Praxissemester_Dominik_Gross_2011

Bewegungssimulation an der Schraubstation x-bolt

Inhalt

1 Einleitung ............................................................................................................................................ 3

2 Vorstellung des DMU Kinematik-Simulators ................................................................................. 4

2.1 Die Symbolleisten ...................................................................................................................... 5

2.1.1 Die Symbolleiste „DMU Kinematics“ ............................................................................... 5

2.1.2 Die Symbolleiste „Simulation“.......................................................................................... 6

2.1.3 Die Symbolleiste „Kinematische Verbindungen“........................................................... 6

2.1.4 Die Symbolleiste „Generische Animation“ ..................................................................... 7

2.1.5 Symbolleiste für Sequenzen ............................................................................................. 8

2.1.6 Die Symbolleiste „Automatische Überschneidungserkennung“ .................................. 8

2.1.7 Die Symbolleiste „Kinematik-Aktualisierung“.................................................................. 8

2.1.8 Die Symbolleiste „3D-Analyse für digitale Modellerstellung“ ....................................... 8

2.2 Erste Schritte bei der Mechanismuserzeugung .................................................................... 9

2.3 Simulation mit Befehlen .......................................................................................................... 13

2.4 Simulation mit Regeln ............................................................................................................. 15

2.4.1 Manuelles Erstellen einer Regel ..................................................................................... 15

2.4.2 Regelerzeugung aus einer vorhandenen Skizze ......................................................... 17

2.4.3 Regelerzeugung aus einer vorhandenen Textdatei .................................................... 17

2.5 Bearbeiten von Simulationen ................................................................................................. 19

2.6 Erstellen einer Animationsdatei ............................................................................................. 19

2.7 Automatische Überschneidungserkennung ......................................................................... 20

2.8 Erstellen einer Sequenz .......................................................................................................... 20

3 Projektbeschreibung ....................................................................................................................... 21

3.1 Vorgaben ................................................................................................................................... 21

3.2 Excel-Tabelle zur Ermittlung der Taktzeit ............................................................................ 24

3.2.1 Einstellen der Parameter ................................................................................................. 24

3.2.2 Eingabe der absoluten Koordinaten .............................................................................. 26

3.2.3 Berechnung der relativen Koordinaten für CATIA ....................................................... 27

3.2.4 Berechnung der Differenzwege ...................................................................................... 28

3.2.5 Berechnung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten ................................... 29

3.2.6 Zeit-Abgleich und Berechnung der Taktzeit ................................................................. 31

3.2.7 Aufsummierung der Zeitwerte ......................................................................................... 33

3.2.8 Aufnahme der Werte für die Textdatei .......................................................................... 34

3.3 Vorgehensweise bei der Erstellung der Simulation ............................................................ 35

3.3.1 Erstellung der Unterbaugruppen .................................................................................... 35

3.3.2 Baugruppenerzeugung und Definition der Ausgangsstellung ................................... 35

1


3.3.3 Verbindungserstellung ..................................................................................................... 35

3.3.4 Regelerzeugung ................................................................................................................ 35

3.3.5 Sequenz ............................................................................................................................. 36

4 Literatur ............................................................................................................................................. 37

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schraubstation x-bolt .................................................................................................... 3

Abbildung 2: Aufruf der Arbeitsumgebung DMU Kinematics [2] ................................................... 4

Abbildung 3: Symbolleiste "DMU Kinematics" [2] ............................................................................ 5

Abbildung 4: Symbolleiste "DMU Kinematics" und davon abkoppelbare Symbolleisten [2] ..... 5

Abbildung 5: Symbolleiste "Simulation" [2] ....................................................................................... 6

Abbildung 6: Symbolleiste "Kinematische Verbindungen" [2] ........................................................ 6

Abbildung 7: Symbolleiste "Generische Animation" [2] .................................................................. 7

Abbildung 8: Symbolleiste für komplexe Bewegungsabläufe [2]................................................... 7

Abbildung 9: Symbolleiste für Sequenzen [2] .................................................................................. 8

Abbildung 10: Symbolleiste "Automatische Überschneidungserkennung" [2] ............................ 8

Abbildung 11: Symbolleiste "Kinematik-Aktualisierung" [2] ........................................................... 8

Abbildung 12: Symbolleiste "3D-Analyse für digitale Modellerstellung" [2] ................................. 8

Abbildung 13: Definition der Festkomponente und Mechanismuserstellung [2] ......................... 9

Abbildung 14: Kinematische Verbindungen [2] .............................................................................. 12

Abbildung 15: Dialogfenster zur Erzeugung einer Verbindung [2] .............................................. 13

Abbildung 16: Arbeitsschritte bei der "Simulation mit Befehlen" [2] ........................................... 14

Abbildung 17: Dialogfenster "Formeln" [2] ...................................................................................... 15

Abbildung 18: Dialogfenster "Formeleditor" [2] .............................................................................. 15

Abbildung 19: Arbeitsschritte bei der "Simulation mit Regeln" [2] ............................................... 16

Abbildung 20: Dialogfenster "Simulation umwandeln" [2] ............................................................ 19

Abbildung 21: Taktzeit-Diagramm für die Vorderachse ................................................................ 22

Abbildung 22: Taktzeit-Diagramm für die Hinterachse ................................................................. 23

Abbildung 23: v-s-Diagramm ............................................................................................................ 24

Abbildung 24: Excel-Tabelle: Eingabe der Parameter .................................................................. 25

Abbildung 25: Excel-Tabelle: Beschleunigungs- und Bremswege ............................................. 25

Abbildung 26: Excel-Tabelle: Eingabe der Koordinaten ............................................................... 26

Abbildung 27: Excel-Tabelle: relative Bewegungskoordinaten ................................................... 27

Abbildung 28: Excel-Tabelle: Differenzwege zum jeweiligen Vorgänger ................................... 28

Abbildung 29: Excel-Tabelle: Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten ............................... 29

Abbildung 30: Excel-Tabelle: Berechnung der Taktzeit ................................................................ 31

Abbildung 31: Excel-Tabelle: aufsummierte Zeitwerte ................................................................. 33

Abbildung 32: Excel-Tabelle: Zeit- und Befehlswerte zur Aufnahme in die Textdatei ............. 34

2


1 Einleitung

Bei der im Folgenden beschriebenen Vorgehensweise zur Bewegungssimulation

geht es um den Auftrag 6256 für Fiat Pomigliano.

Die Universalschraubstation x-bolt besteht aus vier einzelnen x-bolt mit folgenden

Einheiten (Mehrachssystem):

Vorderachse Vorne (VA Vorne): x-Einheit, zwei y-Einheiten, Messeinheit,

zwei Schraubeinheiten

Vorderachse Hinten (VA Hinten): x-Einheit, zwei y-Einheiten, zwei Schraubeinheiten

Hinterachse Lagerbock (HA): x-Einheit, zwei y-Einheiten, vier Schraubeinheiten

(Doppelschrauber)

Hinterachse Allrad 4WD (HA): x-Einheit, zwei y-Einheiten, Messeinheit,

zwei Schraubeinheiten

Die einzelnen Einheiten bzw. Module sind erweiterbar und variabel. Das bedeutet,

dass je nach Anforderung, Anzahl und Ausführung der XYZ-Module variieren. [1]

Folgende Abbildung verdeutlicht den Zusammenhang (von links: VA Vorne → VA

Hinten →HA Lagerbock → HA 4WD):

Abbildung 1: Schraubstation x-bolt

Die Schraubstation dient der Verschraubung von Antriebs- und

Fahrwerkkomponenten (Hochzeit). Diese werden mittels Fördertechnik und Paletten

längs oder quer in die Schraubstation transportiert. [1]

Ziel der Aufgabe war die Ermittlung der Taktzeit mithilfe einer Excel-Tabelle und die

Darstellung der damit verbundenen Bewegungssimulation am PC.

Die Simulation erfolgt mit dem DMU Kinematik-Simulator von CATIA V5.

3


2 Vorstellung des DMU Kinematik-Simulators

In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Grundlagen des Kinematik-Simulators

vorgestellt. Hilfreich ist das Buch „Bewegungssimulation mit CATIA V5 – Grundlagen

und praktische Anwendung der kinematischen Simulation“ von Jan Meeth und

Michael Schuth. Zu empfehlen sind ebenfalls Online-Hilfe und das Forum unter

www.albrecht-konstruktion.de/catia-forum/.

Die Kinematik als ein Teilgebiet der Mechanik beschäftigt sich mit dem

geometrischen und zeitlichen Bewegungsablauf, ohne dass auf Kräfte als Ursache

oder Wirkung der Bewegung eingegangen wird. Mit der Kinetik besteht die

Möglichkeit, die Kräfte zu bestimmen, die die Bewegung verursachen.

Mit dem DMU Kinematik-Simulator (DMU Kinematics) werden Bewegungen

dargestellt und analysiert. Er gehört damit zum Teilgebiet des Digital-Mock-Up.

Es können neben der Darstellung von Baugruppenbewegungen und

Bewegungsabläufen auch Translationsvolumina oder Verlaufslinien ermittelt werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit der kinematischen Analyse von

Baugruppenbewegungen. [2]

Nachfolgende Abbildung zeigt, wo die Arbeitsumgebung DMU Kinematics zu finden

ist:

Abbildung 2: Aufruf der Arbeitsumgebung DMU Kinematics [2]

4


2.1 Die Symbolleisten

2.1.1 Die Symbolleiste „DMU Kinematics“

Die Symbolleiste „DMU Kinematics“ (Abbildung 3) enthält alle Funktionen, die zur

Definition des Getriebes und der Simulation notwendig sind.

Abbildung 3: Symbolleiste "DMU Kinematics" [2]

Die von der Symbolleiste „DMU Kinematics“ abkoppelbaren Symbolleisten stellt

nachfolgende Abbildung dar:

Abbildung 4: Symbolleiste "DMU Kinematics" und davon abkoppelbare Symbolleisten [2]

[2]

5


2.1.2 Die Symbolleiste „Simulation“

Mit dieser Symbolleiste (Abbildung 5) werden die beiden Simulationsmodi

„Simulation mit Befehlen“ und „Simulation mit Regeln“ aufgerufen.

Bei der „Simulation mit Befehlen“ kann kein Zusammenhang zwischen dem Befehl

und der Zeit hergestellt werden. Lediglich bei der „Simulation mit Regeln“ besteht der

Zusammenhang zwischen der Regel und der Zeit. Dabei kann auch ein

Zusammenhang mit einer Formel hergestellt werden. [2]

Abbildung 5: Symbolleiste "Simulation" [2]

2.1.3 Die Symbolleiste „Kinematische Verbindungen“

Mit dieser Symbolleiste (Abbildung 6) können die verschiedenen Verbindungstypen

angewählt werden, mit denen die Teile eines Mechanismus kinematisch verbunden

werden. [2]

Abbildung 6: Symbolleiste "Kinematische Verbindungen" [2]

6


2.1.4 Die Symbolleiste „Generische Animation“

Mit der Symbolleiste „Generische Animation“ werden die Funktionen

Translationsvolumen und Verlaufslinie aufgerufen. Wie in Abbildung 7 dargestellt,

können drei weitere Symbolleisten abgekoppelt werden:

Abbildung 7: Symbolleiste "Generische Animation" [2]

Die erste abkoppelbare Symbolleiste enthält die Funktionen „Bearbeiten von

Simulationen“, „Simulation umwandeln“ und „Wiedergabe“:

Abbildung 8: Symbolleiste für komplexe Bewegungsabläufe [2]

Diese Symbolleiste ist nützlich für komplexe Bewegungsabläufe. [2]

7


2.1.5 Symbolleiste für Sequenzen

Mithilfe dieser Symbolleiste werden Sequenzen editiert und wiedergegeben. Somit

können verschiedene unterschiedliche Mechanismen miteinander verbunden

werden. [2]

Abbildung 9: Symbolleiste für Sequenzen [2]

2.1.6 Die Symbolleiste „Automatische Überschneidungserkennung“

Diese Symbolleiste (Abbildung 10) bietet die Möglichkeit, Kollisionen zwischen den

Bauteilen während einer Simulationswiedergabe zu erkennen. Die Symbole stellen

Schalter dar, von denen immer einer aktiviert werden kann. Danach kann die

Simulation gestartet werden. [2]

Abbildung 10: Symbolleiste "Automatische Überschneidungserkennung" [2]

2.1.7 Die Symbolleiste „Kinematik-Aktualisierung“

Die Symbolleiste „Kinematik-Aktualisierung“ bietet die Funktionen zum Aktualisieren,

Zurücksetzen und Importieren von Mechanismen.

Mit der Funktion „Position zurücksetzen“ besteht die Möglichkeit, die aktuelle Position

eines simulierten Mechanismus auf eine vorherige Position zurückzusetzen. [2]

Abbildung 11: Symbolleiste "Kinematik-Aktualisierung" [2]

2.1.8 Die Symbolleiste „3D-Analyse für digitale Modellerstellung“

Diese Symbolleiste bietet wiederrum die Möglichkeit, Überschneidungen zwischen

zwei kinematischen Produkten festzustellen, sowie Abstands- und Bandanalysen

durchzuführen. [2]

Abbildung 12: Symbolleiste "3D-Analyse für digitale Modellerstellung" [2]

8


2.2 Erste Schritte bei der Mechanismuserzeugung

In diesem Abschnitt werden die Grundlagen vorgestellt, die benötigt werden, um

einen Mechanismus zu erzeugen:

Schritt 1: Definition der Festkomponente und Erstellung eines neuen

Mechanismus

Zunächst muss das Icon „Fixiertes Teil“ aufgerufen werden, um ein Bauteil als

Festkomponente (Gestell) zu definieren. Danach wird der Schalter „Neuer

Mechanismus“ aufgerufen und im darauffolgenden Dialogfenster der Name

des Mechanismus definiert. Es kann nun das zu fixierende Bauteil im

Geometriebereich oder im Spezifikationsbaum aufgerufen werden.

Nachfolgende Abbildung stellt die Vorgehensweise dar:

Abbildung 13: Definition der Festkomponente und Mechanismuserstellung [2]

9


Schritt 2: Erstellen der Verbindungen

Nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die auswählbaren

Verbindungstypen :

10


11


Abbildung 14: Kinematische Verbindungen [2]

Nach Aufruf der entsprechenden Funktion erscheint folgendes Dialogfenster:

12


Abbildung 15: Dialogfenster zur Erzeugung einer Verbindung [2]

Je nach Anzahl der Antriebe, wird bei jeder Antriebsverbindung der Befehl

„Abhängiger Winkel“ bzw. „Abhängige Länge“ markiert. CATIA erstellt

damit einen entsprechenden Eintrag im Spezifikationsbaum unter der Rubrik

„Befehle“.

Wird in einem Dialogfenster ein Offset vorgeschlagen, sollte dieser Wert durch

Markieren des Optionsfeldes übernommen werden. Dadurch bleiben die

korrekt positionierten Bauteile in der richtigen Lage.

Mit der Funktion „Umwandlung von Baugruppenbedingungen“ können die

Verbindungen auch automatisch durch Betätigen des Schalters „Autom

Erzeugen“ erzeugt werden. Dazu werden in der Arbeitsumgebung Assembly

Design die Bauteile zueinander positioniert, miteinander verbunden und ggf.

gruppiert. Wichtig hierbei ist, dass nach der Erstellung der Verbindungen, die

entsprechenden Antriebsverbindungen durch Doppelklick aufgerufen werden

und der Befehl „Abhängiger Winkel“ oder „Abhängige Länge“ markiert wird.

Hinweis:

Unter „Bearbeiten → Darstellungen → …“ muss für die Baugruppe

der Entwurfsmodus eingestellt werden.

Nach erfolgreicher Verbindungserstellung erscheint ein Dialogfenster mit der

Information „Der Mechanismus kann simuliert werden“. [2]

2.3 Simulation mit Befehlen

Nach der Erstellung eines simulierbaren Mechanismus kann der erste der beiden

Simulationsmodi angewendet werden. Es ist die „Simulation mit Befehlen“, wobei zu

beachten ist, dass bei dieser Simulationsart kein Zusammenhang zwischen einem

Befehl (oder dem Antrieb) und der Zeit vorliegt.

Die Arbeitsschritte werden in nachfolgender Abbildung erläutert:

13


Abbildung 16: Arbeitsschritte bei der "Simulation mit Befehlen" [2]

Wird mit mehreren Mechanismen gearbeitet, muss vor dem Starten der Simulation

der gewünschte Mechanismus eingestellt werden.

Darunter werden alle Antriebsbefehle angezeigt, deren Verfahrwege über die

Schieberegler, die Pfeiltasten oder die Tastatur eingestellt werden.

Die „Simulation auf Anforderung“ muss nach Einstellen des Befehlswertes über die

Videoschaltfläche „Start“ aktiviert werden. Danach kann zwischen sechs weiteren

Videoschaltflächen gewählt werden.

Je größer die Anzahl der Schritte eingestellt wird, desto langsamer wird die

Bewegungssimulation dargestellt. [2]

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die dargestellte Bewegungszeit im Kinematik-

Modul relativ ist und nicht absolut. Es werden durch Regeln oder Formeln nur

Verhältnisse zwischen den einzelnen Bewegungen aufgebaut, um eine Relation zu

bestimmen.

Die dargestellte Bewegungszeit ist abhängig von:

der Leistung des Rechners:

→schneller Rechner, schnelle Zeit

der zu bewegenden Datenmenge:

→kleines Modell, schnelle Zeit

der Berechnungsgenauigkeit:

→viele Schritte, langsame Zeit

→wenige Schritte, schnelle Zeit [3]

14


2.4 Simulation mit Regeln

Bei der „Simulation mit Regeln“ ist der Befehl oder der Antrieb von der Zeit nun

abhängig. Somit besteht eine zusätzliche zwingende Voraussetzung darin, eine oder

mehrere Regeln zu erzeugen, die eine Beziehung zwischen mindestens einem

Befehl und dem Zeitparameter herstellen. [2]

2.4.1 Manuelles Erstellen einer Regel

Mithilfe der nächsten beiden Abbildungen wird die Vorgehensweise erklärt:

Abbildung 17: Dialogfenster "Formeln" [2]

Abbildung 18: Dialogfenster "Formeleditor" [2]

15


Notwendig sind nachstehende Arbeitsschritte (Icon „Formel“):

1. Filtertyp auswählen.

2. Parameter markieren.

3. Schalter „Formel hinzufügen“ anklicken

→ der Formeleditor wird geöffnet (oder Doppelklick auf den Parameter).

4. im Datenverzeichnis „Parameter“ anwählen.

5. unter Parameter „Zeit“ anwählen.

6. Doppelklick auf „…\KINTime“.

7. im Eingabefenster hinzufügen:

z.B.: „/90s*1mm“ → Dauer des Mechanismus von 90s

→ *1mm: Angleichung der Einheit

„/1s*360deg“ → eine Umdrehung pro Sekunde

Im nächsten Schritt kann mit der Simulation begonnen werden (Icon „Simulation

mit Regeln“).

Abbildung 19: Arbeitsschritte bei der "Simulation mit Regeln" [2]

[2]

16


2.4.2 Regelerzeugung aus einer vorhandenen Skizze

Eine Regel kann auch mit einer einfachen Skizze erzeugt werden. Die Skizze sollte

in einem CATPart-Dokument enthalten sein, das in das Produkt des Mechanismus

eingefügt wird. Die horizontale Koordinate entspricht der kinematischen Zeit, die

vertikale Koordinate dem Befehlswert. Dabei ist es nicht notwendig, die Achsen zu

zeichnen. Lediglich müssen die Kurvenzüge bemaßt werden.

Nun wird durch Doppelklick der entsprechende Befehl des Mechanismus im

Strukturbaum aufgerufen. Es erscheint das Dialogfenster „Befehlsbearbeitung“, in

dessen auf die Schaltfläche „Verknüpfen“ geklickt wird. Es erscheint ein weiteres

Dialogfenster mit dem Namen „Skizzenauswahl“. Die gewünschte Skizze wird im

Strukturbaum ausgewählt. Diese wird daraufhin im entsprechenden Feld angezeigt.

Durch Klicken auf die OK-Schaltfläche im Dialogfenster „Skizzenauswahl“ wird eine

neue Kinematikregel im Strukturbaum unter „Regeln“ erstellt.

Die Regel des Befehls ist nun von der ausgewählten Skizze abhängig.

Ein entsprechender Eintrag im Strukturbaum wird nicht nur unter „Regeln“ erzeugt,

sondern auch unterhalb der vorhandenen Bauteile als neues Teil (verdecktes

CATPart). [3], [4]

2.4.3 Regelerzeugung aus einer vorhandenen Textdatei

Die Regelerzeugung aus einer vorhandenen Textdatei ist bei umfangreichen

Baugruppen bzw. bei Simulationen mit sehr vielen Antrieben die effektivste Methode

eine Simulation zu erzeugen.

Der entsprechende Befehl wird im Strukturbaum durch Doppelklick aufgerufen. Im

erscheinenden Dialogfenster „Befehlsbearbeitung“ wird die Schaltfläche „Importieren“

angeklickt und die gewünschte Datei zum Definieren der Regel ausgewählt.

Nach Anklicken der Schaltfläche „Öffnen“, erscheint das Dialogfenster „Regeldatei

importieren – Ergebnis“. Durch Betätigen der Schaltfläche „Regeln anzeigen“, wird

die neue Regel grafisch dargestellt.

Ein entsprechender Eintrag im Strukturbaum wird auch hier nicht nur unter „Regeln“

erzeugt, sondern auch unterhalb der vorhandenen Bauteile als neues Teil

(verdecktes CATPart).

Hinweis:

Bei jedem neuen Aufruf der Simulationsdatei, müssen zur Aktivierung

vor dem Starten der Simulation die oben beschriebenen CATParts

jeweils zweimal doppelt angeklickt werden.

[4]

17


Ein Beispiel für eine Textdatei zeigt nachfolgendes Schriftbild:

// Law for Befehl.1

// ------------------------

*Columns = *TIME, Befehl.1

*Interpolation=polyline,spline

*Unit=mm

*Yscale=1

0,00 0

14,00 0

15,98 -502,7

16,98 -502,7

18,95 0

19,85 0

21,31 0

45,81 0

47,28 0

49,00 0

53,00 0

Zur Erläuterung:

Textdatei-Kopf:

Die ersten beiden Zeilen sind Kommentar-Zeilen, beginnend mit jeweils einem

Doppelslash. Sie haben keinen Einfluss auf CATIA.

Mit der dritten Zeile „Columns“ werden die Spalten konfiguriert. Hier im

Beispiel stellt die erste Spalte die Zeitwerte dar, die zweite Spalte die

Befehlswerte (Verfahrwege).

In der vierten Zeile kann die Interpolation der jeweiligen Spaltenwerte

vorgenommen werden.

Die Einstellung der Einheiten (außer der Zeiteinheit) kann mit der fünften Zeile

„Unit“ vorgenommen werden.

In der letzten Zeile „Yscale“ wird der Skalierungsfaktor für die Befehlswerte

eingestellt.

Auflistung der Zeit- und Befehlswerte:

Bei der Auflistung der Zeit- und Befehlswerte ist es wichtig, dass zwischen den

Spalten immer ein Tabstop besteht.

Des Weiteren muss der letzte Zeitwert ganzzahlig sein.

Es ist auch möglich mehrere Befehlswert-Spalten aufzulisten. Dann muss der

Textdatei-Kopf entsprechend erweitert werden.

[3], [4]

18


2.5 Bearbeiten von Simulationen

Die Bearbeitungsfunktion ist bei umfangreichen Simulationen weniger von

Bedeutung, kann jedoch bei weniger umfangreichen Simulationen mit ein oder zwei

Antrieben (Befehlen) nützlich sein.

Die Bearbeitungsfunktion wird über das Icon „Simulation“ aufgerufen und es

können verschiedene Werte für den Befehl oder die Zeit und damit verschiedene

Positionen eines kinematischen Mechanismus aufgezeichnet werden.

Vorgehensweise:

1. Einstellen eines Befehlswertes

2. Schalter „Einfügen“ im Fenster „Simulation bearbeiten“ anklicken

3. Schritte 1-2 für weitere Befehlswerte wiederholen

4. Weitere Steuerung über die Videoschaltflächen:

→ Sprung zum Start

→ Schleifenmodus einstellen

→ Interpolationsschritt einstellen (empfohlen: 0,01)

→ Wiedergabe vorwärts

[2]

2.6 Erstellen einer Animationsdatei

Zur Erstellung einer Animationsdatei, müssen zunächst eine oder mehrere

Simulationen erstellt werden (Icon „Simulation“).

Danach wird durch einen Klick auf das Icon „Simulation umwandeln“ die

Animationsdatei erstellt. Mithilfe der folgenden Abbildung werden die einzelnen

Schritte erläutert:

Abbildung 20: Dialogfenster "Simulation umwandeln" [2]

19


1. „Generieren einer Animationsdatei“ auswählen (wahlweise kann auch eine

einfache Wiedergabe generiert werden, die jedoch nur in CATIA abspielbar

ist).

2. Einstellung „Microsoft VFW Codec“ oder „DirectShow Filter“ wählen.

3. Dateiname… → Speicherort wählen → Dateiname eingeben → Speichern.

4. Simulation auswählen.

5. Den empfohlenen Wert von 0,01 einstellen (Wiedergabegeschwindigkeit

niedrig).

6. Das Generieren mit OK starten.

7. Die erstellte Datei auf einem externen Player abspielen. [2]

Bei einer erstellten Sequenz oder einer erstellten Simulation können auch folgende

Arbeitsschritte vorgenommen werden:

1. Erstellte Sequenz oder Simulation markieren.

2. Tools → Simulation → Video generieren.

3. Einstellung „Microsoft VFW Codec“ oder „DirectShow Filter“ wählen.

4. Dateiname… → Speicherort wählen → Dateiname eingeben → Speichern.

5. ggf. Abtasttakt einstellen (empfohlen 0,1s).

6. Schaltfläche OK drücken.

7. Video mit einem externen Player abspielen. [3]

2.7 Automatische Überschneidungserkennung

Beim Drücken auf das Icon „Simulation mit Befehlen“ oder „Simulation mit

Regeln“ erscheint das Dialogfenster „Kinematiksimulation“. Innerhalb dieses

Fensters können „Sensoren“ aktiviert werden. Dies hat zur Folge, dass ein

Dialogfenster „Sensoren“ erscheint. Im linken unteren Bereich dieses Fensters sind

verschiedene Möglichkeiten für die Kollisionsanalyse vorhanden:

Überschneidungserkennung AUS

Überschneidungserkennung EIN

Überschneidungserkennung STOPP

2.8 Erstellen einer Sequenz

Mit einer Sequenz werden z.B. zwei Mechanismen miteinander verknüpft. Die

Sequenz wird durch Klicken auf das Icon „Sequenz bearbeiten“ erstellt. Durch

Ziehen der gewünschten Aktionen in das Feld „Aktion in Sequenz“ kann eine

bestimmte Simulationsreihenfolge gestaltet werden. Diese Reihenfolge kann auch

noch durch die Schaltflächen unterhalb des Feldes beliebig modifiziert werden.

Des Weiteren ist die Symbolleiste „Wiedergabegerät“ vorhanden.

Nach Anklicken des Icons „Parameter“ in dieser Symbolleiste, erscheint das

Dialogfenster „Parameter für das Wiedergabegerät“. In diesem Fenster kann der

Abtasttakt festgelegt werden, so dass die Simulation in Schritten des eingestellten

Wertes abläuft. Optional kann auch eine Wartezeit eingestellt werden, mit der

festgelegt wird, wie schnell die Simulation angezeigt werden soll.

Sind beide Parameter nicht ausgewählt, wird eine Sekunde der Simulation in einer

Sekunde der Echtzeit angezeigt.

20


Um eine schnellere Anzeige der Simulation zu erreichen, werden die Wartezeit auf

einen kleineren Wert und der Abtasttakt auf einen größeren Wert gestellt. [4]

3 Projektbeschreibung

3.1 Vorgaben

Folgende Taktzeit-Diagramme von Herr Frank Morawietz dienten als grobe Vorlage:

21


Abbildung 21: Taktzeit-Diagramm für die Vorderachse

22


Abbildung 22: Taktzeit-Diagramm für die Hinterachse

23


3.2 Excel-Tabelle zur Ermittlung der Taktzeit

Die Excel-Tabelle dient zur Ermittlung der Taktzeit und zur Ermittlung der Zeit- und

Befehlswerte für CATIA. Für jeden einzelnen x-bolt wird eine eigene, für sich

stehende, Excel-Tabelle erzeugt.

Aufgrund der Tatsache, dass die Tabelle horizontal aufgezogen ist, wird sie in Form

von kleineren Auszügen erläutert. Diese beziehen sich im Folgenden auf die

Hinterachse HA_4WD.

3.2.1 Einstellen der Parameter

Im ersten Teil der Excel-Tabelle (Reiter „Zeittabelle“) werden die Parameter wie

Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung eingegeben. Den

Bewegungen kann die sog. „Rampenform“ (v-s-Diagramm) zugeordnet werden.

Folgende Abbildung zeigt den Zusammenhang:

Abbildung 23: v-s-Diagramm

Es folgt der erste Auszug aus der Excel-Tabelle:

24


Abbildung 24: Excel-Tabelle: Eingabe der Parameter

Eingabewerte sind in der Tabelle blau hinterlegt. Die Beschleunigungs- und

Bremswege für die Maxima und Minima der Geschwindigkeitsfunktion v(s) sehen

folgendermaßen aus:

Abbildung 25: Excel-Tabelle: Beschleunigungs- und Bremswege

Wie in Abbildung 25 zu sehen ist, kann auch eine Betrachtung nur mit konstanter

Geschwindigkeit durchgeführt werden. Dann ist die Ziffer 1 einzugeben, und alle

weiteren Excel-Werte werden angepasst.

Zugrundegelegt wird das Weg-Zeit-Gesetz der gleichmäßig beschleunigten

geradlinigen Bewegung:

1 2

s a

t (1)

2

Durch Differentiation erhält man das Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz:

v a

t (2)

25


v

t (3)

a

(3) in (1):

s

2

1 v

2 a

2

1 vmax

sBeschl

, 2 aBeschl

2

1 vmax

sBrems

, 2 aBrems

(4)

3.2.2 Eingabe der absoluten Koordinaten

Die nachstehende Abbildung zeigt die Eingabe der absoluten Koordinaten. Diese

Koordinaten entsprechen, bis auf die Z-Koordinaten, den Angaben von Fiat

(Voraussetzung: genaue Baugruppenausrichtung). Die Z-Koordinaten sind relativ

und werden in der Baugruppe ausgemessen.

Abbildung 26: Excel-Tabelle: Eingabe der Koordinaten

Die leeren Zeilen werden jeweils automatisch ausgefüllt. Diese mussten eingefügt

werden, um beim Zeit-Abgleich auch die Wartezeit zu berücksichtigen. Die Wartezeit

bezieht sich z.B. auf die Zeit, in der eine Einheit (Achse) stillsteht, währenddessen

eine andere Achse verfährt oder schraubt. Darauf wird in der weiteren

Dokumentation noch genauer eingegangen.

26


3.2.3 Berechnung der relativen Koordinaten für CATIA

Im Kinematik-Modul muss die Startposition als Nulllage definiert werden. Aus diesem

Grund muss von der aktuellen Position die jeweils letzte Position subtrahiert werden.

Man erhält somit die relativen Koordinaten:

Abbildung 27: Excel-Tabelle: relative Bewegungskoordinaten

27


3.2.4 Berechnung der Differenzwege

Folgender Auszug gibt einen Überblick über die jeweiligen Differenzwege zum

Vorgänger:

Abbildung 28: Excel-Tabelle: Differenzwege zum jeweiligen Vorgänger

28


3.2.5 Berechnung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten

In Abbildung 29 werden die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten für die X-

Achsen berechnet. Wie in Abschnitt 3.1.1 beschrieben, wird die sog. „Rampenform“

zugrunde gelegt. Analog dazu werden die Zeiten für die restlichen Achsen berechnet.

Abbildung 29: Excel-Tabelle: Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten

Formatiert man die Zellen und definiert mehr Nachkommastellen, werden noch

genauere Werte errechnet, vor allem dort, wo die Zahl 0,00 steht.

29


Erläuterung der errechneten Werte:

1. Beschleunigen und Verzögern:

Es gilt: Gesamtweg s

ges

s

Beschl

s

Verfahr

s

Brems

v

Wenn sges

sBeschl

sBrems

, dann gilt: t

a

Wenn sges

sBeschl

sBrems

, dann muss der vorhandene Weg anteilig

aufgeteilt werden:

Es gilt dann:

v v

Beschl

Brems

Mit Gleichung (2) folgt:

a

Beschl

t

Beschl

a

Brems

t

Brems

aBeschl

tBrems

tBeschl

(5)

a

Brems

Es gilt:

s

ges

s

Beschl

s

Brems

Mit Gleichung (4) folgt:

s

ges

1

2 1

2

aBeschl

tBrems

aBrems

tBrems

(6)

2

2

(5) in (6) und aufgelöst:

t

Beschl

a

2

s

Beschl

a

ges Brems

2

aBrems

aBeschl

2. Verfahren:

Es gilt:

s v t

t

Verfahr

s

v

Verfahr

max

30


3.2.6 Zeit-Abgleich und Berechnung der Taktzeit

Der folgende Tabellen-Auszug dient der Berechnung der genauen Zeitpunkte für die einzelnen Achsen. Diese Zeitpunkte werden im

nächsten Schritt in einer weiteren Abbildung dann aufsummiert. Des Weiteren wird die Taktzeit ermittelt.

Abbildung 30: Excel-Tabelle: Berechnung der Taktzeit

31


Die Werte der Spalten „Wartezeit in [s]“ und „Schraubzeit in [s]“ sind mit blauer Farbe

hinterlegt. Das bedeutet, dass diese Werte Eingabewerte sind.

Die horizontal aufsummierten Zeitwerte stehen in der Spalte „Zeit in [s]“ und die

jeweilige maximale Verfahrzeit, die sich aus dem Maximum der horizontalen

Verfahrzeiten ergibt, steht in der Spalte „Max(Verfahrzeiten)“.

Zeit-Abgleich für die einzelnen Achsen:

Wie in Abbildung 30 zu erkennen, sind auch die Leerzeilen ausgefüllt. Der

Leerzeilen-Wert errechnet sich am Beispiel „Lifting up measuring pin“ wie

folgt:

1,87s (Wert aus Spalte „Zeit in [s]“) – 0,00s (Wert aus Spalte „txges“) = 1,87s

Analog errechnen sich alle weiteren Werte.

Bei den Leerzeilen-Werten können zwei Fälle unterschieden werden, welche

auch die Notwendigkeit dieser Zeilen erklären:

Fall 1:

Fall 2:

Eine auserwählte Achse muss warten, bis sie ihr Startbefehl

zum Verfahren erhält.

→ Die entsprechende Wartezeit ergibt sich aus den

maximalen Verfahrzeiten und den Zeiten aus „Warten

und Schrauben“

Eine auserwählte Achse besitzt eine kürzere Verfahrzeit

als die anderen

→ Die entsprechende Wartezeit ergibt sich aus obiger

Rechnung

Berechnung der Taktzeit:

Die Taktzeit errechnet sich durch Aufsummieren der Zeitwerte der Spalte „Zeit

in [s]“.

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3.2.7 Aufsummierung der Zeitwerte

Nachstehende Abbildung bezieht sich auf die X-Achse:

Abbildung 31: Excel-Tabelle: aufsummierte Zeitwerte

Die Spalte „txges“ (Verfahrzeit) aus Abbildung 30 wurde kopiert und wie in Abbildung

31 zu sehen ist, entsprechend platziert. In der nächsten Spalte von Abbildung 31

werden nun die genauen Zeitpunkte aufsummiert.

Die Spalte der genauen Werte für Catia ist so programmiert, dass beim Auftreten

von 0,00s in der Spalte „Zeitpunkt genau“, der Wert für Catia nicht genommen wird.

Wenn die jeweilige Achse nicht verfährt (Wartezeit), gilt der Leerzeilen-Zeitwert.

Analog wird die oben beschriebene Aufsummierung für alle weiteren Achsen

durchgeführt.

33


3.2.8 Aufnahme der Werte für die Textdatei

Wie bereits in Abschnitt 2.4.3 erwähnt, ist die Regelerzeugung aus einer

vorhandenen Textdatei am Effektivsten. Aus diesem Grund müssen die

entsprechenden Zeit- und Befehlswerte in Excel bereitgestellt werden.

In der Excel-Datei sind dafür entsprechende „Reiter“ für die einzelnen Achsen

konfiguriert worden.

Nachfolgende Abbildung stellt die Werte, welche unter dem Reiter „Weg-Zeit-X“ zu

finden sind, dar:

Abbildung 32: Excel-Tabelle: Zeit- und Befehlswerte zur Aufnahme in die Textdatei

Abbildung 32 stellt die aus dem Reiter „Zeittabelle“ kopierten Zeit- und Befehlswerte

dar. In der rechten Hälfte dieser Abbildung sind alle notwendigen Werte

chronologisch, ohne die Werte, die nicht genommen werden dürfen, aufgelistet.

Der letzte Zeitwert muss aus Verarbeitungsgründen im Kinematik-Modul zu einer

ganzen Zahl aufgerundet werden.

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3.3 Vorgehensweise bei der Erstellung der Simulation

3.3.1 Erstellung der Unterbaugruppen

Die einzelnen x-bolt waren schon als Unterbaugruppen vorhanden. Es werden

jeweils die Bauteile ausgeblendet, die nicht zur jeweiligen Achse dazugehören.

Bei der Fertigstellung der jeweiligen Achse als nochmalige Unterbaugruppe wird

folgendermaßen vorgegangen:

→ Tools → CATPart aus Produkt generieren… → Abspeichern der Unterbaugruppe

als neue Achse.

Dieses Verfahren wird für jede Achse angewandt.

3.3.2 Baugruppenerzeugung und Definition der Ausgangsstellung

Nachdem alle 24 Achsen abgespeichert sind, werden die einzelnen Achsen,

einschließlich der Palette, nun über Baugruppenbedingungen zusammengebaut. Es

muss darauf geachtet werden, dass die einzelnen Verfahrwege für die spätere

Simulation nicht eingeschränkt werden. Die einzelnen Bewegungsrichtungen sind

somit als Freiheitsgrad definiert.

Des Weiteren müssen die Ausgangsstellungen der Achsen in Z-Richtung über die

konstruktiv vorhandenen Anschläge definiert werden. Für die Ausgangsstellungen in

X- und Y-Richtung gilt die jeweilige erste Schraubposition. Dabei hilfreich ist das

„Versetzen-Tool“ oder das „Verschieben- oder Drehen-Tool“ von CATIA.

Als Werkstück- bzw. Aggregateträger werden die Palette (und das X-Fahrbett) am

Fahrzeug-Koordinatensystem (Ursprung), welches der Automobilhersteller festlegt,

ausgerichtet.

3.3.3 Verbindungserstellung

Mit der Funktion „Umwandlung von Baugruppenbedingungen“ werden die

prismatischen Verbindungen automatisch, analog nach der Vorgehensweise in

Abschnitt 2.2, erzeugt. Somit kann der erzeugte Mechanismus simuliert werden.

Hinweis:

Um die Palette zu verfahren, muss ein zweiter Mechanismus erzeugt

werden. Um einen zweiten Koordinaten-Ursprung zu erzeugen, wird ein

leeres CATPart angelegt und in die Baugruppe geladen. Dieser

Ursprung richtet sich automatisch am Fahrzeug-Koordinatensystem

aus und stellt das zu fixierende „Bauteil“ dar.

3.3.4 Regelerzeugung

Analog zu Abschnitt 2.4.3 werden die Regeln aus den erstellten Textdateien erzeugt.

Von Vorteil ist, die erzeugten Regeln nicht umzubenennen, denn bei evtl. Korrektur

der Dateien würden somit Schwierigkeiten beim neuen Hereinladen dieser Dateien

auftreten.

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3.3.5 Sequenz

Nun kann, wie in Abschnitt 2.8 beschrieben, eine Sequenz erstellt und die

Simulation mit dem Wiedergabegerät abgespielt werden oder eine Animationsdatei

erzeugt werden.

Die erstellte Animationsdatei kann über folgenden Link aufgerufen werden:

Video_2_schraeg_Abtasttakt_0,1s_xvid.avi

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4 Literatur

[1] Dürr Flyer x-bolt

[2] Meeth, J. und Bewegungssimulation mit CATIA V5 – Grundlagen

Schuth, M.

und praktische Anwendung der kinematischen

Simulation. 2.,aktualisierte Auflage. München,

Wien: Hanser, 2008

[3] CATIA-Forum www.albrecht-konstruktion.de/catia-forum/

[4] CATIA Online-Hilfe

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Praxissemester_Dominik_Gross_2011

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