3D - Die alleinige Zukunft?

    1. Grundsätzliche Überlegungen
    2. Die Vorteile der zweidimensionalen Darstellung
    3. Hat die 3D- Konstruktion überhaupt noch "zwingende" Vorteile ?
    4. Nutzen gegen Aufwand
    5. Was Sie erwartet und was Sie im Vorfeld dafür (oder dagegen) tun können...
    6. Resümee

 

1. Grundsätzliche Überlegungen

  Vorweg gesagt: Nein !
  Nur unbedachte Geister und leichtsinnige Techno-Propheten übersehen, dass eine wesentliche Kunst der technisch-zeichnerischen Darstellung darin besteht, reale oder geplante Raumformen in ihrer Abstraktion wiederzugeben.
   
  Denn das für den Betrachters einer Zeichnung Wesentliche muss eindeutig dargestellt sein. Die umfangreichen Ausführungsregeln, die für eine allgemein anerkannte zweidimensionale Darstellung von Raumformen und Ausführungsattributen entwickelt wurden, dienen diesem Zweck.
   
  Exkurs:
   
  So ist es nicht zwingend, anzunehmen, dass die symbolhaften Darstellungen aus frühgeschichtlichen Menschheitsepochen auf die Unfähigkeit seiner Kunstschaffenden schließen lassen , zB. eine Jagdszene realitätsnah mit räumlicher Tiefe darzustellen. Vielleicht musste der Künstler verbindliche Konventionen der Darstellung befolgen oder beabsichtigte, durch die Reduktion auf einfache zweidimensionale Geometrien das „Wesentliche“ einer Szene hervorzuheben.

Dieses Gedankenspiel soll darauf hinweisen, dass die Einführung der dreidimensionalen Darstellung nicht mit einer Entwicklung vom „Primitiven“ zum „Vollkommenen“ gleichzusetzen ist.
   
  2. Die Vorteile der zweidimensionalen Darstellung
   
  Zweidimensionale Darstellungen unterstützen die Konzentrationsfähigkeit des menschlichen Verstandes durch gezielte Einarbeitung von Hervorhebungen, Abschwächungen, Hinzufügungen und auch einfach mit dem Weglassen von Details. Das Augenmerk wird in einer Weise auf Sachverhalte gerichtet, wie es eine „glatte“ und womöglich perfekte 3D- Darstellung nicht leisten würde.
   
  Nicht zuletzt deshalb wird spätestens im Fertigungsprozess (die CNC - Bearbeitung ausgenommen) die 2D- Ansicht verlangt und eingesetzt.
   
  Doch ebenso in der Konzeptionsphase einer technischen Lösung wird die Notwendigkeit der Abstraktion eine zweidimensionale Darstellung, im einfachen Fall die „Skizze“ fordern. Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine vorzeitige Umsetzung eines Konzeptes in eine 3D-Konstruktion in hohem Maße die Gefahr birgt, dass die erforderliche „innere Distanz“ zu einem Entwurf für einen selbst und für den außenstehenden Betrachter verloren geht. Das Erkennen oft entscheidender Vereinfachungs- und Verbesserungsmöglichkeiten wird durch die dominierende Perfektion einer 3D- Darstellung, die sich als solche nicht hinterfragen lässt, erschwert.
   
  Rein technisch gesehen, haben 2D- Programme den Vorteil der einfacheren Handhabung, der höheren Ausführungsgeschwindigkeit und der kleineren erzeugten Dateien. Zudem sind sie anspruchsloser, bezüglich Arbeits- und Gestaltungsrichtlinien und der „EDV- Zugeneigtheit des Bedieners“. Der Datenaustausch gestaltet sich, durch den minimierten Informationsgehalt relativ einfach. Durch die geringe implementierte Datenkohärenz ist deren möglicher Teilverlust beim Datenaustausch weitgehend verkraftbar.
   
  3. Hat die 3D- Konstruktion überhaupt noch "zwingende" Vorteile?
   
  Die Beantwortung des zugrundeliegenden Fragenkomplexes bedarf einer Umformulierung, welche erst nach einer ausführlichen Gegenüberstellung des 3D- Konzeptes erfolgen kann.
  Denn, obwohl die Nutzung gleicher Mittel (PC, numerische, softwareimplementierte Algorithmen) „nur“ eine lineare Weiterentwicklung oder „Vervollkommnung“ des 2D- Zeichnungskonzeptes suggeriert, wird oft übersehen, dass hier ein völlig andersgeartetes Konzept umgesetzt wird.
   
  Anstelle eines zweidimensionalen Planes, der die Abstraktion eines de facto nicht sichtbaren technischen Gebildes repräsentiert, der auch nicht die Ableitung eines „übergeordneten“ Systems ist, sondern die einzige Informationsvariante eines Sachverhaltes ist, treten drei Phasen der konstruktiven Darstellung:
   
  - die parametergesteuerte Erzeugung von „echten“ Bauteilen (Volumenmodellierung)
   
  - Zusammenbau der Einzelteile zur technischen Anordnung (Funktionsbaugruppe, vollständige Maschine),
   
  - Ableitung der produktionsgerechten-Geometrie(en) aus dem Zusammenbau (Bauteil),
   
  - hier in unserer Betrachtung, um den Vergleich zu ermöglichen, eine 2D- Fertigungszeichnung
   
  Dabei stellt jeder Schritt die Datenbasis für die darauffolgende Stufe dar. In jeder der Folgestufe ist ein zusätzlicher Informations- Input erforderlich, im letzen Schritt sogar dafür, eine gezielte, durch fest definierte „Ableitungsregeln“ das zweidimensionale Derivat des 3D- Modells zu erhalten.
   
  Der letzte Punkt, unterscheidet den Informationsgehalt einer zweidimensionalen Ableitung von einer „klassischen“ 2D- Zeichnung. Sie ist, im Idealfall über diese Ableitungsregeln eine isomorphe Darstellung des 3D- Modells. Willkürliche Abstraktionen lassen sich, da sie dem System bekannt sind, ändern oder rückgängig machen.
   
  Aus diesem Zusammenhang heraus wird auch klar, dass die Ableitung einer 2D- Zeichnung nicht nur „willkommene Dreingabe“ oder gar„Abfall“ der 3D- Konstruktion ist, sondern einen sehr komplexen Vorgang darstellt, der nur durch intelligente Programmroutinen und deren Handhabe durch einen erfahrenen Bediener zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
   
  Durch die Datenaufbereitung, welche die dreidimensionale Darstellung eines Bauteils erfordert, liegt dessen „innewohnendes Informationsniveau“ signifikant höher, als seine 2D- Darstellung. Enthält zwar eine 2D- Mehrfachansicht den gleichen Informationsgehalt – dies könnte anhand seiner Eignung zur 3D-Transformation geprüft werden - ist doch seine u.U. aufwendige „gedankliche Interpretation“ als „reales“ Teil vom Rechner bereits erbracht.
   
  Entscheidend ist hier in einem Zusammenbau, dass die kleinste „unzerteilbare“ Einheit nicht ein grafisches Element, wie Linie, Kreis, Bogen ist, sondern die Repräsentation eines „echten“ Bauteils, dem folgerichtig auch zusätzliche „echte“ Attribute, wie Masse, Oberflächenbeschaffenheit, Farbe und sogar Materialeigenschaften zugeordnet werden können.
   
  Welcher Nutzen kann daraus gezogen werden ?
   
  1. Ableitung jeder beliebigen 2D- Ansicht
   
  Ist ein Volumenmodell erstellt, kann jede beliebige einem Richtungsvektor entsprechende Ansicht des Modells auf eine plane Ebene projiziert werden. Der, zugegebenermaßen, anfänglich höhere Aufwand der Teileerstellung, wird schon mittelfristig durch genannte Möglichkeit mehr als aufgewogen. Durch die Möglichkeit einer 2D-Ableitung besteht auch nicht mehr der Zwang oder die Gefahr, den primären Informationsträger (Modell) im Zuge seiner Abstraktion, wie bei 2-dimensionalen Objekten (auch so genannten „Blöcken“), zu zerstören.
   
  Anmerkung: Die Möglichkeit des parametrischen Aufbaus (diskrete Werte, Constraints) eines Einzelteils soll hier keinen Eingang in die Betrachtung finden, da diese Technik bereits in der 2D- Konstruktion eingesetzt wird.
   
  2. Legen beliebiger Schnitte durch ein Modell
   
  Alle gängigen Modellierer sind in der Lage, Schnittkonturen zwischen einem bestehenden Volumenmodell und einer neuen, beliebig am Raum aufgespannten, Fläche zu generieren. Ebenso können daraus, falls diese Fläche eine neue Volumenbegrenzung darstellen soll, durch Ziehung der volumetrischen Differenz, neue Teile gebildet werden.
   
  3. Einfache Ermittlung von Schnittkonturen und Hüllflächen
   
  Alle marktgängen Volumenmodellierer sind in der Lage, komplexe „Mengen –Verknüpfungsoperationen“, wie Vereinigung, Differenz und Durchschnitt auszuführen. Die Darstellung somit neu entstehender Kantengeometrieen ist bereits Bestandteil des Modellierers und steht 2D- Systemen nicht zur Verfügung.
   
  4. Kollisionsprüfung
   
  Jede Bauteilüberschneidung kann visuell, in den gängigsten CAD- Applikationen durch den Aufruf spezieller Prüfroutinen, lokalisiert werden.
   
  5. Bezugsdefinitionen zwischen Bauteilen
   
  Durch Festlegen von Anordnungsbedingungen zwischen Einzelteilen, (zB: Zylindermantel von Bauteil „A“ immer konzentrisch zu Bauteil „B“) kann sichergestellt werden, dass, selbst bei geometrischen Bauteiländerungen die Anordnungskriterien eines technischen Gebildes erhalten bleiben.
   
  6. Volumen, Oberflächen und Massenermittlung
   
  „Auf Mausklick“ (hier ausnahmsweise tatsächlich) können Volumen, Gesamt- oder Teilfläche, bei Zuweisung spezifischer Dichten, auch die Masse eines Bauteils oder einer komplexen Anordnung ermittelt werden.
   
  7. Mengenermittlung
   
  Da die Grundsubstanz einer 3D- Konstruktion aus vollständig beschriebenen, eindeutig identifizierbaren Bauteilen besteht, denen jede erdenkliche Information „angehängt“ werden kann, ist eine Stücklistengenerierung sehr einfach durchzuführen.
   
  8. Koppelung in EDM und PPS- Systeme
   
  Die eindeutig definierte bauteilorientierte Datenbasis ist eine ideale Voraussetzung zur bidirektionalen Kopplung des 3D-CAD-Systems mit EDM und PPS-Systemen.
   
  9. Erweiterte Simulations- und Analysemöglichkeiten
   
  Durch die Beschreibung von volumen- und massebehafteten Objekten können realitätsnahe Berechnungen (zB. dreidimensionale FEM- Untersuchungen) und kinematische Simulationen durchgeführt werden.
   
  10. Erweiterte Möglichkeiten der Mehrfach- Datennutzung.
   
  Der hohe Informationsgehalt der Einzelbauteile und Baugruppen kann für nachgeschaltete oder zugeordnete Datenverarbeitungsprozesse wiederum den „Basis-Input“ darstellen. Die 3D- Geometrie- und alle angehängten nichtgeometrischen Daten können in Programmen zur CNC- gesteuerten Fertigung, Erstellung der technischen Dokumentation, der Simulation und Visualisierung für Marketingzwecke jeglicher Art weiterverwendet werden.
   
  4. Nutzen gegen Aufwand
   
  Es macht keinen Sinn, weder technisch noch ökonomisch, auf eine 3D-Konstruktion umzustellen, nur weil das andere erfolgreich tun oder gar, weil jeder davon redet, der eine oder andere Kunde dies gerne sähe, oder der Vertrieb irgendeines Softwarehauses unbarmherzig insistiert. Es muss sichergestellt sein, dass die Nutzung einer oder mehrerer Eigenschaften eines 3D- Systems den höheren Aufwand an Beschaffungskosten, betrieblicher Organisation und Mitarbeiterqualifizierung langfristig aufwiegt.
   
  Jedes Unternehmen hat seine spezifischen Aufgabenbereiche, und bedarf dazu spezifischer Hilfsmittel. Wenn Firma „X“ ein 3D- System zur Gestaltung von Kunststoff- Spritzgussteilen erfolgreich einsetzt, Firma „Y“ die gesamte Rohrleitungsverlegung in verfahrenstechnischen Anlagen mittels „3D“ plant, hat das für „Ihren“ speziellen Fall keine Bedeutung. Wenn sie, was nicht selten anzutreffen ist, am Ende über einige Softwarelizenzen verfügen, jedoch das Tagesgeschäft immer wieder nicht zulässt, diese Systeme einzusetzen, haben Sie es versäumt, anstelle des Erwerbs eines (weiteren) Programmes grundlegende Probleme ihrer Konstruktion zu beheben.
   
  Daher müssen im Vorfeld alle Konstruktionsaufgaben und -abläufe einer Unternehmung daraufhin untersucht werden, ob die 3D- Konstruktion die genannten Vorteile in einer Weise „ausspielen kann“, daß sie die spezifischen Aufgaben besser, einfacher schneller und sicherer als ein 2D- System löst. Wenn Sie zB. neben konstruktiven Aufgaben auch Planungsaufgaben lösen müssen, aufwändige Layouts erstellen müssen, die jedoch eng mit der Konstruktion zusammenspielen, ist von einem, rein von der 3D-Modellierung her entwickelten, System (Autodesk Inventor oder Solidworks) vollständig abzuraten. Bleiben sie hier bei Hybrid- bzw. Verbundsystemen, wie der Autodesk Mechanical Desktop oder dem One- Space Designer von Cocreate.
   
  In den seltensten Fällen führt dies zu einer vollständigen Umstellung der Systeme und auch dann ist zu einer schrittweisen Umstellung zu raten.
   
  Hilfreich ist hier auch eine angemessene Wertschätzung von „Werkzeugen“ und eine realistische Erwartung an dieselben, Wenn Ihnen ein noch so einfaches „Tool“ hilft, effektiv 30% Prozent des Aufwandes für eine spezielle Tätigkeit einzusparen, ist dies ein sehr gutes Ergebnis. Dieses einfach kurzerhand durch Einführung einer „Komplettlösung“ zu verwerfen, ist zwar gängige Praxis aber nicht empfehlenswert. Zuerst sollte immer die Frage beantwortet werden, ob sich nicht bestehende Lösungen in neue Konzepte integrieren oder für diese verwertet werden können. Nicht zuletzt ist der Einsatz von Hilfsmitteln, durch ein bestimmtes Problembewusstsein initiiert, und mit einer fundierten Sachkenntnis verbunden, die es zu bewahren gilt.
   
  5. Was Sie erwartet und was Sie im Vorfeld dafür (oder dagegen) tun können...
   
  Da eine 3D-CAD- Implementierung durch seine Informationsstrukturen nicht mehr nur ein „Zeichenprogramm“, sondern tatsächlich ein komplexes System darstellt, welches selbst bereits Verwaltungsaufgaben für Geometrie- und Anordnungsstrukturen und technologische Daten wahrnehmen muss, ist die Erstellung und Pflege eines praxistauglichen CAD-Umfeldes unumgänglich.
   
  Wer es hier unterlässt, für die Teileerstellung, Baugruppengestaltung und zeichnerische Struktur der „Zeichnungen“ praxistaugliche Richtlinien genauestens festzulegen oder ein leistungsfähiges, für alle Mitarbeiter akzeptables Verwaltungssystem mitzuführen, wird unweigerlich „Schiffbruch“ erleiden. Konventionen nur zur Layerbelegung und Farbe/Linientypzuordnungen stehen hier nicht mehr zur Debatte.
   
  Gerade im Hinblick auf das Bearbeiten volumetrisch erzeugter Teile durch mehrere Mitarbeiter, muss vereinbart werden, wie dieses aufgebaut werden, da es oft unterschiedliche Möglichkeiten gibt, eine „gleiche“ Endkontur zu erhalten. So könnten Sie, um z.B. ein Wellenstück zu erzeugen, wahlweise eine Kreisfläche linear extrudieren, alternativ ein Rechtecksfläche um eine Achse rotieren lassen oder ein Zylinderprimitiv wählen. Gibt es hier keine Richtlinien, führt das Editieren von Teilen mit komplexer Genealogie, auch mit deren „browsergestützten“ Darstellungs- und Manipulationsmöglichkeit, unweigerlich in ein Chaos
   
  Es reicht auch nicht aus, nur konstruktionsbezogene Schnittstellen zu definieren, zB. welche Komponenten zwei-oder dreidimensional oder nur symbolisch dargestellt werden und wie diese sinnvoll koexistieren können, sondern es müssen Festlegungen getroffen werden, wie diesbezüglich die Aufgaben innerhalb der damit befassten Mitarbeiter zugeteilt werden sollen.
   
  Da es zudem einen Datenaustausch, und das in stetig zunehmendem Maße, nach „außen“, mit Kunden, Lieferanten und weiteren Projektbeteiligten gibt, die 100%-ige Datenkompatibilität nur innerhalb „Ihres“ CAD- Systems gewährleistet ist, müssen diese Schnittstellen sorgfältig definiert werden, vor allem, wie und in welcher Form „kommende“ Daten transformiert werden sollen, dass sie sich in das „hauseigene“ CAD- und EDM-Umfeld integrieren lassen.
   
  Weiterhin muss festgelegt werden, wie und in welchem Rhythmus ein Informationsaustausch zwischen allen Projektbeteiligten sichergestellt wird. Durch die Trennung zwischen 3D- Bauteil/Baugruppenerstellung und 2D-Ableitung ist es nicht ohne weiteres möglich „so mal schnell einen 2D- Plot“ von einer 3D- Konstruktion zu liefern. Da müssen gegebenenfalls Ansichten und Schnitte festgelegt, 2D- Ableitungen gemäß dem, was für den Anfordernden von Interesse ist, neu definiert und generiert werden.
   
  Das Arbeiten mit 3D- Darstellungen, stellt gerade den, der den CAD- Einstieg von der „Reissbrettseite“ vollzogen und sinngemäß so „weiterbetrieben“ hat, vor die Aufgabe eines z.T. radikalen Umdenkens, was die Vorgehensweise beim Aufbau einer Zeichnung betrifft. Die Erfordernisse der Umgewöhnung dürfen nicht unterschätzt werden und nicht jedermann findet sich in einem, 3D- Raum zurecht, der neben unzähligen Körper- und Facettenkanten durch seine 2D- Projektion auf einen Bildschirm für den ungeübten alle „Fallen optischer Täuschung“ parat hält (denken Sie an die unendlichen Treppengebilde eines M.C. Escher).
   
  Die oft mit der Spekulation auf das „schnelle Geschäft“ propagierten Aussagen mancher „Vertriebsprofis“, wie: „Stellen Sie auf 3D um, dann haben Sie alle Probleme los“, zieht immer den Schaden des Käufers nach sich.
   
  Einige praktische Tipps...
   
  Untersuchen Sie, ob eine Personalstruktur in Ihrem Unternehmen vorhanden ist oder geschaffen werden kann (und da ist nicht alles mit Schulungen zu beheben), die bereit und fähig ist, die teilweise signifikante Änderung der bisherigen Arbeitsweise positiv als Chance aufzugreifen, zu nutzen und weiterzuentwickeln.
   
  Prüfen Sie verschiedene CAD- Systeme und Branchenapplikationen gründlich auf Eignung für Ihre Anforderungen.
   
  Trauen Sie nicht den Beteuerungen jedes Verkäufers. Lassen Sie sich Referenzen geben, die Unternehmen betreffen, die annähernd Vergleichbares wie Ihre Unternehmung konstruktiv gestalten müssen, ähnliche Losgrößen fertigen und vergleichbare Personalstrukturen aufweisen.. Und falls Sie nicht in Konkurrenz zu diesem stehen, versuchen Sie, sich bei diesem (in Begleitung aller Fachkräfte Ihres Hauses, die später maßgeblich mit der Einführung eines 3D- Systems befasst sein werden) vor Ort umfassend zu informieren.
   
   
  Vermeiden Sie Schulungen außerhalb ihres Hauses! Denn dort werden zwar ihre Mitarbeiter ausschließlich mit glattgeschliffenen "Trockenübungen" konfrontiert, auf "Kostem des Softwarehauses" (dh. auf Ihre Kosten) mit belegten Brötchen, Gebäck und flotten Sprüchen versorgt und so als begeisterte Anhänger des jeweiligen Systems gewonnen. Nur werden auf diese Weise die Leistungsgrenzen eines Systems nicht einmal näherungsweise endeckt. Investieren Sie an dessen Stelle in die Vor-Ort- Schulung anhand zumindest eines konkreten Projektes in Ihrem Unternehmen.
Am Besten eignet sich dazu die Aufarbeitung eines bereits entwickelten, repräsentativen Produktes, um im ersten Ansatz von Umgebungsstrukturen und Zeitvorgaben weitgehend unabhängig zu sein. Erfassen sie dabei Zeiten, dokumentieren sie Programmfehler, Leistungsmängel und notieren Sie alle Fragen und Lösungsansätze, die sich im Laufe des Trainings ergeben. Diese gute Praxis findet immer weitere Verbreitung. Wenn die Anzahl der zu erwartenden Lizenzen für den Anbieter attraktiv genug ist oder ihr Unternehmen für diesen eine Referenzfunktion übernehmen wird, vereinbaren sie diese projektorientierte Softwaredemonstration bereits vor dem möglichen Erwerb. Sie werden erkennen, ob unter Life-Conditions die Software noch stabil läuft, die Komplexität ihrer Konstruktionsobjekte deren Leistungsfähigkeit nicht überfordert.
   
  Denken Sie daran, dass ein 3D- System seine „Kräfte“ erst im Zusammenspiel mit (hoffentlich) ebenso sorgfältig ausgewählten und optimierten EDM und PPS- Systemen entfalten kann. Dieses kann nur durch die Verfügbarkeit und Nutzung leistungsfähiger Schnittstellen erreicht werden. Da der Begriff der Schnittstelle ein „äußerst dehnbarer“ ist, lassen Sie sich von allen beteiligten Softwarehäusern präzis dokumentieren, mit welchem CAD-System und - ganz genau - in welcher Art und welchem Umfang ein Datenabgleich bidirektional erfolgen kann.
Prüfen Sie, ob dieser für Ihre jetzigen und geplanten Anforderungen genügt. Ziehen Sie, besonders in diesen Fall, erfahrene Fachleute zu Rate.
   
  Machen Sie sich bewußt, dass eine 3D- Implementierung als „Insellösung“, so wie ein 2D- System noch geführt werden konnte, keine Leistungsfähigkeit besitzt. Die Konsequenz daraus ist, dass an der Entscheidungsfindung für ein CAD- Systems der Konstruktions-, der Fertigungsbereich, sowie der Ein- und Verkauf und die EDV- Administration, mitwirken müssen. Die Schäden, die eine Fehlentscheidung durch „Alleingang“ einer betrieblichen Abteilung entstehen können, sind gemeinhin irreparabel.
   
  6. Resümée
   
  Auch zukünftig werden die 2D- Welt und die 3D- Welt durch Ihre spezifischen Vorteile ihre Berechtigung haben. Zu begrüßen sind alle Entwicklungen, welche geeignet sind, die Vorteile beider Systeme zu integrieren.
   
  Der Einsatz eines 3D- Systems kann die Möglichkeiten der Informationsverarbeitung in entscheidend höherem Maß wie bisher der Konstruktion nutzbar machen, setzt aber einen spürbar höheren Aufwand für Anschaffung, Planung und Pflege voraus und stellt, was die Systembedienung anbelangt, höhere Anforderungen an alle Mitarbeiter.
   
  Sind die Einsatzbereiche definiert und dafür passende CAD-Applikationen gefunden und diese aufgabenentsprechend optimiert, stellt die 3D- Konstruktion im Zusammenwirken mit EDM und PPS- Systemen ein äußerst leistungsfähiges Werkzeug für den konstruktiven Gestaltungsprozess dar.


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