MÜNCHEN (CW) - Die Auswahl eines geeigneten CAD/CAM-Systems bereitet heute vielen Firmen Kopfzerbrechen, da ein Fehlgriff kaum übersehbare Kosten verursacht. Lothar Thieme, Leiter der Abteilung CAD/CAM bei Dornier in Friedrichshafen, beschreibt in einem anläßlich der Berliner Compas '84 verfaßten Beitrag die Planung, Einführung und Anwendung eines computerunterstützten Zeichen- beziehungsweise Fertigungssystems. Aus seiner Sicht kommt es dabei besonders darauf an, zwecks mehr Wirtschaftlichkeit im Konstruktionsbereich besonders organisatorische Gesichtspunkte in der CAD/CAM-Einführungsphase zu beachten. Außerdem plädiert er für den Einsatz von interaktiv-grafischen Systemen und spricht sich gegen Erfolgszwänge unmittelbar nach der Anschaffung einer Installation aus.

Die Anfänge von CAD/CAM reichen bei Dornier in die 60er Jahre zurück. Die ersten in Fortran erstellten Geometrieprogramme ermöglichten die Definition und Weiterverarbeitung von Kurven und 3D-Oberflächen.

Die Programme waren Batch-orientiert mit spaltengebundener Eingabe von Steuerzeichen und Koordinaten auf Lochkarten. Die optische Ausgabe erfolgte auf einer Präzisions-Zeichenanlage. Ab 1973 wurde die Software in einem Prozessor zusammengefaßt. Die Formulierung der Aufgabe konnte in einer Sprache erfolgen, zum Beispiel P1 = POINT/100, 200, 300 für die Definition eines Punktes und GOTO/P1 -als Fahrbefehl.

Gleichzeitig erfolgte die Umstellung von Lochkarten auf alphanumerische Bildschirme.

Seit 1980 benutzt Dornier ein grafisch-interaktives System. Nach zunächst punktueller Einführung in der Konstruktion von Bauteilen und Baugruppen wurden in den letzten Jahren nahezu alle Bereiche in die Anwendung des Systems einbezogen. Voraussetzung war allerdings die Softwareanpassung beziehungsweise -erweiterung für die speziellen Anforderungen der Bereiche. Dabei wurde die Basissoftware nicht verändert, sondern über vorhandene Schnittstellen neue Makros beziehungsweise vorhandene Programmsysteme angeschlossen. Unabdingbare Voraussetzung war dabei die Kompatibilität der Programmsprachen und der benutzten Rechner. Die Geometriedaten werden heute lückenlos vom Entwurf bis zur Kontrolle auf Datenspeichern durchgereicht, wobei alle beteiligten Bereiche das gleiche grafisch-interaktive System als Basis einsetzen.

Plädoyer für interaktives Arbeiten

Die Tätigkeit des Konstruierens ist kreativ; sie läßt sich daher nicht direkt programmieren. Dennoch gab es in der Vergangenheit zwei Ansätze, die Datenverarbeitung im Konstruktionsbüro einzuführen, nämlich bei der Variantenkonstruktion und der Geometriebeschreibung.

Im Bereich Variantenkonstruktion wurde das Bauteil in einer Programmiersprache allgemein definiert. In der Ausführung hat man nur noch die variablen Parameter gesetzt. Sinnvoll anwendbar sind diese Systeme bei Einzelteilen oder Baugruppen: Veränderte Parameter lassen aus einer vorhandenen Konstruktion eine neue entstehen. Beispielsweise sind Kugellager einander alle ähnlich; durch Variation der Parameter kann ein allgemein festgelegtes Kugellager so abgewandelt werden, daß sich alle erdenklichen Ausmaße erreichen lassen. Oder: Auch die Rippen eines Flugzeugtragwerks bleiben in der Grundform alle gleich, jedoch ändert sich das Profil von innen nach außen. Vor Einführung der Variantenkonstruktion mußte jede Rippe neu gezeichnet werden.

Der zweite Ansatzpunkt war die Entwicklung von Programmiersprachen zur Geometriebeschreibung. Ist die Geometrie eines Teils im Koordinatensystem einmal definiert, können diese Daten im Rechner weiterverarbeitet werden. Bekanntes Beispiel eines solchen Systems ist das Programm APT - Automatically Programmed Tool -, mit dem numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen und numerisch gesteuerte Zeichenanlagen programmiert werden können.

Beide Möglichkeiten - Variantenkonstruktion und Geometriebeschreibung -, die auch kombiniert werden können, erfordern spezielle Programmierkenntnisse. Sie unterstützen nicht die Tätigkeit des Konstrukteurs, sondern die des technischen Zeichners. Schöpferische Arbeit einer allgemeinen Konstruktion läßt sich, wie gesagt, nicht programmieren. Eine Datenverarbeitungsanlage kann infolgedessen nur unterstützend wirken.

Schlechte Noten für die Ergonomie

Ein Hilfsmittel der Datenverarbeitung, den grafischen Bildschirm, gibt es seit 15 Jahren. Es fehlte aber eine zuverlässige und für den Anwender leicht zu handhabende Software. Dabei ist zu beachten, daß das System führen muß und interaktiv arbeiten können muß, um vom Konstrukteur nicht unnötige Kenntnisse der Datenverarbeitung zu verlangen.

Dornier entschied sich für die Einführung des Systems CADAM (Computer-Graphics Augmented Design and Manufacturing System) der CADAM Inc., einer Tochtergesellschaft des Luft- und Raumfahrtkonzerns Lockheed, USA. Folgende Kriterien waren bei der Suche ausschlaggebend:

- Das System muß eine möglichst hohe technische Reife in der Anwendbarkeit haben. Man darf einem Konstrukteur nicht zumuten, ein System auszutesten. Bei auftretenden Fehlern (Bedienfehler oder Programmfehler) müssen eindeutige Fehlermeldungen erfolgen.

- Der Anwender ist im Normalfall kein EDV-Fachmann, das heißt, ein System muß ohne Datenverarbeitungskenntnisse bedienbar sein. Nur

dann läßt es sich problemlos in den Fachabteilungen einfuhren. Zu empfehlen ist ein interaktives System, weil es den Dialog zwischen Mensch und Maschine erleichtert. Es ermöglicht auch schnelles und selbständiges Lernen. Ein Handbuch sollte nur Nachschlagewerk sein.

- Die Bibliothek muß den Erfordernissen einer modernen Registratur genügen: variabler Bibliotheksaufbau, Archivierung (Kurzzeit/Langzeit), einfacher Abruf, variabel in der Zeichnungsnummernvergabe. Über ein Interface muß der Zugriff von und zu anderen Programmsystemen möglich sein.

- Die Hard- und Software muß ergonomischen Erfordernissen gerecht werden. Vor allem die Bildschirmarbeitsplätze entsprechen heute oft nicht ergonomischen Kenntnissen.

- Das System muß auf breiter Basis anwendbar sein. Wichtiger als Spezialfunktionen ist die Vollständigkeit. Jedoch kann kein System alle Forderungen erfüllen. Wichtig ist auch hier die eigene Erweiterbarkeit auf firmenspezifische Erfordernisse.

Anwender zieht sich oft zu großen Schuh an

Auf der Suche nach einem geeigneten System werden oft zwei Extreme vertreten: Man sieht nur eine Anwendung (zum Beispiel für die reine Zeichenarbeit) und kauft ein entsprechendes System. Solche Systeme sind heute bereits sehr billig erhältlich. Erst nach der Einführung wird der Wunsch nach weiteren Anwendungen wach, wobei dies dann oft nicht mehr möglich ist. Oder aber man sucht nach einem idealen System, das bereits bei der Einführung alles können muß. Hier versteigt man sich schnell in Systeme, die eine Nummer zu groß sind. Dies ergibt nicht nur höhere Kosten bei der Anschaffung, sondern auch Probleme bei der sehr oft komplexeren Anwendung (Beispiel 2D/3D).

Ein Optimum erscheint dort, wo zu annehmbarem Preis eine zunächst schwerpunktmäßige Einführung möglich ist und das System bausteinartig für weitere Anwendungen erweitert werden kann.

Der Softwarehersteller sollte sein System ständig weiterentwickeln, wobei es aufwärtskompatibel bleiben muß. Nur dann ist sichergestellt, daß man beim gleichen System bleiben kann. Dies setzt eine solide, stabile Hersteller- und Vertriebsfirma voraus. Ein Umsteigen bedeutet heute noch einen völligen Neubeginn (trotz Schnittstellen).

Erfolg steht und fällt mit Organisation

Außerdem muß die Software über eine gut beschriebene und funktionierende Schnittstelle verfügen, um durch Verbindungen zu schon im Hause vorhandenen Programmen und Anschluß neu geschriebener Makros eine integrierte Anwendung zu ermöglichen. Source-Code-Änderungen sind dabei zu vermeiden.

Die Firma Dornier betreibt heute 50 grafisch-interaktive Arbeitsplätze, die, im Firmengelände dezentral bei den jeweiligen Anwendern aufgestellt sind. Die Verbindung zum zentralen Hauptrechner erfolgt über Steuereinheiten und Koaxialkabel. Die Zeichnungen können je nach Genauigkeitsanforderung auf Präzisions-NC-Zeichenanlagen oder auf elektrostatischen Plottern ausgegeben werden.

Die Einführung des Systems erfolgt nur dann reibungslos, wenn wichtige organisatorische Gesichtspunkte beachtet werden.

- Der Arbeitsplatz sollte sorgfältig in Lage und Ausführung geplant werden, wobei ergonomische Erkenntnisse genutzt werden. Er muß sich in unmittelbarer Nähe des sonstigen Arbeitsplatzes befinden, da der Anwender den Kontakt zu Kollegen und Unterlagen braucht. Dies gilt insbesondere für eine Einführungsphase.

- Die direkt und indirekt betroffenen Mitarbeiter müssen bei den Vorbereitungen zur Einführung beteiligt werden. Information weckt Motivation: Ein von der EDV diktiertes System stößt bei den Anwendern auf Widerstand.

- Es ist ratsam, den Betriebsrat über die neuen Arbeitsplätze zu informieren. Die Diskussionen und die Aufklärung über die neuen Systeme sollten vor Einführung stattfinden. Das Ergebnis ist eine Betriebsvereinbarung, die Sitzungszeiten und Arbeitsplatzgestaltung regelt.

- Große Bedeutung kommt der sorgfältigen Planung der Rechnerkonfiguration zu. Dies kann nur durch eine vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Software- und Hardwarehersteller einerseits und der EDV-Abteilung der eigenen Firma erfolgen. Wichtigste Ziele sind ein stabil laufender Rechner und akzeptable Antwortzeiten. Sie sollten im Durchschnitt nicht über 0,5 Sekunden liegen. Längere Antwortzeiten sind nicht Erholung, sondern Streß für den Anwender.

- Der Hard- und Softwareservice muß eine hohe Verfügbarkeit des Systems gewährleisten. Ein Ausfall des Systems bedeutet, daß der Anwender seines Werkzeuges beraubt wird. Er kann augenblicklich nicht mehr arbeiten. Hier ist ein wesentlicher Unterschied zu den Batch-Systemen.

- Die Ausbildung der Mitarbeiter sollte mit Sorgfalt und ausreichender Zeit erfolgen. Vor allem bei der Einführung ist es wichtig, nur ausreichend qualifiziertes Personal einzusetzen, da hier Pilotfunktionen erfolgen.

- Dem Anwender muß bei Bedarf ohne lange Wartezeiten ein freier Arbeitsplatz zur Verfügung stehen. Schichtarbeit oder vorbestimmte Zeiteinteilung sind nur Notlösungen und der Akzeptanz des Systems abträglich.

In der Einführungsphase kein Erfolgszwang

Speziell in der Einführungsphase sollte der Konstrukteur nicht unter dem Erfolgszwang stehen, die Arbeit mit einer bestimmten "Einsparungsrate" abzuwickeln. Die Faktoren für einen geringeren Zeitaufwand gegenüber herkömmlicher Arbeit sind für einzelne Aufgaben unter Umständen nicht meßbar. Erst die Möglichkeiten des Kopierens, Transformierens, Skalierens, Spiegelns, und so weiter und das direkte Durchreichen der Daten an andere Bereiche erbringt wesentliche Vorteile.

Die Wirtschaftlichkeit eines Systems muß man unter Berücksichtigung von Zeit Kosten und Qualität sehen. Es entstehen in der Anwendung eines CAD/CAM-Systems nicht unbedingt Kostenvorteile gegenüber herkömmlicher Arbeitsweise. Hard- und Software, Ausbildung, Einführungsphase und Systemunterstützung kosten Geld. Doch die Durchlaufzeiten eines Projektes werden in folge des direkten Datentransfers in und zwischen den Arbeitsbereichen wesentlich verkürzt und damit die Konkurrenzfähigkeit erhöht.

Aufgrund interner oder angeschlossener Berechnungsverfahren sind während der Produktentwicklung mehr Iterationsschleifen zur Optimierung und damit zur qualitativen Verbesserung des Produkts möglich.

Vor der Anschaffung eines CAD/CAM-Systems sollte der Anwender zunächst eine Systemanalyse vornehmen. Ein Projektteam, das schwerpunktmäßig von den künftigen Anwendern besetzt ist, untersucht in Frage kommende Systeme. Für Voruntersuchungen bieten sich Messen, CAD/CAM-Berater und Literatur an.

Nach der Analyse sollten maximal fünf Systeme genauer untersucht werden. Über eine reine Demo beim Hersteller des Systems ist der Test mit einer spezifischen Aufgabe möglichst bei einem Anwender des Systems sinnvoll. Dabei darf das Ziel eines integrierten CAD/CAM-Einsatzes nicht aus den Augen verloren werden.

Der nächste Schritt ist die Systemvorbereitung.

Hierunter fallen die Schulung der Pilotanwender. Arbeitsplatzbeschaffung, Bestellung der Hard und Software, Rechneranpassung, Auswahl der Pilotabteilung, Erstellung von Interface-Programmen und eventuelle organisatorische Änderungen.

Pilotanwendung sollte am Anfang stehen

Bei der systemeinführung schließlich ist es sinnvoll, zunächst eine Pilotphase in einer geeigneten Abteilung anzusetzen: Durch diese Vorgehensweise ist eine schnelle produktive Einführung möglich und es können wichtige (positive und negative) Erfahrungen gesammelt werden, wobei auftretende Störungen nur örtlich begrenzt bleiben. Für diese Phase werden durchschnittlich sechs Monate veranschlagt.

Erst bei der Systemanpassung und Einführung in weitere Anwendungen kann man dann die Schwächen und Stärken des Systems aus der Praxis erkennen und auftretende Probleme lösen. Parallel hierzu wird die Einführung in weitere Bereiche vorangetrieben. Dieser Prozeß zieht sich erfahrungsgemäß über Jahre hinweg.

Bei Beachtung wichtiger organisatorischer Gesichtspunkte führt die Einführung und Anwendung eines CAD/CAM-Systems zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit; es kann schneller, genauer und kostensparend geplant, konstruiert und gefertigt werden. Die Integration aller am Entwicklungs- und Fertigungsprozeß beteiligten Stellen darf nach gezielter Einführung nicht vernachlässigt.