Konstruieren in 3D

Adolf Hochhaltinger

Der MONITOR hatte Gelegenheit, sich darüber bei Voith mit jenen Herren zu unterhalten, die an dieser Entscheidung beteiligt waren: mit Ing. Josef Gaschl von Voith Siemens Hydro, zuständig für Proposal Engineering, Project Management, Engineering & Design, Herrn DI. Heinz Metzler von der Voith Dienstleistungs GmbH und Herrn DI Friedrich Spitzer, zuständig für die SAP-Anbindung. Außerdem stand uns auch Günther Kraft von Unigraphics Solutions zur Verfügung.

Was genau ist Solid Edge?

Kraft: "Solid Edge" ist ein Maschinenbau-Produkt, das für die zusammenbauorientierte Volumenmodellierung gedacht ist. Es ist in diesem Bereich international eines der führenden Produkte.

VOITH hatte sich vor eineinhalb Jahrzehnten für das zweidimensionale CAD-Programm Micro Station entschieden. In den letzten Jahren war auch das 3D-CAD System EMS - wenn man so möchte, ein Vorläufer des heutigen "Solid Edge" - im Einsatz. Dieses Programm bedarf nun einer Ablöse, da es nicht mehr weiterentwickelt wird. Während EMS noch unter UNIX läuft und an die Bedienung höhere Anforderungen stellt, wurde das nun aktuelle Nachfolgeprodukt Solid Edge für den Mainstream-Markt entwickelt.

Was bedeutet das für den Anwender?

Kraft: Das bedeutet: Solid Edge kommt mit der heute üblichen Standard-Hardware aus. Das Programm läuft zudem unter Windows NT/2000 und unter Windows 98/ME und erleichtert damit den Zugang zur dreidimensionalen Konstruktion wesentlich.

Zudem wurde, nach anfänglichen Schwierigkeiten mit ACIS, als mathematischer Kern, nunmehr der de-facto Standard "Parasolid" gewählt - eine Umstellung, die den weltweiten Durchbruch brachte. Von Anfang an wurde bei der Entwicklung von Solid Edge mit der "STREAM-Technologie" auf möglichst einfache Bedienung und leichte Erlernbarkeit im Umgang mit dem Programm größter Wert gelegt. Außerdem eröffnet Solid Edge zahlreiche ausgereifte Methoden der parametrischen Modellierung. Ausgehend von einer ersten Skizze können Bauteile schnell, intuitiv und sicher in 3D-Volumenmodelle übergeführt werden.

Wo wird Solid Edge nun angewandt?

Gaschl: Die Anwendung von Solid Edge betrifft zur Zeit insbesondere das Unternehmen "Voith Siemens Hydro" (mit vollem Namen: Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH & Co KG, St.Pölten /Austria), eine der hier in St. Pölten niedergelassenen Voith-Firmen und Mitglied der weltweit tätigen Voith Siemens Hydro Gruppe. Voith Siemens Hydro ist einer der weltweit führenden Anbieter im Bereich hydraulischer Maschinen und Generatoren und bietet unter dem Schlagwort "water to wire" (vom Wasser bis zum Draht) Komplettlösungen im Bereich Kraftwerkstechnik an.

In St. Pölten werden jede Art von Strömungsmaschinen, also vor allem Turbinen und Pumpen in verschiedenen Bauarten für verschiedene Anwendungen, beispielsweise für Stromerzeugung, zur Bewässerung, oder für die Kühlung von thermischen Kraftwerken hergestellt.

Für die Konstruktion und Dokumentation dieser Anlagen wird nun Solid Edge eingesetzt. Mit dieser Software entstehen im wesentlichen auch alle Fertigungsunterlagen. Dabei besteht - um eine Größenordnung zu geben - eine typische Anlage aus etwa 1.500 einzelnen Komponenten, die konstruiert und berechnet werden. Dabei sind Normteile wie z.B. Schrauben und Muttern nicht mitgerechnet.

Ergeben sich dabei auch noch weitere Vorteile?

Gaschl: Im weiteren Verlauf der Konstruktion verwenden wir die "Parasolid"-Basismodelle auch gleich als Grundlagen für die Finite Elemente Berechnungen, bei der wir das Verhalten der Bauteile unter verschiedenen Belastungen mathematisch simulieren.

Die für die hydraulische Berandung verwendeten Profile stammen entweder von vorhandenen Modellmaschinen, oder werden für die betreffende Anwendung speziell entwickelt. Dies geschieht mit speziellen CFD-Programmen in Heidenheim, in York (USA) oder in Kawasaki (Fuji Electric, Japan).

Für welche Kunden werden diese Maschinen konstruiert?

Gaschl: Die Kunden von Voith Siemens Hydro sind insbesondere nationale und internationale Energieerzeuger, vom privaten Kraftwerksbetreiber bis zum weltweit tätigen Energie-Großkonzern. Voith Siemens Hydro war hier an allen großen Kraftwerksbauten der letzten Jahrzehnte beteiligt, auch für das nun in China entstehende Großkraftwerk "Drei Schluchten" ist Voith Siemens Hydro an der Entwicklung und Konstruktion der Turbinen beteiligt.

Die Software "Solid Edge" von Unigraphics Solutions ist der bei Voith Siemens Hydro St.Pölten nun seit September 2000 im Einsatz. Derzeit wird ein Pilotprojekt mit Solid Edge abgewickelt. Dabei können die Konstrukteure Erfahrungen mit Bedienung und Handhabung des neuen Produktes sammeln. Für ein Pilotprojekt liegen wir zudem noch recht gut im Projektzeitplan.

Und wie entstehen die weiteren Unterlagen wie Zeichnungen und Stücklisten?

Gaschl: Für uns ist es wichtig, dass nicht nur die 3D-Modellierung funktioniert, sondern auch die "Zeichnungsableitung", sprich: das weitgehend automatische Generieren der 2D-Zeichnungen aus den 3D Modellen sowie aller anderer Unterlagen für die spätere Fertigung.

Kraft: Alle Funktionen von Solid Edge wurden dementsprechend für die Arbeit von Konstrukteuren maßgeschneidert. Durch eine spezielle, von Unigraphics Solutions entwickelte "STREAM-Technologie" liest das System dem Benutzer seine Wünsche buchstäblich "vom Cursor ab". Solid Edge erhöht damit die Produktivität und Wirtschaftlichkeit in der Produktentwicklung.

Welche Rolle spielt dabei die Voith Dienstleistungs GesmbH?

Metzler: Die Voith Dienstleistungs GmbH hat die zentrale Verwaltung der EDV-Ressourcen über; und erfüllt alle Aufgaben einer IT-Abteilung. Wir haben uns schon seit längerem mit 3D-CAD beschäftigt und waren auch bei der Entscheidung zur Einführung von "Solid Edge" von Anfang an eingebunden.

Eine der ersten Firmen, die sich nach einem längeren und umfangreichen Auswahlverfahren vor etwa einem Jahr dazu entschieden haben, Solid Edge in Zukunft als das 3D-Werkzeug einzusetzen und damit das damals verwendete, veraltete 2D-CAD-Programm Microstation in den nächsten zwei Jahren vollständig durch "Solid Edge" zu ersetzen, war Voith Paper (Voith Paper AG, St.Pölten / Austria).

Im Detail ist bei Voith Paper allerdings die Situation ein wenig anders, da fast ausschließlich in 2D gezeichnet wurde und wesentlich mehr Teile für die Konstruktion einer Papiermaschine erforderlich sind. Das bedeutet auch eine um vieles längere Umstellungsphase auf das lückenlose Konstruieren in 3D als etwa bei Voith Siemens Hydro.

Welches waren die Entscheidungskriterien bei der Wahl der Software?

Metzler: Beim Entscheidungsprozess bezüglich der von Voith Paper zu verwendenden Software war eines der Entscheidungskriterien, nicht das leistungsstärkste CAD-Programm zu finden, sondern ein leistungsfähiges und doch einfach zu bedienendes Tool zu suchen. Von den damals aktuellen Produkten dieser Kategorie kamen schließlich Solid Edge und Solid Works in die engere Auswahl.

Wie sind nun die ersten Erfahrungen mit Solid Edge bei Voith Siemens Hydro?

Gaschl: Die Erfahrungen mit der Software sind bisher gut. Natürlich gibt es hin und wieder kleinere Probleme, die man erst lösen muss, schließlich sind die bei der Konstruktion solch komplexer Komponenten gegebenen programmtechnischen Anforderungen eben nicht so einfach vorhersagbar wie etwa bei einem Standard-Textprogramm.

Dazu zählen einerseits Probleme, die man durch Schulung der Mitarbeiter lösen kann und andererseits solche, die in Zusammenarbeit mit dem Softwarehersteller beseitigt werden, beispielsweise durch Änderungen, die mit dem nächsten Update der Software eingespielt werden. Von der konstruktiven Anwendung her gesehen ist es, insbesondere was die 3D-Modellierung betrifft, ein sehr stabiles System.

Gab es große Umstellungsschwierigkeiten?

Gaschl: Der erforderliche Schulungsaufwand war für ein System dieser Komplexität und Leistungsfähigkeit erstaunlich gering, bereits nach dem dreieinhalb Tage dauernden Einstiegs-Kurs konnten die Mitarbeiter mit dem Programm weitestgehend und ohne größere Probleme umgehen.

Daher haben wir uns bereits mit dem ersten Projekt zum Ziel gesetzt, trotz des zwangsläufig vorerst langsameren konstruktiven Durchlaufes bereits dieses Projekt etwa in der gleichen Konstruktionszeit wie mit dem bisher eingeführten Systeme fertigzustellen. Wir dürften diese Ziel ohne größere Abweichungen erreichen.

Bei den nächsten Projekten werden die Mitarbeiter auf dem neuen System richtig eingearbeitet sein und werden somit effizienter damit arbeiten können. Die Vorteile des neuen Systems werden zudem auch mit der Wiederverwendbarkeit der bis dahin erarbeiteten Solid Edge Modelle steigen.

Dieses aktuelle Projekt, das wir als Start-Projekt für Solid Edge gewählt haben, ist nach unseren Größenordnungen eher ein Kleinprojekt, für das rund 1.700 Konstruktionsstunden veranschlagt wurden; die Maschine (Radialpumpe) hat einen Laufraddurchmesser von ca. 1,40 m. Im Vergleich dazu liegt der Zeitaufwand für Großprojekte in der Größenordnung von bis zu 20.000 bis 30.000 Konstruktionsstunden.

Kraft: Die bislang größte Anlage, die mit Solid Edge konstruiert wurde, besteht übrigens aus über 60.000 einzelnen Teilen.

Wie viele Konstrukteure werden mit Solid Edge arbeiten?

Metzler: Bei Voith Paper werden etwa 500 Konstrukteure die Software Solid Edge einsetzen und bei Voith Siemens Hydro sind weltweit 200 Arbeitsplätze geplant. Somit wird bei der Einführung von Solid Edge wohl die Organisation der Zusammenarbeit von so vielen - weltweit tätigen - Mitarbeitern eine der größten Herausforderungen sein.

Und wie geht es weiter?

Metzler: Als nächster Schritt war die Entscheidung für ein PDM-System (PDM - Product Data Management) vorgesehen, um sämtliche Einzelteile der Maschine organisieren und verwalten zu können. Als PDM-System wird nun - vorerst nur bei Voith Paper - SAP Verwendung finden.

Für Voith Siemens Hydro ist diese Entscheidung zur Zeit noch nicht getroffen worden. Die Entscheidung, ob ein eigenes PDM-System - etwa MatrixOne, IMAN, Eigner&Partner - oder ebenfalls eine Direktanbindung an SAP realisiert werden soll, wird in nächster Zeit fallen. SAP hat auch für diesen Einsatzfall zumindest einige starke Argumente aufzuweisen.

Und die wären?

Spitzer: Bei Voith Paper ist die SAP-Anbindung ausgewählt worden, weil hier SAP konzernweit als "strategisches Tool" definiert wurde. Seit der Release SAP/R3 - 4.6c bietet SAP Möglichkeiten, PDM zu betreiben, die einem Stand-Alone-PDM-System in keiner Weise nachstehen, ja sogar mehr Möglichkeiten, vor allem bei der Integration in das ERP System, bieten.

Der Vorteil der direkten Anbindung von Solid Edge an SAP sehen wir auch insbesondere darin, dass wir uns ein Zwischensystem und damit weitere Schnittstellen ersparen und direkt aus den Produktdaten die ERP-Daten wie z.B. Stücklisten generieren können. Damit können wir direkt in die weitere Logistikkette einsteigen.

Wir werden hierzu eine direkte Schnittstelle zu SAP verwenden, um so beispielsweise unsere Stücklisten zu erstellen. Diese Schnittstelle wird derzeit von gedas (IT Abteilung VW) entwickelt. Wir sind in diesen Entwicklungsprozess miteinbezogen, sind gerade dabei, die letzten Tests (Funktion und SAP KPro - Knowledge Provider - Anbindung) abzuschließen und werden einer der ersten Kunden sein, der diese Schnittstelle einsetzt.

Um die volle Breite der SAP Integration nutzen zu können - Schlagwort SAP PLM (Product Lifecycle Management) - ist aber noch einige Anpassungs- und Harmonisierungsarbeit zu leisten. Es muss überlegt werden, ob und wie das bestehende Datenmaterial aus älteren, seit Jahren bestehenden Systemen unter SAP in unternehmensweit nutzbare und standardisierte Datenwelten übergeführt werden kann, wie unternehmensweit zusammengearbeitet werden kann - Schlagwort Collaboration - etc. Auch für diese Erprobung firmenübergreifender Zusammenarbeit ist der Standort St. Pölten ideal, weil hier nahezu alle Voith-Konzerngesellschaften angesiedelt sind.

All diese Punkte, die zu einer SAP Integration bei Voith Paper geführt haben, sind auch auf Voith Siemens Hydro umlegbar und würden auch hier die entsprechenden Vorteile bieten. Darüber hinaus können auch Standorte integriert werden, die über kein SAP ERP System verfügen, da SAP PDM auch als Stand-Alone-Lösung zu betreiben ist. Kleine Konzernfirmen oder Kunden/Lieferanten können über CEP (Collaborative Engineering & Projectmanagement) mit eingebunden werden.

Gab es spezielle Lösungen, die für Voith erarbeitet wurden?

Kraft: In einigen Punkten wurde Einfluss auf die weitere Entwicklung der Software genommen. So werden bei Blechkonstruktionen (im Schwermaschinenbau) Bleche mit Dicken von 150 mm und mehr verwendet. Um den Anforderungen an den Aufbau einer komplexen Schweißkonstruktion gerecht werden zu können, hat Unigraphics Solutions in Zusammenarbeit mit Voith ein Schweißmodul entwickelt, welches ab Version 9 von Solid Edge diese Aufgabe übernehmen wird.

Weiter Informationen finde sich auf den Websites von Solid Edge http://www.solid-edge.de/ und http://www.solid-edge.com/, auf der Website von Unigraphics Solutions http://www.ugsolutions.at/ und http://www.ugsolutions.com/ sowie unter http://www.ugsolutions.at/solid_edge.htm.

Eine eindrucksvolle Liste all jener Unternehmen, die diese Softwareprodukte verwenden, findet sich ebenfalls im Web unter http://www.ugsolutions.com/publications/success/

Kontakt und weitere Informationen
Unigraphics Solutions,
Franzosenhausweg 53,
A - 4030 Linz;
Tel: +43 (0)732 / 377 550
Fax: +43 (0)732 / 376 471