Model Based Definition (MBD)

Start des Digital Thread im Engineering.

Start des Digital Thread im Engineering

Die moderne Produktentwicklung baut auf einem Fundament der Digitalisierung auf. Jede Abteilung nimmt die digitale Arbeit der anderen auf und baut darauf auf, erweitert sie und fügt ihr einen Mehrwert hinzu. Über den gesamten digitalen Entwicklungsprozess hinweg entsteht so ein Netzwerk aus voneinander abhängigen digitalen Leistungen, die jeweils voneinander abhängig sind. Dieses Netzwerk ist der  Digital Thread (Digitale Faden).

Das gesamte Unternehmen trägt zum Digital Thread bei, aber er beginnt unbestreitbar im Engineering. Das Engineering entwickelt Designs für Teile, Baugruppen, Systeme und Produkte und dokumentiert deren Form, Passform und Funktion in Zeichnungen, Spezifikationen, Modellen und Simulationen. Diese Definitionen werden zu Bestandteilen in Beschaffungsverträgen, zu Spezifikationen für die Fertigung, zur Grundlage für Serviceabläufe und vieles mehr. Dies sind die einzelnen Teile des Digitalen Fadens.

Im letzten Jahrzehnt hat das Engineering neue Formen der Dokumentation erforscht. Viele Jahre lang war die einzige Quelle der Wahrheit für die Konstruktion die technische Zeichnung. Mit dem Aufkommen von 3D-Modellen bot sich jedoch die Gelegenheit, dies zu ändern. Heute ersetzen viele Unternehmen Zeichnungen durch eine sogenannte modellbasierte Definition (MBD).

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Nutzung von MBD für Ausschreibungsprozesse

Nur sehr wenige Unternehmen stellen alle Komponenten ihrer Produkte selbst her. Stattdessen wenden sie sich an Zulieferer, um Komponenten, Baugruppen und Systeme zu produzieren und zu liefern. Die Beschaffungsabteilung führt Request-for-Quote-Prozesse (RFQ) durch, um Preise von zahlreichen Lieferanten einzuholen, bevor sie einem von ihnen einen Auftrag erteilt.

Der Prozess beginnt damit, dass alle Informationen, die ein Lieferant benötigt, um einen Kostenvoranschlag zu erstellen, in einem so genannten Technical Data Package (TDP) zusammengestellt werden. Viele Unternehmen verwenden jetzt ein einzelnes MBD anstelle eines 3D-Modells und einer Zeichnung. Ein MBD bietet eine einzige, eindeutige Definition einer Komponente, die einfacher zu betrachten und abzufragen ist.

Nach Erhalt verwenden die Lieferanten die Informationen im TDP, um den Aufwand für die Herstellung des Bauteils, der Baugruppe oder des Systems darzustellen. Dieser Satz von Aktivitäten umfasst die Verwendung der Engineering-Leistungen, um den Fertigungsprozess, die Materialkosten, die Endbearbeitungsvorgänge und vieles mehr zu prototypisieren. All dies hilft dem Lieferanten bei der Erstellung einer zuverlässigen Preiskalkulation.

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Maximierung Ihrer MBD Bemühungen.

Benchmark Report.

Da so viele Hersteller an der Optimierung des Produktentwicklungsprozesses arbeiten, ist es wichtig zu verstehen, was wirklich erforderlich ist, um das Beste aus einer MBD-Initiative herauszuholen. Diese Studie zeigt, dass der Wert einer MBD-Initiative davon abhängt, wie vollständig eine Organisation sie umsetzt.

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Nutzung von MBD für die Werkzeugkonstruktion

Im Produktentwicklungsprozess entwerfen und entwickeln Unternehmen Werkzeuge zur Herstellung von Komponenten, die in das Produkt eingehen. Zu solchen Werkzeugen gehören Formen für den Kunststoffspritzguss, Gesenke für die Metallbearbeitung und Formen für die Blechbearbeitung. Die Entwicklung dieser Werkzeuge muss vor der Herstellung der Produktkomponenten erfolgen.

Der Prozess beginnt, wenn ein Werkzeugkonstrukteur technische Daten erhält, die das Teil beschreiben. Da die Formen und Konturen des Werkzeugs das Bauteil formen müssen, verwenden Werkzeugkonstrukteure das 3D-Modell des Produktbauteils, um die Geometrie des Werkzeugs zu erzeugen. Werkzeugkonstrukteure subtrahieren das 3D-Modell des Bauteils von der Mitte eines Blocks für eine Form, um die Kavitätsgeometrie zu erhalten. Dieses Werkzeug wird dann geteilt und weiter bearbeitet, um die endgültige Werkzeuggeometrie zu erzeugen.

Die Anwendung eines MBD in diesem Bereich ist neu und überzeugend. Während Ingenieure heute üblicherweise 3D-Modelle von Teilen verwenden, um die Geometrie von Werkzeugen zu erzeugen, beziehen sich Werkzeugkonstrukteure oft auf Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und andere Anmerkungen auf Zeichnungen, um die Eigenschaften der entsprechenden Oberflächen des Werkzeugs zu bestimmen. Mit einer MBD können solche Merkmale direkt aus dem 3D-Modell übernommen werden. Diese Praxis automatisiert den Prozess und reduziert menschliche Fehler.

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Anwendung von MBD in der Bearbeitung

Als nächster Schritt im Entwicklungsprozess müssen Maschinenbediener Werkzeugwege erzeugen, um Bearbeitungsmaschinen zu steuern. Dazu erstellen sie ein Bearbeitungsmodell, das oft aus einem 3D-Modell eines Materialblocks mit dem darin eingebetteten 3D-Modell der Konstruktion besteht. Anhand dieses Modells erzeugen sie Werkzeugwege, die auf der Konstruktionsgeometrie basieren. Sobald sie fertig sind, werden diese Werkzeugwege in die Werkstatt übertragen, um das Material zu schneiden.

Traditionell verwenden Zerspanungsmechaniker das 3D-Modell des Designs, um die zu entfernenden Volumina zu entwickeln. Sie erstellen Werkzeugwege, um dieses Volumen wegzuschneiden. Als Teil dieses Prozesses analysieren sie die 2D-Zeichnung auf andere Informationen, wie Oberflächengüte und Toleranzen, um Werkzeugwegparameter wie Geschwindigkeit und Vorschub festzulegen. Probleme entstehen, wenn die Zeichnung und das 3D-Modell nicht übereinstimmen, was zu hohen Ausschussraten und Änderungsaufträgen führt.

Eine MBD vermittelt sowohl geometrische 3D-Informationen als auch Anmerkungen in einer einzigen, eindeutigen Quelle der Wahrheit. Darüber hinaus kann die Bearbeitungssoftware nicht-geometrische Informationen wie Oberflächengüten und Toleranzen interpretieren und automatisch die Geschwindigkeiten und Vorschübe des Werkzeugwegs auf der Grundlage vorprogrammierter Best Practices bestimmen.

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Der ROI von MBD.

Lifecycle Insights Report.

Bieten Model-Based Definition Initiativen greifbare Vorteile? Gibt es nachweisbar messbare Verbesserungen?

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Definieren von Anweisungen mit MBD

Die Entwicklung und der Betrieb von Produkten erfordern eine Vielzahl von Anweisungen. In der Produktion dokumentieren Fertigungsplaner Fertigungsschritte zur Wiederholbarkeit. Im Service definieren Serviceplaner Schritt für Schritt bestimmte Vorgehensweisen, um defekte Produkte zu reparieren. Bei komplexen Produkten legen Ingenieure spezifische Abfolgen von Aufgaben für die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Abschaltung des Produkts fest.

Für alle diese Anweisungen verwenden die Teams der Technischen Dokumentation die Ergebnisse der Konstruktion als Ausgangspunkt. Illustratoren erstellen neue Modelle auf der Grundlage des Entwurfs. Traditionell ergänzen sie diese dann mit Informationen aus 2D-Zeichnungen sowie anderen Elementen, die von Werkzeugen bis hin zu Verbrauchsmaterialien reichen. Sie verwenden all diese Informationen, um die Illustrationen und Animationen in Anleitungen zu erstellen.

Bei der Verwendung einer MBD ist es jedoch nicht mehr notwendig, auf 2D-Zeichnungen zu verweisen, da die Informationen direkt im Modell enthalten sind. Illustratoren können PMI in Abbildungen oder Animationen darstellen. Diese Anwendung einer MBD umgeht speziell das Problem, dass ein 3D-Modell und eine 2D-Zeichnung möglicherweise nicht vollständig übereinstimmen.

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Model Based Definition

Basis für digitale Durchgängigkeit

Der Verzicht auf die Zeichnung ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum modellbasierten Unternehmen. Welche Vorteile die Model Based Definition Unternehmen im Entwicklungs- und Fertigungsprozess bietet, erläutern Klaus Erdrich und Jürgen Hillemann von BCT Technology zusammen mit Ralf Schumacher von Siemens Digital Industries Software in einem Interview. Beide Unternehmen wollen auf dem Gebiet der Model Based Definition eng zusammenarbeiten.

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Einsatz von MBD für Qualität und Prüfung

Wenn es an der Zeit ist, ein Teil zu prüfen, können Koordinatenmessgeräte (KMG) sicherstellen, dass die Teile innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegen. Alternativ können Technologien wie 3D-Scanner eine Wolke von Informationspunkten zum Vergleich mit dem ursprünglichen CAD-Modell erstellen.

Im traditionellen Prozess spielen 3D-Modelle bei beiden Inspektionsansätzen eine wichtige Rolle. Ingenieure verwenden den Entwurf, um Prüfpfade für KMG-Maschinen zu definieren, was die Aufgabe enorm automatisiert. Anschließend können sie die Inspektionsergebnisse, entweder von einer KMG-Maschine oder einem 3D-Scan, mit dem 3D-Modell vergleichen. In beiden Fällen müssen die Prüfer die 2D-Zeichnungen analysieren, um zu wissen, ob das Teil konform ist oder nicht.

Die Verwendung einer MBD in der Inspektion führt zu einem ganz anderen Prozess. Anstatt sich auf separate 2D-Zeichnungen zu beziehen, verwenden die Prüfer die Anmerkungen, Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheitsanmerkungen in der MBD, um KMG-Werkzeugwege zu erzeugen. Dieser Ansatz automatisiert nicht nur die Erstellung von Werkzeugwegen, sondern verbessert auch die Analyse der Ergebnisse. Einige Softwareanwendungen können automatisch erkennen, wenn solche Informationen mit Oberflächen verbunden sind. Sie können diese Informationen in Pass- oder Fail-Tests einbeziehen.

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Eine MBD bietet eine einzige eindeutige Definition der Geometrie eines Designs und nicht-geometrischer Informationen wie Anmerkungen, Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und mehr. Verschiedene funktionale Abteilungen können diese einzige Definition während des gesamten Entwicklungsprozesses verwenden, darunter:

  • Die Beschaffung stellt Lieferanten in einem TDP oder dem RFQ-Prozess eine MBD zur Verfügung.
  • Der Werkzeugbau nutzt eine MBD, um die Geometrie und nicht-geometrischen Details von Formen, Gesenken und anderen Werkzeugen zu erstellen.
  • Die Bearbeitung verwendet eine MBD, um Werkzeugwege basierend auf der Geometrie und den nicht-geometrischen Informationen einer Konstruktion zu erzeugen.
  • Illustratoren verwenden die Geometrie und die nicht-geometrischen Informationen in einer MBD, um Anweisungen zu erstellen, die Illustrationen und Animationen enthalten.
  • Prüfer verwenden eine MBD, um CMM-Werkzeugwege zu erzeugen und die Ergebnisse auf Fertigungskonformität zu vergleichen.

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