CAD-Praktikum für den Maschinen- und Anlagenbau mit PTC Creo

Der erfolgreiche Einsatz von Methoden der virtuellen Produktentwicklung hängt nicht nur von den Leistungsmerkmalen der verwendeten Softwaresysteme ab. Entscheidend bleibt die Sachkompetenz und Kreativität der Bearbeiter, die durch diese Werkzeuge mehr oder weniger gut unterstützt werden. Abhängig von den Leistungsmerkmalen des CAD-Systems können unterschiedliche Modellierungsstrategien und verschiedene Möglichkeiten zur Abbildung der Produktlogik zum genutzt werden. Darüber hinaus stehen Funktionen zur Verfügung, die eine vielschichtige Analyse und Optimierung der Produktmodelle unterstützten. Auch wenn jeder CAD-Systemanbieter eine eigene Philosophie hinsichtlich des Leistungsspektrums und der Dialoggestaltung verfolgt, so gibt es doch bei den leistungsstärksten Systemen viele Gemeinsamkeiten.

Bei den grundlegenden Arbeitstechniken zur Flächen-, Bauteil- und Baugruppenmodellierung sowie zur Ableitung von Produktdokumentationen aus dem 3D-Modell gibt es viele Gemeinsamkeiten zwischen den aktuell verfügbaren parametrischen, featurebasierten CAD-Systemen. Am Beispiel von PTC Creo werden einführend einige häufig genutzte Voreinstellungen, Darstellungsoptionen und Interaktionen erläutert. Viele der in den nachfolgenden Kapiteln enthaltenen Beispiele und Aufgabenstellungen, deren Umsetzung mit PTC Creo beschrieben wird, wurden in ähnlicher Form von den Autoren auch in anderen CAD-Systemen (CATIA, Siemens NX, SolidWorks, Inventor) bearbeitet.

Neben dem Einsatz von Standardschablonen und Standardbezugselementen werden in diesem Kapitel auch die Definition von skizzierten Bezugselementen, von ebenen und räumlichen Bezugskurven, das Importieren von Referenzmodellen, die Aufbereitung importierter Daten sowie grundlegende Möglichkeiten zur modellinternen und modellübergreifenden Abbildung von Modellzusammenhängen erläutert. Es wird gezeigt, wie Referenzmodelle den Bedürfnissen angepasst werden können und wie Modellzusammenhänge graphgesteuert oder über Parameterbeziehungen gesteuert werden können.

Zunächst werden elementare Feature thematisiert, die für den Aufbau der Grobgestalt eines Bauteils Bedeutung haben. An Beispielen wird gezeigt, dass diese Profil-, Rotations-, Trajektions- und Verbundfeature sowohl zur Materialerzeugung als auch für die Materialentfernung eingesetzt werden können und wie über weitere Konstruktionsfeature die Modellfeingestaltung erfolgen kann. Ebenso werden Arbeitstechniken zur problemspezifischen Modellanpassung diskutiert. Darauf aufbauen werden Möglichkeiten erläutert, wie über flächenorientierte Modellierungstechniken Konstruktionsabsichten umgesetzt werden können. Abschließend werden Beispiele zur Nutzung des Blechteiltools und zum Aufbau von Teilefamilien behandelt.

Da Produkte in der Regel aus einer Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen bestehen, wird zunächst in die grundlegenden Techniken zum Aufbau von Baugruppenmodellen eingeführt. Dabei kann zwischen zwei Aufbaumethoden unterschieden werden, die allerdings auch kombiniert werden können. Die erste wird häufig als Top-Down-Methode bezeichnet, da zuerst die hierarchische Struktur des Produktes festgelegt wird. Die Komponenten werden dabei zunächst nur benannt und in die Produktstruktur eingeordnet, aber erst später modelliert. Bei der Bottom-Up-Methode werden dagegen zunächst die einzelnen Komponenten modelliert und dann zum Produkt zusammengefügt. Beide Methoden werden an Beispielen kurz erläutert. Dabei wird auch auf den Einsatz besonderer Modellreferenzen und Skelettmodelle eingegangen. Darüber hinaus werden Möglichkeiten zur Anpassung von Baugruppen und Baugruppenkomponenten diskutiert. Abschließend werden der Einsatz des Verschraubungsassistenten und des Schweißverbindungstools erläutert.

Zunächst werden einige Möglichkeiten aufgezeigt, wie 3D-CAD-Modelle mit zusätzlichen Informationen in unterschiedlichen Ansichtszuständen so aufbereitet werden können, dass unterschiedliche Anforderungen an die Produktdokumentation erfüllt werden können. Es wird gezeigt, wie die erstellten Kombinationszustände so exportiert werden können, dass sie von einem externen Viewer gelesen und dargestellt werden können. Erläutert wird auch das Ableiten von technischen Zeichnungen aus einem 3D-Modell und die notwendige Vervollständigung der Zeichnungen und Stücklisten. Dabei werden der Einsatz vordefinierter Schablonen, verschiedene Ansichtsoptionen und Bemaßungstechniken erläutert. Abschließend werden Hinweise zum Aufbau von Animationen gegeben, die dann Bestandteil einer digitalen Produktdokumentation sein können.

Für die Absicherung der Produktqualität stehen in leistungsfähigen Systemen verschieden Optionen zur Verfügung. Neben den zahlreichen Möglichkeiten zur dialogorientierten Überprüfung von geometrischen und semantischen Modellinformationen sind auch vordefinierte Prüfungsroutinen in das System integrierbar. Darüber hinaus können Modellvergleiche und Toleranzanalysen durchgeführt werden. Anhand von Beispielen wird gezeigt, dass sich natürlich im CAD besondere Möglichkeiten zur Optimierung der geometrischen Modellausprägungen ergeben. Es werden Einbindungen von Excel- und Mathcad-Analysen sowie Möglichkeiten der Makroprogrammierung vorgestellt und Hinweise zur anwendungsorientierten Programmierung gegeben. Thematisiert wird ebenso die konstruktionsbegleitende Simulation am Beispiel der FEM (Finite Elemente Methode) und von Mehrkörpersimulation.

Anhand von Anwendungsbeispielen werden fortgeschrittene CAD-Arbeitstechniken erläutert. Am Beispiel einer Rohrzange werden einige Möglichkeiten zur phasen- und modellübergreifenden Informationsweitergabe erläutert werden. Am Beispiel besonderer im Anlagen-, Apparate- und Rohrleitungsbau vorkommender Durchdringungsprobleme wird gezeigt, dass nicht immer das erforderliche Hintergrundwissen über geometrische Besonderheiten und Zusammenhänge bereits im CAD-Feature verankert ist und wie diese Defizite beseitigt werden können. Anhand eines Druckbehälters wird die Abbildung komplexerer Komponentenzusammenhänge in einem Produktmodell erläutert. Darüber hinaus wird dieses Thema auch anhand eines Stirnradgetriebes vertieft. Einen besonderen Stellenwert hat in allen Beispielen die Beachtung fertigungstechnischer Randbedingungen. Hierbei werden teilweise benutzerdefiniert Feature und Modellierungsstrategien vorgestellt, die helfen beispielsweise trennwerkzeuggerechte Modellausprägungen zu erzeugen. Abschließend wird noch gezeigt, wie Elemente einer Tragkonstruktion mit einem entsprechenden Zusatztool des CAD-Systems aufgebaut werden kann.