Met LEGO® stapelden we steentje voor steentje op elkaar om te Om succesvol Top-Down design toe te passen in Creo zijn een aantal randvoorwaarden van
41 KB – 11 Pages
PAGE – 2 ============
2SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Bij het ontwerpen van nieuwe innovatieve producten met een complexe samenhang van de onderdelen onderling of met een onderscheidend design, ontkomen we al heel wat jaren niet aan de inzet van 3D CAD. De toegevoegde waarde van een model in drie dimensies op het beeldscherm is onmiskenbaar. Een 3D model wordt niet alleen ingezet om een goed beeld te krijgen van het product zelf, maar wordt ook toegepast om simulaties op uit te voeren. Ook kunnen fotorealstische renderingen gemaakt worden, vormholtes van matrijzen worden afgeleid en data gegenereerd voor het aansturen van bewerkingsmachines. Als Pezy Group ontwikkelen we al 25 jaar lang de meest uiteenlopende producten en gebruiken we daarbij vanaf de beginjaren al 3D CAD. In die 25 jaar hebben we ook de mogelijkheden van de CAD-software sterk zien toenemen. We zien echter in de praktijk bij onze klanten dat nog lang niet alle mogelijkheden van de geavanceerde CAD-applicaties worden toegepast, waarmee de productkwaliteit kan worden verbeterd en/of de ontwikkeltijd sterk kan worden gereduceerd. In een serie van whitepapers willen we dieper ingaan op de voor velen nog onbekende mogelijkheden. Omdat we binnen Pezy Group werken met diverse CAD-applicaties zullen we de toepassing dan ook in de verschillende pakketten op uiteenlopende wijze uitleggen. In deze whitepaper verdiepen we ons in het onderwerp Top-Down design. Wat is het en hoe passen we het toe? We behandelen de strategie en m.b.v. voorbeeldcases laten drie CAD-experts een praktijktoepassing zien in Creo , NX en SolidWorks .Wat is Top-Down design? Globaal kunnen we stellen dat in 3D CAD er twee methodes bestaan om producten te ontwerpen. De eerste, veel gebruikte methode herkennen we allemaal uit onze kinderjaren. Met LEGO® stapelden we steentje voor steentje op elkaar om te komen tot de meest fantastische bouwwerken. Makkelijk en simpel, maar wel lastig als de basis bij nader inzien gewijzigd moest worden, bijv. breder of langer. Het was dan een kwestie van afbreken, aanpassen en doorbouwen. Deze methode kennen we als Bottom-Up design . Ook in CAD zien we dat vaak terug. We modelleren een aantal onderdelen en maken de afzonderlijke delen passend aan elkaar na het assembleren. Dit is een prima methode als je praat over enkele onderdelen, maar bij een complexe samenstelling moet je goed je hoofd erbij houden of alles past. Een interference-check (controle op onderdelen die elkaar overlappen) is onmisbaar. Snel en trefzeker ontwerpen van innovatieve producten in 3D CAD CAD heeft in de afgelopen decennia voor een versnelling gezorgd in productontwikkeling. Ontwerpen in 3 dimensies is nu veelal de norm maar de technische mogelijkheden gaan in de nabije toekomst nog verder. Met wat slimme trucs kunnen we echter nu al een stap maken in slimmer CAD gebruik met als gevolg een betere kwaliteit en snellere doorlooptijd.
PAGE – 3 ============
3SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Een andere methode die we binnen Pezy Group vaak gebruiken is de tegenhanger, oftewel Top-Down design . Bij deze methode wordt centraal de informatie vastgelegd die de verschillende onderdelen gemeenschappelijk hebben. Denk hierbij aan interfaces tussen verschillende onderdelen of de vorm van een behuizing die gesplitst is in een bovenzijde en een onderzijde. Door een ‚slimme koppeling™ in CAD zijn de losse onderdelen (de LEGO® steentjes) niet helemaal op zichzelf staand, maar wordt een deel van de geometrie gestuurd door een ander (centraal) onderdeel. Deze methode is bij uitstek geschikt voor het ontwikkelen van producten met complexe onderlinge afhankelijkheden. Ł centraal vast te leggen wordt Form-Fit-Function gegarandeerd ŁHet snel kunnen doorvoeren van wijzigingen waarbij de afzonderlijke onderdelen automatisch aanpassen (immers, het doorvoeren van wijzigingen komt altijd last-minute voor) ŁHet gelijktijdig door meerdere ontwerpteams/ontwerpers werken aan hetzelfde product ŁHet sneller kunnen realiseren van afgeleide varianten In de praktijk hebben we echter ook voorbeelden gezien dat een verkeerde implementatie van Top-Down design leidt tot frustraties en ergernissen, lastig te beheren modellen en een onbedoelde langere doorlooptijd. Vaak is dit terug te leiden tot onbekendheid met de methodiek of zelfs onbekendheid met de mogelijkheden van de CAD-applicatie. Een bewuste keuze voor deze manier van werken én discipline in het werken zijn belangrijk. Top-Down design is een manier van werken die al vele jaren bij Pezy Group wordt toegepast om snel tot kwalitatieve innovaties te komen. Ook hebben we vele klanten ondersteund in het toepassen van deze ontwerpstrategie. Top-Down design en Multibody design Net als de producten waaraan Pezy Group werkt, blijven ook de CAD-applicaties zich ontwikkelen en vernieuwen. Naast de fiklassieke manierfl van Top-Down design zien we dat de Multibody design aanpak steeds vaker wordt toegepast. In NX en SolidWorks wordt al langere tijd gewerkt met het Multibody design principe. Een vergelijkbare methode (Multibody design met solids) is onlangs ook geïntroduceerd in Creo 7. In deze Reader lichten de experts van Pezy Group de Top-Down design en de vergelijkbare Multibody design werkwijze toe. De toepassing binnen verschillende CAD-applicaties wordt nader toegelicht en uiteengezet. Variërend van een high-level en universele aanpak om Top-Down design toe te passen tot en met gedetailleerde CAD-gerelateerde zaken om issues bij de toepassing ervan te voorkomen. Pezy Group is bekend met meerdere CAD-applicaties en werkt onder andere met Creo (PTC), NX (Siemens) en SolidWorks (Dassault).
PAGE – 4 ============
4SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Om succesvol Top-Down design toe te passen in Creo zijn een aantal randvoorwaarden van toepassing. Ten eerste moeten ‚alle™ engineers op de hoogte zijn van deze methodiek en daarin getraind zijn en moet deze manier van werken een gemeenschappelijke en gedragen visie zijn binnen de organisatie (dit is overigens ook van toepassing op de andere CAD-applicaties). Daarnaast moet je uiteraard beschikken over de juiste Creo software opties om Top-Down design toe te kunnen passen. 1. 2. 3. 4. Voer de design-intent door in de Creo structuur 5. Detailleer de afzonderlijke onderdelen Design-IntentDe belangrijkste stap in dit proces (zelfs voordat er iets wordt gemodelleerd in CAD) is het vastleggen wat de design-intent is van het te ontwikkelen product, oftewel hoe functioneert het en welke intelligentie zit opgesloten in het ontwerp of vormgeving. ŁWat zijn de belangrijkste functies van het product? ŁWelke onderdelen bepalen het design of het uiterlijk? ŁIs dit een eenmalig product of een onderdeel van een productfamilie? ŁWat zijn de hoofdafmetingen en in welke maten zijn deze variabel? ŁIs er sprake van subsystemen in het product en hoe zijn deze aan elkaar gerelateerd? ŁMoeten deze subsystemen ook in de toekomst in andere producten worden toegepast? Product Structuur onderverdeeld in subsystemen en wat zijn de onderlinge relaties? Welk subsysteem stuurt een ander subsysteem aan of welke moet los van andere subsystemen zelfstandig worden ontwikkeld, maar ook welke subsystemen zijn overschrijdend, bijv. bekabeling. Skeletons & Assembly structuurDe centrale informatiedrager zoals hierboven in Top-Down design beschreven, heet in Creo een skeleton. Als de structuur Ł ŁGemeenschappelijke geometrische informatie voor onderdelen en (sub)samenstellingen ŁEen space-claim ŁPlaatsingsfeatures voor de losse componenten Daarnaast worden er afspraken gemaakt over het default coördinaat systeem en moeten er keuzes worden gemaakt in de naamgeving, zodat de skeleton(s) herkenbaar zijn in de structuur. Creo fiJe kunt beter ‚voordenken™ dan ‚nadenken™.fl
PAGE – 5 ============
5SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Leg op een slimme manier de koppeling Belangrijke features in Creo met betrekking tot Top-Down Design zijn het ‚Publish Geometry feature‚ en de ‚External Copy Geometry™ feature. De Publish features worden gebruikt om informatie te bundelen die moet worden doorgesluisd naar een lager niveau in de structuur. Een Publish feature bevat een set aan surfaces, curves en referentie features (datums). Om de informatie die is klaargezet in een Publish feature toe te passen in een onderdeel, wordt het External Copy Geometry feature toegepast. Het grote voordeel hiervan is dat alleen het skeleton in het actieve geheugen aanwezig hoeft te zijn en onderdelen werken. wordt een wirwar van ondoorzichtige relaties voorkomen. Creo Top-Down Design in de praktijk Figuur 1: Product structuur Design-intent in de Creo skeletons De laatste belangrijke stap is het inbrengen van de design-intent in het skeleton m.b.v. datum features (points, curves, axis, planes) en surfaces. Overal waar een gemeenschappelijke interface is tussen onderdelen binnen de samenstelling, van verschillende sub-samenstellingen, dan wordt dat vastgelegd op een niveau hoger in de hiërarchie. Door op deze vooraf ‚voordenken™ dan achteraf ‚nadenken™. Voor één van onze klanten heb ik een module ontwikkeld met daarin een metalen frame waarop alle onderdelen gemonteerd worden inclusief de externe kunststof behuizingsdelen. Deze unit is middels Top-Down Design principes opgezet. Alle standaard componenten zijn geplaatst op een coördinatensysteem en het frame is met surfaces vormgegeven. Omdat van deze surfaces later de sheetmetal plaatdelen worden afgeleid, is het belangrijk te weten of je de binnen- of buitenkant modelleert in verband met het aanbrengen van materiaaldikte aan de juiste zijde. Alle aanwezige bevestigingen zijn met de individuele onderdelen wordt m.b.v. een External Copy Geometry deze set aan informatie binnengehaald en kan het onderdeel verder worden gedetailleerd. Nadat de onderdelen zijn uitgewerkt is er een fysiek proto frame gemaakt. Bij de assemblage van het prototype bleek alles zonder problemen eenduidig te passen.
PAGE – 6 ============
6SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Gezien het feit dat bijna alle onderdelen meerdere keren gedurende de ontwikkeling van plaats zijn veranderd met vele framewijzigingen tot gevolg, heeft deze Top-Down design aanpak met een skeleton veel tijd bespaard. Tijd die kon worden besteed aan de kwaliteit van het ontwerp en niet aan het continue aanpassen van de losse afzonderlijke onderdelen en het checken ervan. Eddy Leeuwangh, Creo CAD Specialist Figuur 3: Uiteindelijke samenstelling na detailleren Figuur 2: Skeleton als surface modelFiguur 4: Gedetailleerd part Multibody design in Creo nog echter wel wat voorwaarden om deze Multibody design toe te passen. Zo kunnen bodies nu alleen nog maar bestaan uit Solid Geometry en het werkt alleen nog samen met Windchill 12. In Creo 7 kun je op het moment dat je een Solid Geometry maakt, kiezen of je het wilt toevoegen aan een bestaande body Multibody part. Iedere wijziging van het Multibody part wordt 1 op 1 doorgevoerd in het daaraan gekoppelde afgeleide part. Praktische situaties waarin de Multibody designmethode handiger kan zijn dan een Top-Down design benadering m.b.v. ŁSnel kunnen genereren van diverse concepten; ŁToepassing bij eenvoudige samenstellingen met een beperkt aantal onderdelen met onderlinge afhankelijkheden (soms kan de Top-Down designmethode met het toepassen van skeletons aanvoelen als een overkill); ŁSpuitgiet onderdelen ontwerpen met meerdere materialen en meerdere shots.
PAGE – 8 ============
8SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020 tegen water en vocht te beschermen. In de conceptfase is eerst de architectuur opgezet. Vervolgens zijn de onderdelen zoals weergegeven wordt in Figuur 5. deze onderdelen wordt bestaande geometrie gebruikt om een ander onderdeel te maken. De maten van de basis en de deksel worden nu door een enkele sketch bepaald en de seal wordt versimpeld weergegeven door de randen van de behuizing te extruderen. Ik hoef hem nu nog niet uit te detailleren maar heb al wel de gewenste space-claim. Onderdelen waarvan de positie kan veranderen zoals de inhoud (PCBA en sensor) en aansluitingen (antenne en wartels) worden wel in aparte onderdelen geplaatst, nu nog zonder constraints en links zodat ze makkelijk te verplaatsen zijn. Met deze bouwstenen is de optimale ruimte reservering vastgelegd. Op het moment dat ik vanuit deze initiële opbouw de constructie verder ga uitwerken, heb ik de uit te detailleren onderdelen moment dat er een duidelijke interface ontstaat tussen de onderdelen, bijvoorbeeld een as-gat verbinding, schroefpalen en oplegvlakken, dan kunnen deze ook in de assembly als constraints worden vastgelegd. Het uiteindelijke resultaat wordt in Hier is te zien dat elk onderdeel apart in de assembly staat. Zelfs voor aparte productie stappen zijn separate onderdelen aangemaakt zodat deze stappen te controleren zijn (bijv. de bodem van de behuizing met en zonder optionele gaten). Hilde Seip, NX CAD Specialist Figuur 6: Uitgewerkte onderdelen (exploded view) Figuur 5: Initiële opzetMultibody in NX, een praktijkvoorbeeld
PAGE – 9 ============
9SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020 de hoofd geometrie wordt vastgelegd. Alle afzonderlijke ‚child parts™ die nodig zijn worden gemodelleerd als een aparte body in het ‚design part™. Deze bodies kunnen worden geëxporteerd met de functie ‚save bodies™ naar een nieuw part. In dat nieuwe part begin je dan met een kopie van de body uit het design part. Indien het design part aangepast wordt, dan verandert de kopie van de body in het nieuwe part ook. elkaar moeten aansluiten. Doordat de maten in het design part aan elkaar gelinkt zijn, weet je zeker dat de onderdelen op elkaar passen. Daarbij hoef je je (nog) niet te bekommeren om de assembly structuur. Verkeerde methode? Rampzalige gevolgen! Bovenstaande werkwijze is al lang mogelijk in SolidWorks, maar je moet goed opletten welke methode je gebruikt. Een verkeerde keuze kan uiteindelijk verstrekkende gevolgen hebben. Het gebruiken van de functie ‚insert part™ is niet geschikt om solid bodies over te dragen. De functie ‚Save bodies™ is wél geschikt. Om te begrijpen waarom, is het belangrijk om eerst iets te weten over ‚Geometry ID™s™. Een CAD-model bestaat uit volumes (bodies) en die volumes bestaan op hun beurt uit vlakken (faces), randen (edges) en punten (vertices). Elke body, face, edge en vertex heeft een naam, een ID, zodat het afzonderlijk geselecteerd en bewerkt rand A geselecteerd moet worden en niet rand B of C. plotseling een andere naam heeft. Daardoor kan hij de link met dat vlak verliezen. SolidWorks heeft een soort ingebouwde intelligentie waardoor meestal toch de juiste referentie gevonden wordt. Echter soms gaat het niet goed. Dit kom je bijvoorbeeld snel tegen bij ‚assembly mates™. Er ontstaan dan missing links als je ontwerp veel is veranderd. Dit komt dan vaak omdat de vlakjes, die aan elkaar geknoopt zijn, andere ID™s hebben gekregen. SolidWorks kan ID™s niet meer traceren of doet verkeerde aannames. Als je werkt met een Top-Down methodiek is het heel belangrijk om de juiste methode te gebruiken zodat je zo min mogelijk risico hebt op het ‚verkeerd linken™ van de ID™s. Top-Down design met ‚insert part™ versus ‚save bodies™ insert part aan het ‚child part™ zijn verloren gegaan en er zit niets anders op dan alles opnieuw te doen. Als je de body overhevelt met ‚ Save bodies ™ dan verschijnt er een zogenaamde ‚stock feature™ in de modeltree van het vinden maar kan wél worden bewerkt. Handmatig kan de juiste body ‚SB23™ worden geselecteerd. Het is dus mogelijk de koppeling te repareren en alle werkzaamheden aan het ‚child part™ zullen niet verloren zijn gegaan. SolidWorks fiBelangrijk inzicht: Geometry ID™s zijn in SolidWorks niet altijd stabiel.fl
PAGE – 10 ============
10SNEL EN TREFZEKER ONTWERPEN IN CAD | PEZY GROUP.COM | ©2020Voor een klant van Pezy Group is een kinderwagen ontwikkeld. Dat was een project waar we met meerdere mensen aan werkten en de onderdelen zaten in verschillende ontwerpstadia. Sommige delen waren al uitontwikkeld voor een ander type kinderwagen, terwijl andere delen nog in een concept stadium zaten. De samenstelling moest ook nog eens in- en uitklappen. Al met al behoorlijk wat complexiteit in één model. in- en uitklappen ook gesimuleerd kon worden. Dat klinkt allemaal heel mooi, echter, we waren nog in het stadium dat er nog nieuwe onderdelen werden ontwikkeld. Die aanliepen. Doordat de basis goed was opgezet, was het mogelijk om de verbroken links te repareren zodat er geen werk verloren is gegaan. Mijn ervaring is dat Top-Down design heel handig kan werken als je een hoofdvorm hebt, die uit meerdere onderdelen bestaat. Zeker als er met meerdere mensen gewerkt wordt aan verschillende onderdelen die gelinked zijn aan een hoofdvorm. Naast het gebruiken van de juiste manier om je bodies te exporteren, is het natuurlijk ook belangrijk om je part zo op te bouwen dat het bestand is tegen veranderingen. Dat vraagt om ervaring in het stabiel opzetten van een model. Na eindeloos veel referenties te hebben hersteld weet ik inmiddels behoorlijk goed wat wel stabiel is en wat niet. Stella Weideveld, SolidWorks CAD Specialist Figuur 8: Kinderwagen assemblyFiguur 7: Kinderwagen design˜leTop-Down design in SolidWorks, een praktijkvoorbeeld
PAGE – 11 ============
Zowel bij Creo, NX als SolidWorks is met name Top-Down design een erg handige tool als je met complexe systemen werkt, als er sterke interfaces tussen verschillende onderdelen liggen en als je met meerdere mensen aan deze constructie modelleert. Er zijn ook, zoals in deze Reader naar voren komt, vele combinaties mogelijk. Multibody werkt beter bij het snel opzetten van meerdere concepten naast elkaar in een vroegtijdig stadium en bij kleine samenstellingen. verbetering haalbaar in de kwaliteit van de losse onderdelen. Kwaliteit in de zin van ‚het past altijd™, maar ook in de zin van een heldere structuur in de opbouw waardoor het ook mogelijk is met meerdere mensen aan dezelfde samenstelling te werken. Discipline en goede afspraken blijven van belang. Bovenstaande methodes lijken wellicht omslachtiger dan het essentiële informatie in een centraal skeleton duurt wellicht in het begin iets langer, maar verdient zich met de vele iteraties die plaatsvinden gedurende de ontwikkeling nagenoeg altijd terug. Niet alleen dus in kwaliteit, maar ook in doorlooptijd. Ondanks de vele voordelen zijn er natuurlijk ook kanttekeningen. Deze komen veelal naar voren in de detaillering, immers de maatvoering zit in de designbody of skeleton en is lastiger weer te geven op de productietekening van het afgeleide part. Een ander nadeel zit ook vaak in het hergebruik van onderdelen in andere samenstellingen. De keuze voor het één of ander is dan ook een strategische keuze die goed vooraf doordacht moet worden. Wilt u in uw situatie ook een goed advies hebben wat de mogelijkheden zijn in uw CAD-applicatie? Onze specialisten staan klaar voor het delen van hun ervaring en kennis en kunnen u ook inhoudelijk verder helpen. ConclusiefiTop down design en Multibody design sluiten elkaar niet uit.fl 030 635 4870Graag meer weten? Mail of bel onze expertvoor een afspraak!email onze expert
41 KB – 11 Pages