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08.07.1977 - 

Grafische Datenverarbeitung in der Einzelfertigung

Das Schiff, das aus dem Computer kommt

Man kann sich vorstellen, daß mancher Hardwareverkäufer, der mit ansprechenden Prospekten über grafische Bildschirme durch die Lande zieht, an der Intelligenz der Ingenieure zweifelt wenn auf die spontane Begeisterung nicht die prompte Bestellung erfolgt. Es mag dafür verschiedene Grunde geben, von denen aus der Sicht des Schiffbaus einige angeführt werden sollen.

Grafische Datenverarbeitung - mindestens 75 Prozent der Tätigkeit eines Ingenieurbüros, das überwiegend für den Schiffbau arbeitet, fallen unter diesen Begriff Die Gestalt des fertigen Schiffes, die Form des Schiffskörpers, der Einzelteile, der Baugruppen, die Montagefolge, die Schemata der Leitungssysteme und Rohrnetze, Kennlinien aller Art - alles dies sind Umsetzungen von Rechnerergebnissen und Denkprozessen in Zeichnungen

Der erste Schritt zur rechnerunterstützten Herstellung von Zeichnungen war das Zeichnen von Bauspantenrissen mit NC-Zeichenanlagen. Ein Schiffskörper enthält jedoch mehr Querschnitten, als Querschnitte im ersten Linienentwurf vorhanden sind. Es muß also gewissermaßen eine Datenverdichtung stattfinden. Dies ist inzwischen durch ein von Professor Söding, TU Hannover, entwickeltes Programm möglich Ein danach gezeichneter Bauspantenriß ist u. a. die Grundlage für die Detailkonstruktion, z. B. die Außenhautabwicklung, die Einzelteilcodierung usw. Bezeichnend war die Äußerung von Werftingenieuren denen vor Jahren ein mit EDV- Unterstützung gestrakter Bauspantenriß vorgelegt wurde und von denen nun Lob und Bewunderung erwartet wurde: "Und wie kommen wir zu den Steuerdaten für unsere Brennschneidmaschinen?" Es mußten also Anschlußprogramme zur Berechnung der inneren Einzelbauteile des Schiffes entwickelt werden. Erwähnt sei noch, daß ein mit Rechnerunterstützung entwickelter Bauspantenriß nicht billiger als ein in Handarbeit erzeugter ist. Zunächst ist nur die kürzere Bearbeitungszeit ein Gewinn. Die wirtschaftlichen Vorteile ergeben sich erst durch die weitere Verwendung der einmal, erzeugten Schiffsaufmaße.

Die inneren Bauteile eines Schiffskörpers (z. B. Schotte, Decks) werden aus Profilen gebogen oder aus Platten hergestellt. Die Plattenbauteile werden überwiegend, da sie meist krummlinig begrenzt sind, durch Brennschneiden produziert. Hier war nun die Industrie der EDV einen Schritt voraus: Sie entwickelte Brennschneidmaschinen, die durch fotoelektrisch abgetastete Zeichnungen gesteuert wurden. Zunächst gab es zwei Systeme: Das 1:1-Verfahren und das 1:10-Verfahren. Beim 1:1-Verfahren werden naturgroße Schablonen gezeichnet, die neben der Brennschneidmaschine auf einen großen VorIagetisch ausgelegt werden. Nachteile: Großer Platzbedarf für den Vorlagentisch (z. B. 2,5 x 12 m), Unhandlichkeit der Schablonen, hohe Kosten für die Zeichnungsträger, viel Platzbedarf für die Archivierung. Beim 1:10-Verfahren kam man mit kleineren Gebertischen und Archiven aus, es wurden jedoch höhere Anforderungen an die Genauigkeit der zeichnerischen Vorlagen gestellt. Im sogenannten Optikbüro wurde mit Kopflupen gearbeitet und mit Zeichengeräten, die gehütet wurden wie die Operationsbestecke von Chirurgen Hier brachte die Erzeugung der Bauteilschablonen mit NC- Zeichenanlagen einen wesentlichen Fortschritt.

Die Elementarcodierung mit Hilfe von Einzelbefehlen, die nacheinander von Hand abgelocht wurden, war jedoch sehr arbeitsintensiv und nur dort vertretbar, wo nach einer Zeichnung große Serien von gleichen Teilen gefertigt wurden oder wo der Fertigungsprozeß im Vergleich zur Erzeugung der Steuerdaten sehr lange dauerte, wie beispielsweise beim Draht-Erodieren. Beides traf jedoch nicht auf die Brennschneid-Fertigung im Schiffbau zu, wo meist nur Zwei spiegelbildlich. gleiche Bauteile anfallen, eins für jede Schiffsseite. Auf die NC-Zeichenmaschinen folgten auch bald die NC-Brennschneidmaschinen, so daß auch hier wieder die Hardwarehersteller der EDV einen Schritt voraus waren. 6 - 8 Codierer waren je nach Art der Bauteile nötig, um eine Brennschneidmaschine mit Steuerdaten zu versorgen. Der internationale Konkurrenzdruck, dem die Schiffbauindustrie ganz besonders ausgesetzt ist, zwang zur Schaffung von Programmen in problemorientierten Sprachen, die meist von den Anwendern selbst entwickelt wurden AUTOKON von Norske Veritas, HAMSY von Blohm + Voss, BAUTEILE ALLGEMEIN und S 16 von SCHIFFKO. Mit Hilfe dieser Sprachen werden die zeichnerischen Darstellungen codiert und abgelocht. Mit dem jeweiligen Programm wird anschließend ein Lochstreifen erzeugt, der die Anfertigung einer Kontrollzeichnung ermöglicht. Dieser Lochstreifen kann auch zur Steuerung der NC-Brennschneidmaschine verwendet werden.

Die erste Kontrollzeichnung kann auch mit einem Plotter - evtl. sogar Online - erzeugt werden, da nicht die Genauigkeit der Abmessungen kontrolliert werden muß, sondern die richtige Anzahl und Anordnung von Ausschnitten, Erleichterungslöchern usw. Es hat sieh aber in der Praxis gezeigt, daß derselbe Lochstreifen, mit dem die fehlerfreie Kontrollzeichnung erzeugt wurde, auch zur Steuerung der Brennschneidmaschine verwendet werden muß, da andernfalls Übertragungsfehler auftreten können, so daß schließlich doch Ausschuß produziert wird.

Nun sind schiffbauliche Einzelbauteile meistens nicht so gestaltet, daß sie eine vom Walzwerk gelieferte Stahlplatte ausfüllen. Es müssen daher in der Regel mehrere Einzelteile auf einer Rohplatte verschachtelt werden (festhing). Hierzu werden in der herkömmlichen Arbeitsweise vom Codierer einige passende Bauteile aus der Menge der verfügbaren ausgewählt und ihre Verschiebungen und Verdrehungen zusammen mit den Identitätsnummern der Bauteile in den Computer eingegeben. Das Ergebnis ist nach eventuell notwendigen Verbesserungen der Lochstreifen für das Zeichnen bzw. Brennen einer ganzen Platte.

Der Einsatz von Bildschirmgeräten konnte bewirken, daß die Zwischenstufen von fehlerbehafteten Kontrollzeichnungen im Dialogverkehr umgangen werden. Man könnte auch daran denken, die geometrische Gestalt der Einzelteile direkt im Dialogverkehr zu erzeugen. Die Preise für graphische Bildschirme und die gesunkenen Anforderungen an das unterstützende Rechnersystem haben diese Möglichkeit aus dem Bereich der unwirtschaftlichen Utopie in realistische Nähe gerückt. Vor der praktischen Anwendung steht jedoch das Anwenderprogramm, das normalerweise nicht vorhanden ist. Verfügbar sind allenfalls im Mikroprogramm vorhandene Basisbefehle, ein Anpassungsprogramm an den Steuerrechner sowie geometrische Elementarbefehle. Damit ist jedoch ein wirtschaftlicher Einsatz von grafischen Bildschirmen im Schiffbau noch nicht möglich.

Da viele Einzelteile im Schiff nur zweimal in derselben Gestalt vorkommen, ist es eminent wichtig, daß die Berechnung eines jeden Einzelteils mit minimalem Aufwand erfolgt. Dazu mußten alle Möglichkeiten von der Programmseite her ausgenutzt werden: Makrobefehle für wiederkehrende Details, die Bildung von Bauteilfamilien, Spiegeln oder Drehen durch nur je einen Befehl, Schnittpunktbestimmung und Zurverfügungstellung der Koordinaten durch das Programm usw. Auch beim eigentlichen Brennschneiden mußten alle Möglichkeiten der Rationalisierung berücksichtigt werden durch lochstreifengesteuertes Markieren (Körnen), durch Minimierung der Verfahrstrecken, durch Sparschnitt (common cut). Dies letztere ist zeichnerisch eine einfache Aufgabe, numerisch jedoch ein ziemliches Problem, da aus zwei Einzelteilen ein neues von veränderten Form geschaffen werden mußte. Ohne Rechnerunterstützung war dies für NC-Brennschneidmaschinen überhaupt nicht mehr realisierbar. Es braucht wohl nicht betont zu werden, daß ein Programm, das diese Möglichkeiten enthielt, von keinem der Hardwarehersteller angeboten wurde. Die Voraussetzung für die Anwendung der grafischen Bildschirme mußte also - zumindest im Schiffbau - wieder vom Benutzer geschaffen werden, der vor der zusätzlichen Schwierigkeit stand, daß er die technologischen Eigenheiten der Hardware auf Grund der Prospektangaben nicht immer klar erkannte.

.Erste Versuche mit anscheinend preiswerten Bildschirmeinheiten zeigten, daß sich durch die langsame Bildwiederholung lange Bearbeitungszeiten ergaben, die zu einer Leistungssteigerung von weniger als dem doppelten der bisher angewandten Arbeitsweise mit Plottern oder NC- Zeichenanlagen führten. Unter Berücksichtigung der zusätzlichen Hardware-, Rechen- und Übertragungskosten bei der Datenfernverarbeitung bzw. der Kosten für einen separaten Prozeßrechner konnte daraus noch kein wirtschaftlicher Vorteil abgeleitet werden. Selbst ein Programmen zum automatischen Schachteln der Einzelteile wurde aus diesem Grunde bisher noch nicht in der Praxis angewandt.

Erst die technologisch hochwertigen grafischen Bildschirme mit automatischer Bildwiederholung lassen hier den Durchbruch erwarten. Bezüglich der Software heißt es jedoch auch hier wieder "Hilf dir selbst", denn es ist selbstverständlich, daß man auf die in die bisher verwendeten Programme eingebauten Bearbeitungsvorteile nicht verzichten möchte, und was der Hersteller der Hardware allenfalls zu bieten hat, sind geometrische Elementarbefehle.