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02.12.1988 - 

Mindestens zehn Prozent aller CAD-konstruierten Teile sind überflüssig:

CAD ohne Datenbank kann im Teile-Chaos enden

Werner Hochreiter ist Vorstand der Fabris AG, München.

Bei den Vorteilen des CAD-Einsatzes wird ein wesentliches Problem meist völlig übersehen: Die kontrollierte Verwaltung der elektronisch erzeugten Zeichnungsberge. "Die Anwendung von CAD ohne systematische Mechanismen zum Wiederauffinden von bestimmten Teilezeichnungen", warnt Werner Hochreiter, "führt nachgewiesenermaßen und zwangsläufig zu einer erhöhten Teilevielfalt."

Es ist tägliche Praxis in den meisten Konstruktionsabteilungen, grundsätzlich fast jedes Teil neu zu entwerfen. Wesentlicher Grund hierfür sind mangelnde oder nicht vorhandene Mechanismen zum Wiederauffinden bereits existierender Zeichnungen von Teilen mit nur geringen maßlichen Unterschieden. Wirtschaftlich gravierend ist nicht etwa die nochmals aufgewendete Konstruktionszeit, sondern die mit jedem unnötigen neuen Teil entstehenden Nachfolgekosten, etwa in der Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Lagerhaltung.

Je nach Firmenstruktur, Branche und Fertigungsspektrum müssen dafür im Schnitt zwischen 200 und 600 Mark je Teil und Jahr angesetzt werden, wie Untersuchungen aus dem Maschinenbau belegen. Diese Kosten entstehen allein für die Verwaltung jedes zusätzlichen Teils in der Materialwirtschaft und die Pflege der Bestände und beinhalten noch nicht die zusätzlichen Kosten für Arbeitsvorbereitung, Lagerhaltung und Ersatzteilbevorratung .

Vor allem die bei CAD so geschätzten Variantenprogramme, mit denen sich durch wenig Mühe und geringen Aufwand beliebige Abwandlungen von einem Bauteil erzeugen lassen, fordern geradezu eine Inflation des Teilespektrums heraus. Die Möglichkeit von CAD-Systemen, in kürzester Zeit Variantenkonstruktionen durchzuführen, kann damit bei unkontrollierter Anwendung zu einer hemmungslosen Vervielfachung der zu produzierenden Teile führen.

Insbesondere Unternehmen, die erst seit kürzester Zeit in ihrer Konstruktion mit CAD arbeiten, scheuen zumeist den zusätzlichen organisatorischen Aufwand einer notwendigen und sinnvollen Teileklassifizierung. Die Folge: Zeichnungen ähnlicher oder fast gleicher Bauteile sind nur schwer wieder auffindbar. Auch Nummernbücher und Konstruktionskataloge helfen nicht viel weiter, solange wesentliche Sachmerkmale bei den Eintragungen fehlen. Immerhin: Bei rund zehn Prozent liegt die durchschnittlich aufgewendete Zeit in den Konstruktionen, Teile-Zeichnungen in Papierarchiven oder auf sonstigen Datenträgern wiederzufinden.

Akzeptanz hängt von der Struktur ab

Aber auch, wenn Werkzeuge zur Suche von Wiederholteilen vorhanden sind, ist das Problem nicht grundsätzlich gelöst. Denn über die Akzeptanz auf seiten der damit arbeitenden Konstrukteure entscheidet die Struktur einer solchen Klassifikation. Treffsicherheit und die für die Suche benötigte Zeit sind maßgebliche Akzeptanzfaktoren.

Bei einer umständlich organisierten Suchabfolge auf der einen Seite und einem schnellen Variantenprogramm auf der anderen ist die Katastrophe so gut wie vorgezeichnet: Der Konstrukteur wird das Variantenprogramm benutzen und die Teilefamilien und damit die Kosten vergrößern. Die so erzeugten finanziellen Mehraufwendungen sind nicht selten größer als der Vorteil, der sich durch höhere Produktivität aus CAD ergibt. Aus diesen einfachen Überlegungen sollte daher die erste Priorität bei der Arbeit mit CAD eine verringerte Teilevielfalt sein.

Das folgende Beispiel steht exemplarisch für viele Unternehmen, die heute mit CAD in der Konstruktion arbeiten: Ein sehr gut geführtes mittelständisches Unternehmen hat rund 60 000 lebende Teile im Programm. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde die Aufgabe gegeben, aus einer Stichprobe von 2000 Teilen der Produktgruppe "Flansche" die Anzahl gleicher oder nur wenig voneinander abweichender Ausführungen herauszufinden. Alle diese Flansche hatten eine unterschiedliche Teilenummer, mußten also folglich auch verschieden sein. Das Ergebnis war bestürzend und aufschlußreich zugleich.

Bei rund 10 Prozent dieser Stichprobe gab es Flansche exakt gleicher Ausführung, die Teile waren mindestens ein zweites Mal identisch konstruiert, gefertigt und unter einer jeweils anderen Nummer verwaltet worden. Plausibilitätskontrollen ergaben weiter, daß nochmals zwischen 10 und 20 Prozent der Teile mit so geringen Unterschieden versehen waren, daß sie von der Funktionalität her für die zugehörige Anschlußkonstruktion unerheblich waren. Mindestens 10, mit hoher Wahrscheinlichkeit aber 30 Prozent dieser Produktgruppe Flansche waren überflüssige Teile.

Aufgrund des Fertigungsspektrums ließ sich dieses Ergebnis auf alle 60 000 lebenden Teile übertragen. Unter der Annahme von nur zehn Prozent doppelten Teilen und einem durchschnittlichen organisatorischen Kostenaufwand von 1000 Mark je Teil über fünf Jahre bedeutet dies einen in der Vergangenheit von diesem Unternehmen nicht realisierten Ertrag von sechs Millionen Mark. Eine beträchtliche Summe angesichts der dünnen Ertragsdecke bei vielen Fertigungsbetrieben.

Um dennoch ohne Kenntnis von Identnummer ein bereits vorhandenes Teil wieder auffinden zu können, ist eine Klassifizierung in sogenannten Teilefamilien nötig. Darunter versteht man Teile gleicher Funktion, doch mit unterschiedlichen Abmessungen. Beispiele wären etwa Flansche, Distanzbuchsen, Kolben oder Gleitlager.

Gelegentlich wird diese Einteilung auch als Gruppentechnologie bezeichnet. Ein entsprechender Zahlenschlüssel ergänzt dabei die vorhandene Identnummer.

In der Regel charakterisiert ein nach fünf hierarchisch aufgebauten Ebenen zusammengesetzter Zahlenschlüssel jede Teilefamilie. Der zu jeder Gruppe führende Oberbegriff findet sich auf der jeweils darüber liegenden Ebene und so fort. Somit finden sich auf der obersten ersten Suchebene gängige allgemeine Bezeichnungen aus der Konstruktionslehre, wie beispielsweise "Maschinenelemente" oder "Halbzeuge", wofür in beiden FälIen eine unterschiedliche Ziffer zwischen 0 und 9 vergeben wird. Durch Auswahl der gewünschten Ziffer gelangt man auf die darunterliegende zweite Ebene der Baumstruktur, bis als letztes die gesuchte Teilefamilie gefunden ist. Das sieht komplizierter aus, als es in Wirklichkeit ist. Denn der Konstrukteur wird auf dem Bildschirm seines CAD-Gerätes über ein Auswahlmenue von einer Ebene zur darunter liegenden geführt.

Ein automatischer Suchlauf nach Nummern von Teilefamilien muß jedoch auf Ablehnung stoßen, wenn das Antwort/Zeitverhalten nicht stimmt. CAD-Installationen, wie sie häufig als untereinander vernetzte Workstation-Lösung vorkommen, sind daher ohne angeschlossene Datenbankrechner ungeeignet.

Ablehnung der automatischen Suche

Denn auf den Plattenspeichern der Workstations sind mit den grafischen Daten der Zeichnungen auch die Schlüsselnummern jeweils gemeinsam unter einem File abgelegt. Wollte man eine größere Anzahl in Frage kommender Zeichnungen nach Ähnlichteilen absuchen, so müßte jedesmal der Bildaufbau am CAD-Schirm abgewartet werden, zumindest solange, bis das Teil vom Konstrukteur identifiziert werden kann.

Mit komfortablen CAD-Datenbanken geht das schneller. Als zentraler Datenbankrechner sind an ihn über schnelle Netzwerke die einzelnen grafischen Workstations direkt angeschlossen. Neben der zentralen Ablage der Geometriedaten werden in der CAD-Datenbank auch die alphanumerischen Daten wie Zahlen und Texte aus dem Beschriftungsfeld der Zeichnungen abgelegt, allerdings getrennt von den Zeichnungen. Der Vorteil: Wird nach einem speziellen Such-Mechanismus die Datenbank nach einem gewünschten Bauteil durchforstet, so geht das bei den nur wenigen Eintragungen im Schriftfeld und mehreren Zig- oder Hunderttausend Zeichnungen erheblich rascher. Außerdem reichen die gefundenen Beschriftungsfelder der Teilestamm-Zeichnungen häufig bereits zur Beurteilung der gefundenen Bauteile aus.

Die Abfrage nach Ähnlichkeiten ist selbstverständlich nur so gut wie die durchgeführte Klassifizierung. Unbefriedigend ist insbesondere, wenn sich auf die Wiederholteil-Abfrage Hunderte von Teile melden und Schriftfelder oder gar Zeichnungen einzeln angesehen werden müssen, um schließlich ein geeignetes Teil zu finden.

Was bei den meisten CAD-Datenbanksystemen daher immer noch fehlt, ist eine die Teile näher charakterisierende geometriebezogene Sachinformation, wie beispielsweise die Bauteil-Abmessungen. Wie so etwas aussehen kann, ist etwa auch in der DlN-Norm 4.000 unter dem Stichwort Sachmerkmalsleiste beschrieben.

Meist fehlt die nähere Sachinformation

Diese Sachmerkmalsleiste ist das wichtigste Werkzeug zur Unterscheidung ähnlicher Teile. Dabei werden im allgemeinen Gegenstände in einer Sachmerkmalsleiste zusammengefaßt, die auch zu ein und derselben Teilefamilie gehören. Am Ende der Suche nach einer solchen Teilegruppe in einer CAD-Datenbank erscheint dann auf dem Bildschirm eine tabellarische Übersicht, in der sämtliche Teile dieser Gruppe gelistet sind. Hinter der jeweiligen Ident- und Zeichnungsnummer sind die entsprechenden Sachmerkmale eines jeden Teiles aufgeführt. Das sind üblicherweise die charakteristischen Abmessungen.

Da jede Teilefamilie andere Charakteristika aufweist, wird es folglich genauso viele Sachmerkmalsleisten geben, wie Gegenstandsgruppen vorhanden sind.

Das in einer solchen Liste gefundene Teil kann anhand der Identnummer durch Window-Funktion sofort als Zeichnung von der CAD-Datenbank auf den Bildschirm gerufen werden. Die Sachmerkmalsleiste bleibt dabei im darunterliegenden Fenster erhalten. So kann schnell wieder zurückgesprungen werden, um eine andere Zeichnung auf den Monitor zu holen.

Als Teil der CAD-Datenbank ist die Sachmerkmalsleiste systemtechnisch wie eine ganz normale CAD-Funktion zu bedienen. Das bedeutet, daß die Software der CAD-Datenbank nur auf einem zentralen Datenbankrechner installiert werden kann, der mit den dezentralen Workstations ständig über ein schnelles Netzwerk und eine Interprozeß-Kommunikation verbunden ist.

Bei der Suche nach Wiederholteilen erlaubt ein derartiges Datenbanksystem auch den Einstieg über ein gespeichertes Begriffs-Wort, wie etwa "Rundteile". Selbst über ein markantes Wortfragment, wie beispielsweise "-rund-" kann ein weiteres Einkreisen vorgenommen werden. Das ist insofern wesentlich, als damit die gewohnte Semantik aus der Konstruktion nachvollzogen wird.

Gemessen am hohen Nutzen ist der finanzielle Aufwand für eine CAD-Datenbank gering: Je nach Größe zwischen 50 000 Mark und 200 000 Mark an Datenbanksoftware für einen mittleren Betrieb. Die Rechnung geht bereits ab 1000 lebenden Teilen positiv auf, wenn sich dadurch 10 Prozent an unnötigen Teilen vermeiden lassen.

Allerdings ruht hier potentieller Konfliktstoff: Einerseits zwischen der Normenstelle eines Unternehmens, die darauf bedacht ist, die Teilevielfalt so gering als möglich zu halten, und den betroffenen Konstrukteuren auf der anderen Seite, die in einem solchen Instrument eine mögliche Einschränkung ihrer Arbeit sehen. Es ist daher eine Managementaufgabe, die Zusammenhänge vorher deutlich zu machen, um Akzeptanzbarrieren abzubauen. Wesentlich ist dabei, eine gut strukturierte Gruppierung der Teile, ein einfacher und schneller Suchalgorithmus mit hoher Treffsicherheit und raschem Antwort/Zeitverhalten.

Die CAD-Datenbank löst aber noch weitere Schwachstellen, wie Zugriffsrechte. So lassen sich von der Normenstelle nicht freigegebene Zeichnungen nicht kopieren. Auch werden Änderungsvermerke automatisch mit Datum versehen. Und wesentlich: Schutz für bereits gespeicherte Zeichnungen vor gleichzeitiger Bearbeitung.