Konstruktionsabsicht für intelligente, vernetzte Produkte


Konstruktionsabsicht für intelligente, vernetzte Produkte

Autor: Dave Martin
  • 2/12/2018

Die Konstruktionsabsicht regelt jede Entscheidung, die wir in der CAD-Modellierung treffen, oder sollte diese zumindest regeln. Die Konstruktionsabsicht berücksichtigt, dass die erste Konstruktionsphase nur einen kleinen Teil des Lebenszyklus eines Produkts ausmacht. Wir verbringen wesentlich mehr Zeit damit, Modelle zu ändern und zu aktualisieren, wenn sich die Anforderungen ändern. Daher möchten wir zusätzliche Informationen in unsere Modelle integrieren, damit Änderungen intelligent auf verwandte Funktionen und Komponenten übertragen werden.


Vertraute Entwicklungsmethoden

Bei der Baugruppenkonstruktion sind Bottom-Up- und Top-Down-Konstruktion die beliebtesten und bekanntesten Methoden.

Bei der, Bottom-Up-Konstruktion (Bottom Up Design, BUD) erstellen Sie zunächst einzelne Teilmodelle und ordnen diese dann zu untergeordneten Baugruppen an. Diese Baugruppen werden in übergeordneten Baugruppen platziert usw., bis das Produkt auf oberster Ebene fertig ist.

Die Bottom-Up-Konstruktion hat jedoch einige Nachteile. Sie funktioniert nicht gut für komplexe Produkte mit einer großen Anzahl von Komponenten und Hierarchieebenen. Insbesondere, wenn Teile und Unterbaugruppen gegenseitige Abhängigkeiten aufweisen, hat diese Methode ihre Schwächen. Die Aktualisierung von BUD-Baugruppen ist meist mühsam, überaus manuell, zeitaufwendig und fehleranfällig. Schlimmer noch, sie führt oft zu kaskadierenden Regenerationsfehlern, die die Benutzer frustrieren und die Time-to-Market verlängern.

Bei der Top-Down-Konstruktion (Top Down Design, TDD) definieren wir zuerst die Produktstruktur – die Organisation wichtiger Subsysteme, Unterbaugruppen und anderer Komponenten –, ohne uns auf die Geometrie einzelner Teile zu konzentrieren. Wir verwenden spezielle Modelle, um kritische Konstruktionsinformationen zu konsolidieren. In Skeletten erfassen wir Geometrie, die sich auf mehrere Baugruppen und Teile auswirkt. In Notizbüchern halten wir Bemaßungen und Parameter fest. Diese Konstruktionsinformationen aus den Skeletten und Notizbüchern werden dann an die einzelnen Komponenten kommuniziert. Auf diese Weise können wir Änderungen auf der obersten Ebene implementieren, und die miteinander verbundenen Komponenten werden automatisch so aktualisiert, wie wir es erwarten und planen.


Die neue Methode: Middle-Out-Konstruktion

Intelligente, vernetzte Produkte stellen unsere traditionellen Ansätze vor neue Herausforderungen. Produkte enthalten schon immer kommerzielle Standardkomponenten wie Verbindungselemente, Kabel und elektrische Komponenten. Wenn unsere Produkte intelligent und vernetzt werden, erweitert sich diese Liste um:

  • Sensoren
  • Menschliche Schnittstellen (taktil oder stimmbasiert)
  • Prozessoren
  • Sender, Empfänger und Antennen
  • Verbindungsanschlüsse

Oft müssen wir zuerst die Position dieser Komponenten festlegen und das Gehäuse bzw. den Rest des Produkts um sie herum entwerfen.

Dieses besondere Verfahren – erst die Elektronik im Inneren, dann das äußere Gehäuse – nennt sich Middle-Out-Konstruktion (Middle Out Design, MOD). Dieses Verfahren wird bereits in vielen Bereichen verwendet, insbesondere für Produkte, bei denen Komponenten in Gehäusen und Kästen verpackt werden. In der Luft-/Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie sind diese als Line Replaceable Units (LRUs) bekannt.


Welche Methode soll wann verwendet werden?

Manche Leute betrachten Bottom-Up, Middle-Out und Top-Down als separate Bereiche, die niemals aufeinandertreffen:

Separate Entwicklungsmethoden

 

In der realen Welt werden Produkte jedoch mit einer Kombination von Methoden entworfen. Das gesamte Produkt kann unter Verwendung von „Top-Down“ entworfen werden, während für einzelne Unterbaugruppen die Bottom-Up-Methode verwendet wird. Bei Bedarf können einige Komponenten und Systeme unter Verwendung von Middle-Out ausgelegt werden, und dann übernimmt Top-Down. Tatsächlich ist es so:

Sich überschneidende Methoden für die Konstruktion intelligenter, vernetzter Produkte

 

 

Die Entwicklung intelligenter, vernetzter Produkte erfolgt an der Schnittstelle von Bottom-Up-, Middle-Out- und Top-Down-Konstruktion.


CAD-Tools und -Verfahren für intelligente, vernetzte Produkte

Welche CAD-Tools und -Verfahren unterstützen also MOD in der Produktentwicklung?

  • Gemeinsames Datennutzungs-KEs, die eine Hülle um vorhandene Komponenten erzeugen, um die Konstruktion von Gehäusen und Kästen zu erleichtern
  • Online-Bibliotheken mit 3D-Komponenten für kommerzielle und Händlerteile.
  • Technologien, die das Öffnen und Integrieren von Modellen aus anderen Softwarepaketen nahtlos und ohne Konvertierung unterstützen
  • Entwicklung ergonomischer bzw. ästhetisch ansprechender krümmungsstetiger Oberflächen, die vorhandene Geometrie parametrisch referenzieren können

Diese Verfahren und die Kombination von MOD und TDD werden Ihren Konstruktionsprozess für intelligente, vernetzte Produkte erheblich verbessern.

 

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Über den Autor

Dave Martin

Dave Martin ist ehemaliger Ausbilder und Berater für Creo, Windchill und Mathcad. Seit er PTC verlassen hat, war er als Creo Spezialist bei Amazon sowie als Maschinenbauingenieur und Creo/Windchill Administrator bei Amazon Prime Air tätig. Er hat einen Abschluss in Maschinenbau vom MIT und arbeitet derzeit als Avionikingenieur für Blue Origin.

Martin ist Autor der Bücher „Design Intent in Creo Parametric“ und „Top Down Design in Creo Parametric“, beide erhältlich bei www.amazon.com. Kontakt: dmartin@creowindchill.com.