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| Ende September 2006 fand in München das alljährliche KBE (Knowledge-Based Engineering)-Forum der CADFEM GmbH statt. Moderiert von Prof. Dr. Sándor Vajna zeigten eine Reihe von Beiträgen, dass die Wissensverarbeitung in der Konstruktion und Entwicklung durchaus Sinn macht: Bei der Automatisierung derselben. Der bisherige punktuelle Einsatz von KBE-Methoden lässt indes noch viel Luft in der Ausnutzung der neuen informatorischen Möglichkeiten. | 
Keynote-Speaker und Moderator des Forums,
Prof. Dr. Martin Eigner (links) und Prof. Dr. Sándor Vajna |
Dr. Klemens Rother, Leiter des Geschäftsbereiches Consulting
CAD/KBE bei CADFEM, eröffnete das diesjährige KBE-Forum in München | Das diesjährige KBE-Forum zeigte einmal mehr, dass die richtige Location für die Durchführung einer Veranstaltung nicht unwichtig ist für deren Erfolg.
Das Parkhotel in München ist ein solcher, angenehmer Platz, an dem man gern verweilt und in den Tagungsräumen im 15. Stockwerk den Blick über die Stadt genießt.
Hier trafen sich am 28. September 2006 gut zwei Dutzend Fachleute, Professoren, Unternehmensberater, Anwender und auch Softwareanbieter, um die neuesten Informationen zum Thema KBE auszutauschen. Das Motto hieß: Vision, Chance und Realität in der Produktentwicklung. Zunächst zur Vision: |
Spezielles Wissen, für alle verfügbar und schnell umsetzbar
Auch ohne KBE konnte man bisher schon Konstruktionswissen in CAD-Systemen ablegen, in Form Unterprogrammen, Makros, intelligenten Features… Die Anwendung war aber oft auf ganz spezielle Fälle eingeschränkt.
| Bei und mit Hilfe von KBE-Methoden will man das Wissen der Konstrukteure umfassender im Computer ablegen. Dabei spielt der konstruktive Prozess (wie geht man Schritt für Schritt vor, um etwas zu konstruieren) eine große Rolle. Ferner ist es wichtig, die Regeln zu kennen, nach denen konstruiert wird und natürlich auch die nötigen Formeln und Tabellenzugriffe. Gelingt es, diese alles computerlesbar zu machen, können Produkte schnell und in einem weiten Umfang variiert werden. Durch die Eingabe oft nur weniger Parameter entstehen jeweils vollgültige Varianten des gesamten Produktes. Das bringt Variationsmöglichkeiten im Sinne des optimalen Produktes, zudem bringt es dramatische Konstruktionszeitenverkürzungen. Um nur ein Beispiel zu nennen: Die Variantenkonstruktion von großen Megawatt-Motoren eines bekannten deutschen Herstellers dauerte früher sechs bis acht Wochen pro Variante. Heute braucht man dazu noch ganze zwei Tage! Durch dieses Projekt hat übrigens die mittlerweile bekannte KBE-Umgebung YVE von Tecneos ihren Anfang genommen. | 
Bei KBE wird Wissen aus den Köpfen der Konstrukteure
in die Rechner verlegt |
Es gibt heute effektive Möglichkeiten das Wissen der Konstrukteure und den nötigen Prozess computerlesbar zu machen. Eine von mehreren Möglichkeiten ist z. B. Visio von Microsoft. Mit Hilfe der dortigen Flussdiagrammtechnik können alle Abläufe, Entscheidungen, Tabellenzugriffe usw. modelliert werden. Jetzt braucht man nur noch einen Solver, der das lesen kann und eine Verbindung zum CAD-System. Keine Frage, auch andere Wege können erfolgreich beschritten werden – und das tut man in der Praxis auch. Die Vision ist also, mit Hilfe dieser Techniken zeitraubende Routineabreiten von den Konstrukteuren wegzunehmen, die Arbeit zu beschleunigen, womöglich bessere Produkte zu entwickeln und die kreativen Köpfe für Neukonstruktionen frei zu bekommen. Das eröffnet Chancen.
Schneller, besser, wettbewerbsfähige Kosten
Es ist völlig klar, dass man erst einmal eine Erfindung machen muss, bevor sie schneller und billiger als früher variiert werden kann. Von grundsätzlichen Neuerfindungen leben die Unternehmen. Schlaglicht: Die bekannten Playmobil-Figuren wurden von einem Mann erfunden. Er hatte die Idee; heute leben mehrere Tausend Menschen davon. Also: Gebt den Kreativen (Konstrukteuren und Entwicklern) ein Arbeitsumfeld, in dem es Spaß macht, kreativ zu sein.
Abgesehen davon, stehen die Unternehmen heute nun mal unter einem internationalen Termin- und Kostendruck. Wenn dieser in der Konstruktion und Entwicklung bereits schon ein Stück weit durch KBE-Methoden abgefangen werden kann, ja warum denn nicht?
Die Vorteile, die ja zum Teil schon genannt wurden, sind:
| * | Schnelle und flexible Reaktion auf Kundenanforderungen |
| * | Automatische Erstellung der konstruktions- aber auch fertigungsrelevanten Daten (manche Firmen setzen solche Systeme auch bereits im Vertrieb ein) |
| * | Deutlich kürzere Durchlaufzeiten |
| * | Korrektheit der Daten (wenn es einmal stimmt, stimmt es immer) |
| * | Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der hiesigen Konstruktionsabteilungen im internationalen Vergleich |
Die Grafik zeigt eine Möglichkeit, Wissen maschinen- und menschenlesbar abzulegen: Die Flussdiagrammtechnik.
Werkbild: Tecneos | 
Eine Reihe von CAD-Anbietern haben bereits vorge-fertigte wissensbasierte Module für ihre CAD/CAM-Systeme,
wie hier der Moldwizzard von UGS, für den Einsatz bei der
Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen |
Soviel in aller Kürze zu den Chancen. Nun zur Realität.
Gezielter Einsatz
Die Praxis zeigt, dass KBE-Methoden durchaus schon erfolgreich angewendet werden, aber noch lange nicht in voller Breite, sondern sehr gezielt in noch wenigen Unternehmen. Dieser gezielte Einsatz widerspiegelte sich auch in den Vorträgen des diesjährigen Forums, wovon zwei hier kurz dargestellt werden. Der erste Vortrag hatte das Thema: „Schiffbau mit KBE im Basic Design“, gehalten von Michael Kostritza, Blohm & Voss, Hamburg.
Blohm & Voss, die bekannte Werft, fertigt heute Marineschiffe und so genannte Megayachten (Luxusyachten bis 150 Metern Länge). Im Jahr 2002 hat das Unternehmen seine Konstruktion auf ein neues 3D-CAD/CAM-System, Unigraphics, umgestellt und im Rahmen dessen einen Teil der Konstruktionsarbeit auf ein KBE-System verlagert. Die entsprechende Umsetzung des Wissens wurde von UGS mit Hilfe seiner Umgebung Knowledge Fusion getätigt. Dazu muss man wissen, dass der Schiffsbau in drei grundsätzlichen Phasen abläuft:
Da zwischen Entwurf und Basic Design häufig Iterationsschleifen nötig sind, wurde hier nun zur Beschleunigung ein so genannter Konzeptwizzard „eingebaut“.
Mit Hilfe diese Wizzards werden alle wesentlichen Strukturelemente definiert, wie z. B. Decks, Schotten, Längsraster, Querraster, Definition der Schiffssektionen. Alle diese Arbeiten, die sich auf Grund der Anzahl von z. B. Längs- und Querspanten früher sehr lange hinzogen, werden heute über den Wizzard sehr schnell erledigt.
Es wird nicht mehr gezeichnet, sondern per Zahleneingabe definiert. Dadurch werden große Zeiteinsparungen realisiert. Das Ergebnis aller dieser Maßnahmen, Prozessoptimierung, 3D-CAD, KBE etc. ist, dass die Entwicklungszeit der Marineschiffe von fünf Jahren auf drei Jahre verkürzt werden konnte. Das hat sich gelohnt und wird weiter zu einer Ausweitung der KBE-Methoden führen.
Ein weiterer Beitrag zeigte, dass KBE auch gut in der Konstruktionsanalyse eingesetzt werden kann: „Automatische Analyse von Körperschallpfaden in Karosseriestrukturen“, gehalten von Thorsten Adler, Audi AG und Thomas Schneider, CADFEM.
Autos, das ist klar, sollen innen leise sein. Das gilt ganz besonders für gehobene Fahrzeuge. Dafür gibt es in den Werken besonders ausgebildete Akustik-Ingenieure, welche die Karosserie nach der Konstruktion entsprechend “behandeln“, beispielsweise mit Blähschaum in Hohlräumen oder dem Stopfen von Löchern. Als Maß der akustischen Dichtheit wird die Schalldämmung zwischen Anregung von außen und dem Innengeräusch verwendet.
Um das richtige Maß von Dämmung zu erreichen, muss der Akustiker die Konstruktion genau kennen. Dazu bedarf es eines intensiven und zeitaufwendigen Dialogs mit dem Karosserie-Konstrukteur. Im Einzelnen werden die Karosseriehohlräume am CAD-System betrachtet und diskutiert. Für die gesamte Karosserie sind mehrere Sitzungen nötig, um einen Überblick zu gewinnen.
Genau hier setzte der Plan der Ingolstädter Ingenieure an. Wenn man ein Tool hätte, welches die Analyse automatisieren würde und die Ergebnisse in CAD deutlich anzeigte, dann könnte man viel Zeit sparen. Ihre Idee haben sie dann mit den KBE-Fachleuten von CADFEM diskutiert. Folgende Anforderungen wurden gestellt:
| * | Auffinden aller Hohlraumverbindungen |
| * | Simulation verschiedener Szenarien (Schließen von Öffnungen, Einringen von Schott-Teilen) |
| * | Automatische Simulation und Erstellung von Reports für eine komplette Karosserie |
| * | Interaktive Bedienung und Ergebnisanzeige |
| * | Komplette Integration in Catia V4, geringe Anforderungen an die Catia-Kenntnisse des Anwenders |
CADFEM sah auf Grund seiner Erfahrungen die Möglichkeit, diese Anforderungen umzusetzen. Dabei spielten die richtigen Suchstrategien und deren Umsetzung in Regeln eine große Rolle. Das Programmieren dieser Regeln hat dann nur noch zwei bis drei Wochen gedauert!
Das Ergebnis war der „Acoustic Path Analyser“, der die gestellten Aufgaben erfüllen konnte. Das neue Modul setzt unter anderem verschiedene Suchstrategien ein, um mögliche Schallpfade in kurzer Zeit zu finden und interaktiv darzustellen. Es lässt auch die Simulation verschiedener Szenarien zu, bei denen unterschiedliche Schallschutzmaßnahmen auf ihre Wirkung geprüft werden können.
Die Ergebnisse sind sehr positiv: Mit dem Acoustic Path Analyser wurde erstmals eine vollautomatische Analyse von Luftschallpfaden in Autokarosserien möglich. Dadurch wurde ein großes Suchproblem früherer Tage gelöst. Eine fehlerfreie Analyse für die gesamte Karosserie ist nun möglich und das auf „Knopfdruck“. Ebenfalls möglich sind nun Fallstudien mit der Einbindung verschiedener Schallbarrieren. Der Akustik-Ingenieur kann dieses Tool selbständig, ohne aufwändige Sitzungen mit den Konstrukteuren realisieren. Der frühere Zeitaufwand wurde in etwa halbiert. Der erste Einsatz erfolgte beim Audi Q7. | 
Die Folie zeigt eine Strategie zur Lösung von
Suchproblemen: Das heuristische Verfahren |
CADFEM ein Partner für KBE
Die CADFEM GmbH hat bereits 1997 begonnen, sich mit KBE zu beschäftigen. Damit ist das Team heute ein kompetenter Partner für die Entwicklung und Implementierung unternehmensspezifischer Anwendungen. Seit 1997 hat CADFEM sukzessive ein Kompetenzteam im Bereich Knowledge-based Engineering aufgebaut. Kunden können auf ein umfassendes Leistungsangebot und Erfahrungen zurückgreifen:
| * | Durchführung von Workshops zur Wissenserfassung und –darstellung |
| * | Programmierung von Applikationen in Catia V4 und Catia V5 |
| * | Implementierung von Applikationen im Konstruktionsumfeld |
| * | Anwendersupport und Administratorsupport |
| * | Seminare zur Programmierung von Applikationen |
| * | Lizenzierung von KBE-basierter Software |
Wer jetzt neugierig geworden ist, kann ja das nächste KBE-Forum besuchen. Dieser Tag Aufwand lohnt sich bestimmt.
www.cadfem.de
www.forum-kbe.com
- Karl Obermann -
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