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PTC20315Fachartikel

Konstrukteure erfinden zwar das Rad nicht ständig neu, müssen es aber immer wieder neu auslegen. Die Abbildung der Berechnungen in einem elektronischen Notizbuch, das direkt ins CAD-System integriert ist, ermöglicht nicht nur die Wiederverwendung dieses Wissens. Es dokumentiert auch, warum das Rad wie ausgelegt wurde. Man kann mit den Parametern aus der Berechnung sogar die Konstruktion von Radvarianten automatisieren. Die Rede ist von der PTC Berechnungssoftware „Mathcad“.



Oft berechnen Konstrukteure ihre Ideen noch auf einem Notizzettel, den sie nach getaner Arbeit wegwerfen. Oder sie nutzen eine Excel-Tabelle, in dem die entsprechenden Formeln programmiertechnisch hinterlegt sind. Eine speziell für Ingenieure entwickelte Berechnungslösung wie Mathcad hat gegenüber einer allgemeinen Tabellenkalkulations-Software den Vorteil, dass der Anwender seine mathematische Formel nicht zu programmieren braucht sondern sie im Klartext mit mathematischen Symbolen aufzeichnen kann - ganz wie auf einem Notizzettel. Dadurch kann jeder andere Ingenieur sie lesen und sofort nachvollziehen, was sein Kollege berechnet hat.

Zweiter wesentlicher Unterschied ist, dass die Software dank des integrierten Einheiten-Managements in der Lage ist, Maße wie Zentimeter automatisch in Zoll oder Meter in Yards umzurechnen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Berechnung nicht durch die irrtümliche Verwendung falscher Einheiten zu fehlerhaften Ergebnissen führt. "Während Berechnungen mit Excel oft fehleranfällig sind, gewährleistet Mathcad dadurch eine hohe Qualität", betont René Büttner, Mathcad Sales Specialist bei PTC.

Berechnung großer Datenmengen

PTC10315Der in Needham, MA beheimatete Softwarehersteller hat die Berechnungssoftware Mathcad Prime kürzlich in der Version 3.1 vorgestellt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie vollständig in die CAD-Software „Creo 3.0“ integriert ist und direkt aus der Anwendung gestartet werden kann. Zielsetzung ist es, dem Konstrukteur in seiner Arbeitsumgebung ein elektronisches Notizbuch zur Verfügung zu stellen, mit dem er nicht nur seine Bauteile und Baugruppen auslegen, sondern auch seine Konstruktionsabsicht aufzeichnen kann. Eine Basisversion mit eingeschränkten Rechenfunktionen steht allen Creo-Nutzern kostenlos zur Verfügung. Über eine Programmierschnittstelle kann die Software mit Hilfe des entsprechenden Development Kits auch in andere CAD-Systeme oder in proprietäre Berechnungswerkzeuge integriert werden, zum Beispiel um die Ergebnisse zu visualisieren.

Mathcad unterstützt nicht nur mathematische Berechnungen aller Art, sondern auch statistische Auswertungen von großen Datenmengen wie Bilddaten oder Punktewolken. Eine interessante Anwendung ist zum Beispiel die Analyse von akustischen Sensordaten einer komplexen Maschinenanlage, mit dem Ziel, den Zustand der Lager zu diagnostizieren.

Neben der neuen Software-Generation soll die Version 15 von Mathcad noch so lange weiter entwickelt werden, bis Mathcad Prime in Funktionalität und Bedienkomfort das gleiche Niveau erreicht hat. "Mit Ausnahme von Kunden, die spezielle Features benötigen, können alle anderen aber heute schon die neue Software nutzen", versichert Büttner. Wesentlicher Grund für den Generationswechsel war, dass man mit der alten Programmiertechnik an Grenzen stieß, was die Integrationsfähigkeit der Software und die Verarbeitung von großen Datenmengen anbelangt. Mathcad Prime bietet dagegen die volle 64-Bit-Unterstützung und hat die Datengrenze von 2 GByte gesprengt. "Das ist wichtig für Kunden, die große Testdatenmengen mathematisch analysieren wollen", erläutert Büttner.

CAD-Integration als Highlight

PTC30315Aus Konstrukteurssicht ist die CAD-Integration das eigentliche Highlight der neuen Version. Sie ermöglicht es, zu jedem Bauteil bzw. jeder Baugruppe ein Berechnungsblatt anzulegen und die Ergebnisse so mit den 3D-Modellen zu verknüpfen, dass sie die Modellgeometrie steuern. "Ich berechne zum Beispiel die Dicke eines Blechs und kann auf Knopfdruck das korrekt dimensionierte Blechteil erzeugen", erläutert Büttner. Der Austausch von Parametern zwischen beiden Anwendungen ist im Vergleich zu älteren Mathcad-Versionen, in denen das nur ansatzweise funktionierte, wesentlich einfacher geworden und erfordert keine Programmierung mehr. Die Parameter aus Creo stehen in einer Tabelle zur Verfügung und lassen sich jetzt per Drag & Drop mit der Berechnung verknüpfen.

Mathcad Prime lässt sich prinzipiell zusammen mit allen verfügbaren Creo-Apps nutzen, aber in Kombination mit Creo Direct kann die Geometrie in Ermangelung der Parameter natürlich nicht über die Berechnungsergebnisse gesteuert werden. "Ideal ist sicher die Kombination mit der App Creo Layout, die üblicherweise für die Konzeptentwicklung von rotationssymmetrischen Bauteilen und Baugruppen wie Getrieben eingesetzt wird", urteilt Steffen Förster, Geschäftsführer von PTC-Vertriebspartner Aristos in Leipzig. Die Getriebe-Auslegung ist einer der klassischen Anwendungsfälle für Mathcad.

Die Software stellt den Anwendern nicht nur Hunderte von mathematischen Standardberechnungen als vordefinierte Funktionen zur Verfügung sondern auch Vorlagen für solche Anwendungsfälle. Insgesamt stehen den Kunden auf der Homepage der Softwareschmiede über 500 Vorlagen zur Verfügung, die sie einfach und schnell für ihre konkrete Aufgabenstellung anpassen können. Ähnliche Vorlagen gibt es auch für die grafische Aufbereitung von Auswertungen - zum Beispiel als 3D-Grafik, die sogar drehbar ist, so dass man sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten kann. Außerdem werden gerade Nachschlagewerke für Ingenieure mit Standardberechnungen in Mathcad eingebunden.

Die Integration zwischen CAD-System und Berechnungssoftware erlaubt es, generische 3D-Modelle über Berechnungs-Parameter automatisch auszulegen. Förster erläutert das an einem Beispiel: "Einer unserer Kunden stellt Abdichtsysteme für Lecks in Chemieanlagen her, die im laufenden Betrieb montiert werden. Diese Systeme muss man sich wie Koffer vorstellen, die das Leck umschließen und ausgeschäumt werden. Ihre Festigkeit hängt von Druck, Temperatur und Aggressivität des Mediums ab. Die Firma berechnet sie noch in der Anlage mit einer Mathcad-Vorlage des TÜV, um ausgehend von den Ergebnissen in Creo das 3D-Modell aufzubauen. Die Berechnung muss dann nur noch vom TÜV abgesegnet werden."

Erfassung des Konstruktionswissens

Die Software rechnet nicht nur, sondern fungiert zugleich als elektronisches Notizbuch, in dem der Anwender seine Konstruktionsabsicht in Form von textlichen Kommentaren oder Bildern festhalten kann. Was noch fehlt ist ein Zeichentool, um beispielsweise eine Skizze des Wirkprinzips machen zu können und mit der Geometrie zu verknüpfen. "Berechnung und Notizen sind Bestandteil der jeweiligen Bauteilversion und können dem Änderungs-Workflow unterworfen werden. Dadurch können sie nicht verloren gehen und sind leicht wieder zu finden", erläutert Förster. Sofern der Workflow in „Windchill“ abgebildet wird, besteht die Möglichkeit, die Mathcad-Dokumente einzusehen, ohne das CAD-System aufrufen zu müssen. Derzeit unterstützt die Software noch nicht die Indexierung von Dokumenten, wohl aber die Volltext-Recherche, wie Büttner sagt.

In Branchen mit strengen Compliance-Anforderungen erleichtert die Aufzeichnung von Konstruktionsabsicht, Berechnungsergebnissen, Änderungsgründen etc. zudem die Einhaltung der Nachweispflicht. Diesen Nachweis konnte man bislang nur über das PDM-System erbringen, was relativ zeitaufwendig war. Die automatisierte Aufzeichnung reduziert den damit verbundenen Aufwand.

Mathcad Prime bietet nicht nur einzelnen Anwendern die Möglichkeit, ihr Know-how zu erfassen und bei ähnlichen Projekten wieder zu verwenden, sondern auch den Unternehmen. Mit Hilfe der Templates können sie beispielsweise firmenspezifische Berechnungs-Richtlinien definieren und allen Konstrukteuren bereitstellen, was den Wissenstransfer von älteren zu jüngeren Kollegen erleichtert. Darüber hinaus unterstützt die Berechnungssoftware die zentrale Bereitstellung von Berechnungs-Vorlagen auf einem Server, auf den die Anwender über Webbrowser zugreifen können, um ihre Bauteile auszulegen. Ein namhafter deutscher Kugellager-Hersteller hat auf diese Weise das Wissen für die Auslegung der Kugellager-Varianten gebündelt und seinen Konstrukteuren weltweit verfügbar gemacht.
Bild oben: Creo Mathcad Parameter Tabelle – Ein Arbeitsblatt aus Mathcad Prime 3.1 lässt sich in ein Creo Modell einbetten, um das Design zu dokumentieren und Daten zwischen Mathcad und Creo bidirektional auszutauschen.
Der Autor ist Michael Wendenburg, Redaktionsbüro Michael Wendenburg, Sevilla.
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