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17.04.1998 - 

IT im Maschinenbau/Umstieg vom zweidimensionalen Zeichnen auf 3D

Komplexe CAE/CAD-Systeme beim Satellitenbau

Dornier plant zur Zeit eine engere Kooperation mit der Aerospatiale - Sparte Satelliten. Von den beiden Unternehmen werden sicherheitspolitische Satellitensysteme entwickelt und gebaut. Das ist wichtig, weil Dornier damit in einen Markt vordringt, der bisher Frankreich und den USA vorbehalten war.

Dornier Satellitensysteme wird dann strategische Aufklärungssatelliten entwickeln, wie sie beispielsweise im Golfkrieg eine Rolle spielten. Größter Kunde ist und bleibt jedoch die European Space Agency (ESA) mit Aufträgen für wissenschaftliche Systeme.

Werner Kortwinkel, Referent für CAE/CAD-Anwendung bei Dornier Satellitensysteme, weist auf die zunehmende Bedeutung des Weltmarktes hin: "Um die neuen Geschäftsfelder und die Aufträge der ESA auch weiterhin in höchster Qualität und effizient bearbeiten zu können, sind große Anstrengungen erforderlich", betont er und erläutert: "Zur Verbesserung unserer Wettbewerbsfähigkeit haben wir unsere CAD-Systeme von den Mainframes der Debis losgelöst und auf Server und Workstations von HP umgestellt. "

Zuvor führte jede Änderung im CAD-Betrieb auf den Mainframes zu aufwendigen Vertragsverhandlungen mit dem Rechenzentrumsbetreiber. "Seit dem Wechsel können wir schneller reagieren, und zugleich migrierten wir aus der zweidimensionalen Welt des Zeichnens zur Konstruktion im 3D-Modell", erklärt Kortwinkel, "denn in 2D kann man solche komplexen Entwürfe nicht mehr handhaben. "

Die ingenieurtechnischen Anforderungen an Satelliten sind äußerst hoch. Von der elektromagnetischen Verträglichkeit über das geringe Gewicht bis hin zur mikrometergenauen Konstruktion und zur Fertigung im Reinraum reicht das Spektrum. Für die Entwicklung, Konstruktion und Berechnung der Satelliten im Bereich Assembly, Integration and Test (AIT) stellt die Abteilung CAE-Infrastruktur innerhalb der Dornier Satellitensysteme Computersysteme bereit. Dazu gehören auch HP- Workstations und -Server, auf denen das CAD-System "Pro/Engineer" eingesetzt wird.

Die Software, kombiniert mit den 3D-Grafikfähigkeiten der Hardware, ermöglicht so zum Beispiel eine Sichtwinkeluntersuchung der Instrumente eines Satelliten. Verdeckt ein Solar-Panel die All-Boden-Antenne, ist die Konstruktion ungeeignet. Alle Subsysteme des Produkts müssen kollisionsfrei zusammenarbeiten. Dabei sind stets die Bedingungen im Weltraum zu berücksichtigen. In der 2D-Konstruktion sind ungünstige Anordnungen von Subsystemen und Bauteilen jedoch nur schwer erkennbar. Zudem sind die Datenmodelle der Satelliten mit rund 5500 Bauteilen und einem Volumen von etwa einem GB sehr komplex. Jedes Teil kann wiederum eine Baugruppe bilden oder eine Vielzahl von Eigenschaften haben.

Pro/Engineer kann zudem über zusätzliche Anwendungen auf die spezifischen Anforderungen der Satellitenkonstruktion erweitert werden. So gibt es Software für die Montage und den Kabelbau, ein Kinematik-Modul und ein Programm für die dynamische Analyse. Mit letzterem lassen sich beispielsweise die Auswirkungen von Schwingungen berechnen, die während des Aussetzens und Entfaltens der Systeme auftreten. Diese Module ergeben ein durchgängiges CAD-System.

Zusammen mit den FEM-Programmen (FEM = Finite-Elemente-Methode) "Patran" und "Nastran", die schon seit längerem auf der Plattform im Einsatz sind, konnte die Prozeßkette von der Konstruktion bis zur NC-Programmierung weiter verbessert werden. Da eine durchgängig einheitliche Datenbasis durch mehr als bloße Software-Schnittstellen dargestellt wird, ist auch auf der Hardwareseite eine durchgängige, skalierbare Plattform erforderlich.

Leicht hat sich Kortwinkel die Entscheidung für die Hard- und Software allerdings nicht gemacht. Beim Übergang vom Mainframe-basierten "Cadam" waren auch "Catia", "HP ME/10" und andere im Gespräch. Ebenso ausführliche Tests durchlief die Hardware. Dabei verließ sich Kortwinkel nicht allein auf die Herstellerangaben, sondern entwickelte mit seinen Kollegen eine Testreihe, die die aktuellen Systeme von Hewlett-Packard, Silicon Graphics, Digital Equipment, Sun Microsystems und IBM unter die Lupe nahm. Kortwinkel erläutert: "Für komplexe CAD-Aufgaben waren die Anforderungen unserer Testreihe an CPU und Grafiksystem gleichermaßen hoch. Bei großen Modellen kann allein mit dem Aufbau von Bildschirmdarstellungen viel Zeit vertan werden. "

Während dieser Tests trennte sich die Spreu vom Weizen: Es konnte nachgewiesen werden, daß eine HP-Workstation mit HCRX-48Z-Grafiksubsystem die Frästeile der Testreihe beim Schattieren, dynamischen Drehen und bei den Dateioperationen stets besser war als die anderen Systeme. Der Test zeigte auch, wo es in der Hardware technologische Vorsprünge gibt. Die HP-Workstations erreichten ihre Testwerte bereits mit vergleichsweise langsam getakteten PA-RISC-Prozessoren.

Zwei Dutzend Workstations wurden gleich nach den Tests in Betrieb genommen. Sie sind jeweils mit 192 MB RAM, einer 2-GB-Festplatte und dem Grafiksystem HCRX-48Z von HP ausgerüstet. Weitere HP-Arbeitsplätze dienen als EDM(Engineering Data Management)-Server und als Höchstleistungssystem für Analysen und Simulationen.

Aufgrund des wachsenden Bedarfs an 3D-Konstruktionsarbeitsplätzen haben Kortwinkel und seine Mitarbeiter die Testreihe für die neuesten auf dem Markt befindlichen Workstations wiederholt. In die Tests für die geplanten 14 neuen Arbeitsplätze wurden die besten Anbieter aus den ersten Versuchsreihen einbezogen. 14 neue Workstations der C-Klasse komplettierten die CAD-Umgebung. Upgrades auf die Workstations mit PA-8000-Prozessoren und Visualize-Grafiksubsystemen folgten.

Alle Arbeitsplätze können über ein TCP/IP-Netzwerk miteinander kommunizieren. Als EDM-Server werden Computersysteme der 9000er Serie 800 eingesetzt. Im Netzwerk der Konstruktionsabteilung gibt es natürlich auch umfangreiche periphere Geräte, darunter einen schnellen A3-Scanner von Fujitsu und einen Scanner für Zeichnungen im A0-Format.

Ausschlaggebend war aber nicht allein die Workstation-Leistung. "Wichtig ist auch, daß unsere Wünsche zügig die richtige Adresse erreichen", betont Kortwinkel. Aufgrund einer Insuffizienz von Pro/Engineer beeinträchtigte das erste installierte Raid-System die Gesamtsystemleistung. Die Ursache zu finden - unnötige Plattenzugriffe seitens der Software -, dauerte jedoch fast drei Monate. Um den Konstruktionsbetrieb nicht noch länger zu bremsen, erklärte sich HP dazu bereit, das Raid-System auf Kulanz auszuwechseln. Kortwinkel: "Leider hatten beide Anbieter die Aufgabe der Fehlersuche uns überlassen - erfreulich ist aber, daß HP für seine Installation geradesteht. "

ANGEKLICKT

Die Beobachtung von Röntgensternen oder das Aufspüren von Umweltsündern auf den Weltmeeren läßt sich aus dem All leichter und genauer bewerkstelligen als von der Erdoberfläche. Satelliten sind ausgefuchste Helfer bei Aufgaben der Erderkundung und der Weltraumforschung. Bei der Dornier Satellitensysteme GmbH, Friedrichshafen, werden diese High-Tech-Meisterstücke auf Hochleistungscomputern gebaut. Die Konstrukteure setzen auf Grafikleistung und CPU-Power.

Das Unternehmen

Die Dornier Satellitensysteme GmbH wurde am 31. August 1995 als eine Tochtergesellschaft der Dornier GmbH und der Daimler-Benz Aerospace AG (Dasa) gegründet. In diesem neuen Unternehmen sind jetzt alle Satellitenaktiviäten der Dasa und ihrer Tochter- und Vorgängerfirmen (MBB und Dornier) zusammengefaßt. Die Zentrale der Dornier Satellitensysteme GmbH hat ihren Sitz in Friedrichshafen. Betriebsstätten befinden sich in Friedrichshafen und Ottobrunn bei München. Als Tochtergesellschaften und Beteiligungen werden die Jena-Optronik, Euras Space, ORS und Eurimage geführt.

Arbeitsschwerpunkte sind Entwicklung, Herstellung und Vertrieb von kompletten Satellitensystemen, Instrumenten, Untersystemen und Komponenten für ein breites Einsatzspektrum in den Bereichen Wissenschaft, Erdbeobachtung, Kommunikation und Navigation sowie in der Sicherheitspolitik.

Globalstar

Das weltweite mobile Telefonieren unter einer Nummer ermöglicht der neue Kommunikationssatellit Globalstar. Das Handy sendet seine Signale direkt, also ohne Relais-Stationen, vom Ohr ins All. Weil keine terrestrische Übertragung mehr erforderlich ist, erübrigen sich auch Qualitätseinbußen. Globalstar wird aus 48 geostationären Satelliten bestehen. Das Projekt hat seinen Reiz in der hohen Stückzahl, denn pro Monat ist mindestens eine Einheit zu liefern. Der Normalfall im Satellitenbau sind Einzelstücke. Die Kunden in diesem Bereich sind private Kommunikationsanbieter.

Envisat

soll vom All aus helfen, die Ökologie unseres Planeten zu erforschen. Seine Hauptaufgabe ist die Beobachtung der globalen Veränderungen der Umwelt. Das komplizierte Zusammenspiel der vielfältigen natürlichen und vom Menschen verursachten Einflüsse auf unsere Umwelt erfordert die gleichzeitige abgestimmte Beobachtung der Atmosphäre, der Ozeane und der Polarregionen sowie der Veränderungen auf dem Land. Auch der Einsatz zur Beweisführung gegen Umweltsünder auf den Ozeanen ist denkbar: Regelmäßige Aufzeichnungen bestimmter Gebiete auf der Erdoberfläche ermöglichen die Verfolgung einer Schmutzspur bis zum Verursacher. Envisat-1 wird voraussichtlich 1999 in seine Umlaufbahn geschossen.

Holm Landrock ist Fachjournalist in München.