Einmal Realität bitte….

Dipl.-Ing. FH Robin Weis Leiter Konstruktion TopoMetric GmbH, Uhingen

Die gegenwärtige Praxis ist wohl bekannt: In der Anfangszeit der Produktion werden nach jeder Änderung aufwändig Erstmusterprüfberichte gefertigt, um den Qualitätsstand der laufenden Produktion beurteilen zu können. Diese werden dann als Grundlage für Änderungen im Produktionsprozess herangezogen. So soll Schritt für Schritt der Sollzustand erreicht werden. Nach Produktionsanlauf stellt bei komplexeren Produkten die Entnahme von Stichproben die Qualität der gesamten laufenden Produktion sicher. Angestrebt wird aber eine maximale Qualitätssicherheit und das bei sinkenden Kosten. Ein Paradoxon? Nicht unbedingt. Vieles in der CAE-Welt hat sich in den letzten Jahren getan. Stichwort PLM. Längst schon werden nicht mehr nur geometrische Daten mit Hilfe der CAD verarbeitet, sondern ein Produkt mit all seinen Anforderungen bis zu seinem Recycling durchgestylt. So ist es heute schon Standard, mit taktilen Messsystemen direkt auf dem Datensatz an vorgegebenen Punkten zu messen. Die dabei erlaubten Abweichungstoleranzen sind den Punkten implementiert und die Bewertung, ob ein Bauteil geometrisch richtig ist, muss nicht aufwändig von Menschenhand vorgenommen werden, sondern verläuft vollautomatisch. Das senkt neben der Fehlerquote auch die Kosten, da der Mensch als mögliche Fehlerquelle ausscheidet. Nebenbei wird es durch die kürzeren Prüfzeiten möglich, größere Stichproben zu entnehmen.

Wesentlich umfangreichere Möglichkeiten zur Prüfung von geometrischen Qualitätsmerkmalen bieten die optischen Messsysteme. Dadurch, dass die Aufnahme flächendeckend und umfassend geschieht, ist sie unabhängig von nachträglichen Messungen. Ob nun einzelne Punkte, Schnitte oder ganze Flächengeometrien ausgewertet und bewertet werden sollen, hängt von der problemspezifischen Betrachtung ab. Auch die Merkmale, anhand welcher die Messung und die CAD-Solldaten gegenüber ausgerichtet werden sollen, bleiben variabel. Oftmals konnten so in einem direkten Gespräch gezielte Verbesserungsvorschläge für die Produktion herausgearbeitet werden, die auf konventionellem Weg wochenlanger Kleinarbeit bedurft hätten. Und das Ganze, während das Bauteil oder Werkzeug bereits wieder auf dem Weg zurück zum Einsatzort war, beziehungsweise diesen Standort niemals verlassen hat, da diese Messsysteme meist mobil sind.

Was aber wenn CAD-Daten von der wahren Gestalt des Produktes oder des Werkzeuges abweichen und die Realität maßgebend ist? Gerade in Entwicklungsprozessen kommt es häufig zu dieser Klaffung zwischen der Theorie und dem was dann wirklich funktioniert. Dann müssen die CAD-Daten angepasst werden. Aber warum?

Denkt man an die Herstellung eines Werkzeuges, so wird eines sicherlich klar: Das Werkzeug, das z.B. ein Blech wirklich so verformt, dass es zu einem Gutteil wird, sieht anders aus als bei der Planung mit CAD vorgesehen war. Denn bis das eigentliche Bauteil soweit ist, vergeht viel Zeit in Form von Nachbearbeitung. Diese ganze Wertschöpfung liegt nun in Form von Hardware vor, sozusagen als Unikat. Verschleißt es oder wird zerstört, ist der Schaden groß, ganz zu schweigen von den Qualitäts- und Produktionseinbußen bis ein neues oder überarbeitetes Werkzeug wieder an das Niveau des alten herangeführt worden ist. CAD-planbare Änderungen sind ebenfalls nur erschwert- bis unmöglich, da die Daten veraltet sind und bestenfalls als Vorlage dienen können. Was ist also zu tun? Reverse Engineering (RE) heißt das Schlagwort. Entwicklung ohne Veränderung ist nicht möglich, aber man kann die Veränderung in die Entwicklung mit einbinden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Daten verschleißen eben nicht….

Welche Möglichkeiten bieten uns die aktuell auf dem Markt befindlichen Systeme, Daten aus reell existierenden Objekten einzubinden? Zuerst muss man sich darüber im klaren sein, was das Ziel des RE sein soll. Reicht eine Lösung mit der das Objekt genau so wie es ist in das System transportiert werden soll, sei es zur Dokumentation, Duplikation oder als Backup, so sind oftmals schon die bei der topometrischen Aufnahme erzeugten STL-Daten oder mit relativ wenig Aufwand darauf erzeugbare NURBS-Flächen ausreichend. Solche kostengünstigen einfachen RE-Dienste sind relativ leicht zu realisieren und bieten aus QM-technischer Sicht ein erschwingliches, aber hohes Maß an zusätzlicher Prozesssicherheit. Ein wesentlich komplexerer Vorgang hingegen findet bei der Änderung bestehender Daten auf einen Ist-Zustand statt. Strukturen sollen möglichst erhalten und die Korrekturen im jeweilig nativen CAD-System angebracht werden, so dass Änderungen im Optimalfall auch assoziativ sind und bleiben. Auch bei Neukonstruktionen, also RE ohne vorherige Datengrundlage, ist es erstrebenswert in einem CAE-System zu arbeiten um Kompatibilität und somit Durchgängigkeit der Daten zu sichern, falls das System dies unterstützt.

Als weitere Betrachtungsweise kommt zu Datenstruktur und -fluss die verwendeten Modelliertechniken hinzu. Als Hybridmodeling wird häufig das Beschreiben von Objekten mit Solid und Flächenelementen gemeint. In der Praxis muss aber unter den Flächen noch weiter unterschieden werden: in parametrische Flächen und NURBS-Flächen. Wie diese beim Erstellen oder Bearbeiten von CAD-Modellen verarbeitet werden dürfen hängt dann überwiegend vom späteren Verwendungszweck und der maximal zulässigen Abweichung zum Referenzmodell ab.

Zur Qualitätsprüfung und Dokumentation geänderter oder neu erstellter Daten dient der Vergleich zu den Aufnahmen, dem STL. Genau wie bei der Analyse zwischen Bauteilen und Werkzeugen und ihren Solldatensätzen werden hier Messdaten und die CAD-Daten verglichen, um Abweichungen zu zeigen. Nur mit dem Unterschied, dass jetzt die Messung die Referenz bildet und nicht die CAD-Daten.

QE 513