PC-Anwendungen kommen über 2D kaum hinaus
In CAD -Anwendungen geraten Mikrocomputer relativ schnell an ihre Grenzen. Vor allem hinsichtlich Simulation, Analyse und Datenbankaufgaben sind derartige Systeme überfordert, meint Werner Jung*, der in seinem Beitrag das Thema aus der Großrechner-Perspektive sieht.
Innovation geht in der Regel einher mit der Veränderung von Technologien und Konzeptionen. Betrachtet man daraufhin das Gebiet der CAD/CAM Anwendungen, so ist eine rasante Ausbreitung zu beobachten. Insbesondere die mechanische Konstruktion nimmt hierbei den größten Anteil ein. Dieser Trend wird durch den Zwang zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und die progressive Verbesserung des Preis/Leistungs-Verhältnisses der Rechner beschleunigt. Mehr und mehr erkennen die potentiellen Anwender, daß ein Warten auf das ideale System Wettbewerbsnachteile schafft und bis zur Existenzbedrohung führen kann.
Die schwer zu überschauende Zahl der auf dem Markt verfügbaren CAD-Systeme stellt die Anwender vor eine schwierige Aufgabe. Fehlende Kenntnisse erschweren die Einschätzung der Leistungsfähigkeit und der Erweiterbarkeit der Systeme sowie die Integrationsfähigkeit in die gewachsenen Unternehmensstrukturen. Dominierten bis heute die zentralisierten Host-Systeme, die über eine hohe Rechnerleistung verfügen und einen hohen Integrationsgrad aufweisen, so kann heute eine starke Ausbreitung von intelligenten Arbeitsstationen beobachtet werden.
Ohne Zweifel begünstigt diese Entwicklung die Einsatzmöglichkeiten von CAD/CAM-Systemen bei der mittelständischen Industrie. Mehr und mehr wird auch CAD/CAM-Software für Personal Computer angeboten und als preiswerte Einstiegslösung, propagiert. Für einige weniger anspruchsvolle Aufgaben haben sich besonders im CAM-Bereich PC-Lösungen behauptet wie zum Beispiel bei der einfachen 2?-D-Programmierung von NC-Maschinen und den damit verbundenen DNC-Aufgaben.
Bei CAD-Aufgaben sind diese Lösungen jedoch in der Regel über eine zweidimensionale Zeichnungserstellung nicht hinausgekommen. Einschränkungen bestehen durch die verfügbaren Primär- und Sekundärspeicherbereiche und die unzulänglichen Datendurchsatzraten, was durch kostenintesives Personal kompensiert werden muß. Die niedrigen Einstiegskosten favorisieren die PCs zum Teil in mittleren und kleineren Unternehmen zum Sammeln von ersten Erfahrungen mit der neuen Technologie und Erkennen der Grenzen des PC-Einsatzes.
Mit zunehmender Durchdringung der Problematik gelangt man an die Grenzen dieser Lösungen und muß sich neu orientieren. Sicher sind die dabei gesammelten Erfahrungen hilfreich und gehen mit einer eigenen Qualifizierung einher - jedoch stehen dem der Zeitfaktor und der Wettbewerbsdruck gegenüber.
CAD-Applikationen im Evaluationsprozeß
Bedenkt man, daß zirka 80 Prozent der späteren Herstellungskosten der Produkte vom Konstrukteur festgelegt werden, so wird die Bedeutung dieser Entscheidungen für ein Unternehmen sichtbar und gleichzeitig auch der Mißstand. Sehen einige Unternehmensführungen zur Zeit CAD lediglich als ein Medium zur Zeichnungserstellung, so zeigt dies deutlich, daß wir uns offensichtlich bei der umfassenden Computeranwendung in der Produktentwicklung in einem Evolutionsprozeß befinden.
Traditionelle Abläufe verändern sich und passen sich dem neuen Medium an, nachdem sich die klassischen Werkzeuge des Konstrukteurs seit Jahrhunderten kaum geändert haben. Gerade in diesem Bereich kann mit Recht von einer "Rechner-Unterstützung" gesprochen werden. Betrachtet man die umfangreichen Anforderungen, die ein Konstrukteur berücksichtigen muß (Leistungsdaten, gesetzliche Bestimmungen, Formgestaltung, Kostenlimit), so engt ihn dies alles stark ein. Der ureigentliche Kreativitätsprozeß wird durch notwendige bürokratische Bedingungen und unvollkommene zweidimensionale Funktionsbeschreibungen auf einen bescheidenen Teil reduziert.
Diesem Prozeß kann man langfristig nur durch einen komplexen Einsatz von leistungsstarken und ausbaufähigen CAD/CAM-Systemen begegnen. Die schrittweise Einführung solcher Systeme, die integrierte Lösungen ermöglichen, bei denen die Konstruktionsgeometrien automatisch weitergegeben werden können, ist Voraussetzung für leistungsfähige Anwendungen. Dies zeigt sich besonders deutlich bei der Anwendung von CAE-Methoden.
Optimierungen durch FEM möglich
Die Begleitung von Konstruktionsentwürfen durch mathematisch-physikalische Modelle ist ein wesentliches Mittel zur Optimierung der Konstruktion in funktioneller und ökonomischer Hinsicht. Verbesserungen sind hier zum Beispiel durch Finite-Elemente-Methoden zu erreichen. Die auf individuellen Erfahrungen beruhenden Schätzungen können durch objektive Analysen ersetzt werden.
Die Funktions- und Materialoptimierung kann bereits in der Entwurfsphase vorgenommen werden und nicht erst nach teuren und zeitraubenden Testuntersuchungen an Prototypen, wobei viele physikalische Vorgänge in der Praxis nicht prüfbar sind und wieder auf Annahmen und Erfahrungen zurückgegriffen werden muß. Für viele derartige Aufgaben gibt es bereits Software-Werkzeuge, jedoch in der Regel nicht die erforderliche komplexe Integration in Systemen, um die möglichen Effizienzen zu erreichen.
Durch Fenstertechnik mehr User-Akzeptanz
Sehen wir uns die Vielfalt der verschiedenen Anforderungen und Bedingungen in unterschiedlichsten Industriezweigen an, so ist eine unternehmensorientierte Lösung dieser Problematik nur durch eine enge Zusammenarbeit zwischen den anwendenden Konstrukteur und dem Systemanalytiker möglich. Die Integration des Erfahrungsschatzes des Konstrukteurs und die Ausnutzung der Möglichkeiten des CAD/CAM-Systems sind wesentliche Effizienz- und Akzeptanzkriterien. Qualität und Quantität der Entwurfsarbeit können dadurch entscheidend verbessert werden - der Konstrukteur wird von Routinetätigkeiten entlastet - er kann optimierte Lösungsalternativen suchen und auf Brauchbarkeit analysieren. Dies setzt allerdings ihre leistungsfähige integrierte Rechnerausstattung voraus. Begünstigt wird diese Entwicklung derzeitig durch leistungsfähige intelligente grafische Arbeitsplätze, die inzwischen mit hohen Rechnerleistungen ausgestattet sind und über eine wesentliche, verbesserte Mensch-Maschine-Kommunikation verfügen. Durch Fenstertechniken und lokale grafische Funktionen wird auch die Benutzerakzeptanz ganz wesentlich verbessert.
Man muß sich jedoch darüber im klaren sein, daß diese grafischen Minis für lokale Entwurfsapplikationen hervorragend geeignet sind, aber hinsichtlich der Simulation, der Analyse und der Datenbankaufgaben im technischen Bereich überfordert sind. Der Zwang zur langfristigen Wirtschaftlichkeit und die zunehmende Automatisierung der Fabriken erfordern eine horizontale und vertikale Kompatibilität zwischen CAD, CAE und CAM. Hohe zentrale Rechenleistungen für Simulation, Analyse, Datenkontrolle, Benutzerführung, Materialbibliotheken und das gesamte Datenmanagement und deren Kopplung über offene schnelle Netzwerke sind eine wichtige Voraussetzung auf dem Wege zur computerintegrierten Fertigung.
Durch Einsatz der inzwischen bewährten Standardschnittstellen IGES und VDAFS ist mittlerweile auch die Kopplung verschiedenartiger CAD-Systeme möglich und die Haltung einer Datenbasis. Durch neutrale Datenformen in den komplexen integrierten CAD/CAM-Systemen ist auch eine beliebige Weiterverarbeitung der Daten in den Folgebereichen (Technologie, Produktionsplanung) gewährleistet. Damit ist die direkte Weiterverarbeitung der Daten möglich, wodurch erst die höherwertigen unternehmensinternen Effizienzen erreicht werden können.
CIM-Entscheidungen für Managementebene
Für besonders anspruchsvolle Modelluntersuchungen mit tausenden von Freiheitsgraden ist auch die Möglichkeit der Integration von Super-Rechnern der neuen Generation wichtig als Voraussetzung für akzeptable Lösungen.
Der Übergang von Zeichnungssätzen zu Datensätzen hat natürlich bei der Werkzeug- und Produktionsplanung erhebliche Konsequenzen. Es werden durch die Datensätze Oberflächen kontinuierlich beschrieben, wodurch zum Beispiel Fräserwege und Fräsertechnologie interaktiv definiert und Werkzeuge beziehungsweise Modelle durchgängig erzeugt werden können. Die Einsparungen an Zeit und Aufwand liegen hierbei teilweise in unvorstellbaren Größenordnungen. Die dabei erreichbare wesentlich höhere Fertigungsgenauigkeit ermöglicht außerdem die beliebige Austauschbarkeit von Werkzeugen und Lehren.
Diesen aufgezeigten Möglichkeiten durch den Einsatz von CAD/ CAM-Systemen stehen oft schwierige Entscheidungsphasen in den Unternehmen gegenüber. In autonomen Bereichen von Unternehmen werden oft preiswerte Sofortlösungen für ein Inselproblem favorisiert, bei denen mit Mikro- beziehungsweise PC-Systemen kurzfristig Erfolge möglich sind. Spätestens bei der notwendigen Verknüpfung dieser Insellösungen zeigt sich, ob von vorne begonnen werden muß und lediglich der Lernprozeß als Erfolg abgebucht werden kann. Das führt dazu, daß CIM-Entscheidungen ins höhere Management verlagert werden und mehr und mehr den Charakter und die Wertigkeit von strategischen Entscheidungen annehmen.
*Dr.-Ing. Werner Jung, Consultant, Control Data GmbH, Frankfurt