Bundel 1: Introductie in Model Based Definition

In deze eerste bundel wordt getracht de huidige stand van de MBD technologie in kaart te brengen. De verzamelde kennis rond MBD is zodanig gecentraliseerd en beschreven dat de informatie praktisch en bruikbaar is voor de Vlaamse maakbedrijven. Om dit te realiseren wordt gefocust op de ‘wat’ en ‘hoe’. Hierbij wordt gekeken naar de verschillende begrippen en concepten alsook hoe deze zich vertalen naar de praktijk. Vervolgens worden de geclaimde voordelen onderzocht, de beperkingen in kaart gebracht en de huidige mogelijkheden van de technologie onder de loep genomen.

De maakindustrie ervaart vandaag de dag steeds meer uitdagingen om een prominente rol te spelen in een competitieve internationale markt. De vierde industriële revolutie, waarin automatisatie en digitalisatie van de onderneming centraal staan, is volop bezig. Innovatieve technieken zoals metaal 3D-printen, 3D-lasrobots, 6-assige CNC-machines, autonome voertuigen en assistentie via Augmented Reality (AR) worden steeds performanter en betaalbaar. Producten worden steeds complexer, aanpasbaar, meer modulair,.. Tegelijkertijd worden eisen omtrent ecologie, duurzaamheid en veiligheid voor zowel product als producent alsmaar strenger. Door al deze factoren verandert het werkveld razendsnel.

De klassieke 2D tekeningen zijn zeer tijdsintensief, gevoelig voor menselijke fouten, weinig flexibel en gaan gepaard met gegevensfragmentatie. Ze volstaan dan ook niet langer om te voldoen aan de eisen van een digitale industrie waarin data en automatisatie centraal staan. Model Based Definition (MBD) tracht antwoord te bieden op de nieuwe noden ten gevolge van toenemende product-, tijd-, kostprijs- en automatisatie eisen door de scheiding tussen ontwerp en de rest van de Product Lifecycle volledig weg te werken met behulp van een 3D model dat alle productspecificaties bevat. Dit model wordt de centrale, unieke en complete waarheid doorheen de volledige levenscyclus van het product.

Leden van de gebruikersgroep kunnen hier de volledige bundel lezen.

INTRODUCTIE IN MODEL BASED DEFINITION

Figuur 1: Tijdslijn van producttekeningen

Drawing Based Definition
Historisch gezien werden producten ontworpen in 2D. Eerst rechtstreeks op papier, vervolgens vanuit een digitale omgeving. Alle productinformatie werd dan ook steeds via 2D tekeningen, eventueel met aanvullende documenten, verspreid en gecommuniceerd. Sinds de intrede van 3D CAD pakketten wordt de geometrie in 3D getekend. Vervolgens worden uit dit 3D model een reeks 2D tekeningen afgeleid die finaal van alle vereiste annotaties worden voorzien. De 2D tekening bevat de volledige productdefinitie en is bijgevolg de ‘master’. Om vorm en functie te verduidelijken wordt dit document in bepaalde gevallen aangevuld met het 3D model of bijkomende documenten.

Document Based Definition
Omdat hedendaagse teken-, productie- en inspectiepaketten gebruik kunnen maken van 3D modellen vindt er een verschuiving naar een Model Centric aanpak plaats. Hierbij vormt het 3D model samen met een 2D tekening de volledige product definitie. Deze aanpak zorgt ervoor dat de informatie die reeds in het 3D model omvat zit hergebruikt kan worden. Informatie die niet in het model zit wordt meegegeven in de 2D tekening. Deze opsplitsing van de productdefinitie kan downstream problemen veroorzaken. Meer in het bijzonder wanneer niet elke afdeling of stakeholder voorzien wordt van beide documenten of er gebruik van maakt. Ook wanneer aanpassingen niet consequent doorgevoerd worden in zowel het 3D model als in de 2D tekeningen gaat de eenduidigheid verloren.

Model Based Definition
Het overschakelen naar een geannoteerd 3D model dat de volledige productdefinitie bevat is dan ook een logische stap. Het centraliseren van alle productinformatie kan de workflow optimaliseren en veel van de problemen die zich voordoen in de huidige Document Based Definition reduceren.

Model Based Definition

Figuur 2: Model Based Definition

Model Based Definition (MBD) is een strategie waarbij driedimensionele CAD-modellen voorzien worden van alle informatie die nodig is doorheen de volledige levenscyclus van het product. Dit model wordt de centrale, unieke en complete waarheid waar telkens de benodigde gegevens uit opgehaald kunnen worden.

De informatie wordt zodanig gedefinieerd en volgens een bepaalde structuur, of ontologie, aan het model gekoppeld dat deze eenvoudig te interpreteren is door mens en machine. De MBD-ontologie is een datastructuur die alle relevante entiteiten en hun onderlinge relaties bevat in een hierarchische structuur. Dit framework laat toe om op basis van de beschikbare data en bijhorende regels bijkomende data te genereren en beslissingen te nemen. Het verdwijnen van scheiding tussen ontwerp en afgeleide informatie biedt perspectieven voor het automatiseren van een breed gamma aan taken in de volledige Product Lifecycle (PL).

Concreet beoogd de MBD-technologie volgende doelstellingen te realiseren:

Efficiëntere productiecyclus
Door alle productgegevens eenmalig te definieren en vervolgens in elke stap van de Product Lifecycle opnieuw te gebruiken en waar nodig aan te passen kunnen ontwerp, simulatie, planning, productie, inspectie, data-management en communicatie efficienter verlopen. Bovendien kunnen verschillende stappen uit dit proces (gedeeltelijk) geautomatiseerd worden. Dit vertaalt zich in een lagere productkost en kortere time-to-market. Dit staat in sterk contrast met de traditionele werkwijze waarbij data telkens manueel uit de 2D-tekeningen overgenomen of naar het 3D model teruggekoppeld moet worden.

Gecentraliseerde data
Door het MBD-model als centrale waarheid doorheen de levenscyclus van het product te gebruiken kan in elke stap de informatie opgevraagd, verwerkt en naar het model terugkoppeld worden. Dit zorgt ervoor dat er iedereen met dezelfde gegevens werkt en informatieverlies of fragmentatie vermeden wordt.

Reductie van data-management
Door alle data te centraliseren verdwijnt de scheiding tussen ontwerp en de rest van de Product Lifecycle. Omdat elke stap gebruik maakt van hetzelfde model kan, met behulp van een Product Lifecycle Management (PLM) systeem, de hoeveelheid benodigd data-management sterk gereduceerd worden. Een PLM systeem beheert de vrijgave van de MBD-bestanden, doet aan versiecontrole en tracht een gesloten systeem (closed-loop) te creëeren waarin feedback mogelijk is. Hierdoor kunnen versie-, terugkoppelingsen menselijke fouten vermeden worden.

Altijd up-to-date
Door gegevensfragmentatie ten gevolge van 2D afgeleiden en afzonderlijke databestanden te vermijden kan er, mits het gebruik van een PLM systeem, voor gezorgd worden dat steeds de meest recente versie van het model gebruikt wordt. Dit in tegenstelling tot de traditionele 2D tekeningen die verouderd kunnen zijn en geen terugkoppeling naar het oorspronkelijke model toelaten.

Eenduidig model
In tegenstelling tot 2D-tekeningen waar men beperkt is tot de, door de ontwerper, voorziene aanzichten en maten kunnen MBD-modellen door elke gebruiker naar wens geraadpleegd en onderzocht worden. Dit zorgt ervoor dat fouten ten gevolge van oneenduidigheid of verkeerde interpretatie sterk gereduceerd kunnen worden. Bovendien zullen vorm en maat steeds overeenstemmen doordat deze semantisch aan elkaar gekoppeld zijn. Hiermee kunnen een aantal veel voorkomende problemen bij productie en inspectie uitgesloten worden.

Vereenvoudigd ontwerpproces
Omdat alle gegevens verzameld worden in het 3D model kunnen vorm en maat tegelijk gespecifieerd worden. Door parallel te werken verloopt de bemating sneller en wordt de ontwerper verplicht om bij elke stap ook meteen stil te staan bij de functie en werking van elke geometrie. Bovendien wordt, door in 3D te blijven werken, de tijdsintensieve omzetting naar 2D vermeden.

Product Manufacturing Information & Metadata

Figuur 3: Product Manufacturing Information & Metadata

Om het model eenduidig vast te leggen wordt er Product Manufacturing Information (PMI) en metadata aan het model gekoppeld. PMI wordt aan het 3D-model gekoppeld op Feature-niveau. Metadata wordt gekoppeld aan het 3D model op Part of Assembly-niveau. Samen vormen ze de volledige productdenitie zoals deze door mens- en machine geinterpreteerd kan worden.

PRODUCT MANUFACTURING INFORMATION

Product Manufacturing Information (PMI) is alle informatie die nodig is voor het eenduidig vastleggen van de producteigenschappen en geometrie. PMI omvat onder andere:

Maten & toleranties waarmee de maximaal aanvaardbare variatie qua vorm en positie van een Feature beschreven wordt. Dit omvat alle afmetingen, referenties, assenstelsels, aslijnen en toleranties waarmee de geometrie eenduidig vastgelegd kan worden. Deze worden op figuur 3 in het rood weergeven. Er kan gebruik gemaakt worden van lineaire grensmaten, passingen en GD&T.

Symbolen die bijkomende geometrische eigenschappen alsook afwerkings- en procesparameters vastleggen. Dit kunnen lasaanduidingen, ruwheidssymbolen, plooisymbolen of genormeerde geometrieen zijn.

Aard van de geometrie geeft aan hoe een bepaalde geometrie, of Feature, gedefineerd is en geinterpreteerd moet worden. Een patroon van verzonken gaten kan bijvoorbeeld beschouwd worden als verschillende combinaties van Chamfers en Holes of als 1 Hole Pattern van Counterbores. Dit wordt op figuur 5 in het donkerblauw weergeven.

Notities met bijkomende gegevens zoals productierichtlijnen, montage-instructies, die aan een Feature of het gehele model gekoppeld zijn. Meestal bedoelt voor menselijke interpretatie.

Aanzichten en vlakken waarin de maten, symbolen, notities,… geplaatst worden om structuur te creëeren in een 3D-omgeving. Om bijkomende informatie te verschaffen of bepaalde aspecten te accentueren kan gebruik gemaakt worden van details, doorsnedes, Exploded Views,… Het vastleggen van aanzichten zorgt ervoor dat een model efficient gemanipuleerd kan worden en vereenvoudigt bovendien de communicatie. Omdat we in de digitale omgeving niet begrensd zijn tot een papierformaat kan veelvuldig gebruik gemaakt worden van aanzichten om informatie over de geometrie en functie van het product over te brengen.

Figuur 5: Grafische versus semantische PMI

Semantische PMI wordt toegekend aan kenmerken (Features) van een 3D-model. Deze koppeling gebeurt zodanig dat de informatie gelezen en geinterpreteerd kan worden door computers. Zodoende kan deze doorheen de verschillende fasen van de Product Lifecycle steeds opnieuw gebruikt worden.

Grafische PMI daarintegen wordt niet aan Features van het model gekoppeld en is enkel bedoeld voor menselijke interpretatie. Dit is vergelijkbaar met de annotaties op 2D tekeningen en wordt in de MBD-filosofie zoveel mogelijk vermeden. Vele pakketten zijn echter nog niet in staat om te werken met Semantische PMI. Hierdoor gaat bij het importeren van een MBD-model de oorspronkelijke koppeling verloren.

METADATA

Figuur 6: Metadata

Metadata vult de PMI aan om de productiedefinitie te vervolledigen en alle informatie van het product te centraliseren. Metadata omvat ondere andere:

Industriële standaarden en normen zoals algemene toleranties en ruwheden die overal gelden waar
geen specifieke toleranties aangegeven zijn.

Productgeschiedenis en PLM-data waaronder de tekenaar(s), het versienummer, doorgevoerde aanpassingen, goedkeuringen,..

Bedrijfsstandaarden en afspraken zoals lay-outs, configuraties,…

Productie- en inspectiedata zoals Bill Of Materials (BOM), Bill Of Procedures (BOP), CNC-programma’s, assemblageinstructies, statistische gegevens, inspectieplannen, meetrapporten,…

Andere relevante bestanden en informatie zoals productievoorschriften, montageinstructies, datasheets van standaardonderdelen, handleidingen, CRM-bestanden,…

Model Based Enterprise

Figuur 7: Model Based Enterprise

Wanneer de MBD-technologie geimplementeerd wordt doorheen een volledige onderneming wordt gesproken van een Model Based Enterprise (MBE). De MBE vormt een ecosysteem van bestanden, software en machines die gebruik maken van MBD modellen om producten te ontwikkelen en beheren doorheen hun levensduur. Door alle processen binnen de onderneming te baseren op het MBD-model en zijn PMI kan de technologie ten volle benut worden.

Aan het hart van de MBE ligt een robuust Product Lifecycle Management (PLM) systeem. Dit biedt een framework voor het beheren en verwerken van alle data in de onderneming. Door continu overzicht te houden waar en wanneer data vrijgegeven en gewijzigd wordt maakt het systeem intern en extern teamwerk mogelijk en is de informatie altijd up-to-date.

De MBE is dus veel meer dan een papierloze onderneming. Het is een bedrijfsfilosofie waarin:
– MBD-modellen, en hun PMI, als authoriteit fungeren;
– producten ontworpen, ontwikkeld en geproduceerd worden vanuit een MBD-strategie;
– alle productinformatie centraal beheerd en bewaard worden.

Meer informatie

Leden van de gebruikersgroep kunnen hier de volledige bundel lezen.

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s