchgeführt werden, um mit Hilfe von entsprechenden Sensoren – zum Beispiel für die Masse – die optimale Konfiguration auszuwählen. Dabei wird für jede Kombination der vordefinierten Werte die dazugehörige Masse ermittelt und der Konstrukteur entscheidet, welche Kombination er verwenden will.

Zweitens lassen sich automatisierte Optimierungen durchführen, bei denen beispielsweise für mehrere Parameter festgelegte Wertebereiche berücksichtigt werden, in denen das System ein Optimum (Maximum – Minimum) für den gewünschten Sensor (etwa die Masse) findet. Dabei können zusätzliche Sensoren (zum Beispiel für das Volumen) als Zwangsbedingungen eingesetzt werden, um das Volumen auf einen gewissen Wertebereich zu begrenzen (Bild 6). Damit kann der Konstrukteur sicher sein, die für den vorgegebenen Bereich optimale Kombination zu verwenden.

Für Anwender, die Bewegungsanalysen durchführen, um beispielsweise die Taktzeiten einer Verpackungsmaschine zu optimieren, hat SolidWorks in seinem Software-Paket »Simulation Professional« jetzt eine besonders hilfreiche Simulationsfunktion integriert: die ereignisgesteuerte Bewegungsanalyse (Bild 7). Mit Hilfe einer rein zeitgesteuerten Bewegungsanalyse, wie sie bisher lediglich möglich war, ist eine schnelle und effiziente Optimierung dagegen kaum realisierbar gewesen.

Die ereignisgestützte Bewegung wird durch eine Reihe von so genannten Tasks gesteuert. Diese lassen sich zeitlich gesehen nacheinander oder auch überlappt anordnen. Jeder Task ist durch ein auslösendes Ereignis (anhand der Zeit, der Fertigstellung früherer Tasks oder anhand erkannter Werte, zum Beispiel der Komponentenposition) und die dazugehörige Aktion bestimmt. Das auslösende Ereignis kann unter anderem mit Hilfe von Sensoren gesteuert werden, die Kollisionen (Interferenzprüfung) oder die relative Position von Komponenten (Nähe) erkennen. Die Task-Aktionen definieren oder beschränken die Bewegung von Komponenten in der Baugruppe. Unter anderem lassen sich Verknüpfungen aktivieren oder deaktivieren, Bewegungen anhalten oder Werte für Motoren, Kräfte oder Drehmomente ändern. Beispielsweise kann die Bewegung einer Komponente mit Hilfe von Servomotoren gesteuert werden, indem die Geschwindigkeit, die Beschleunigung oder die Verschiebung festgelegt wird.

Die hier beschriebenen Funktionalitäten innerhalb von SolidWorks 2010 vermitteln einen Eindruck über die in der neuen Version enthaltenen Erweiterungen und Verbesserungen. Besonders hervorzuheben ist die neuartige Berücksichtigung von Umweltbelastungen während der Produktentstehung, die schon in der Frühphase der Konstruktion mit »SolidWorks Sustainability« überschlägig berechnet werden können. Aber auch die ereignisgesteuerte Bewegungsanalyse wird für viele Anwender, die Produktionsanlagen konstruieren, erhebliche Vereinfachungen bieten und neues Optimierungspotenzial eröffnen. Weitere Vorteile bringen die vielen kleinen Änderungen, auf die hier nicht näher eingegangen werden konnte, die aber die tagtäglichen Arbeitsroutinen vereinfachen und beschleunigen können. In diesem Zusammenhang sind die Mauskombinationen gewiss ein Paradebeispiel. Aber auch die virtuellen Komponenten, die Konstruktionsstudien und der Configuration Publisher bieten Funktionalitäten, die ihresgleichen suchen. -fr-

www.solidworks.de

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