3DEXPERIENCE PLM und die Automobilindustrie

Viele Unternehmen der Automobil- und Luftfahrtindustrie nutzen 3DEXPERIENCE als PLM- Plattform (Product Lifecycle Management).

In den schnelllebigen Branchen von heute benötigen Unternehmen Werkzeuge, die über einfache Konstruktionssoftware hinausgehen. Dassault Systèmes hat eine umfassende Lösungssuite entwickelt, die Teams dabei unterstützt, Konstruktion, Entwicklung, Fertigung, Simulation und Zusammenarbeit in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Maschinenbau- und Konsumgüterindustrie zu optimieren.

Das Herzstück dieses Ökosystems ist die 3DEXPERIENCE Plattform, die alle Flaggschiffprodukte von Dassault in einer einheitlichen Umgebung integriert.

Mit dieser Plattform arbeiten Teams mit einer einzigen Datenquelle, die Design-, Entwicklungs- und Fertigungsabläufe miteinander verbindet und gleichzeitig Daten verwaltet und gemeinsame Entscheidungen in Echtzeit trifft.

Abbildung 1: KI-generiertes Bild, erstellt mit Microsoft Copilot, das eine künstlerische Darstellung von Teilen und Werkzeugen in einer Autokontur zeigt.

Hier ein genauerer Blick auf die wichtigsten Produkte, aus denen diese leistungsstarke Suite besteht:

• CATIA – Führende CAD-Software für 3D-Konstruktion und -Modellierung.
• DELMIA – Digitale Fertigungs- und Betriebsplanungslösung.
• ENOVIA – PLM-Plattform für Zusammenarbeit, Datenmanagement und Prozesssteuerung.
• SIMULIA – Fortschrittliche Simulationssuite für realistische Produktverhaltensvorhersagen.
• SOLIDWORKS – Intuitive 3D-CAD-Software für die mechanische Konstruktion, speziell für mittelständische Ingenieurteams.

Zusammen ermöglichen diese Lösungen, wenn sie in 3DEXPERIENCE, Unternehmen, Innovationen zu beschleunigen, Fehler zu reduzieren und Arbeitsabläufe zu optimieren, um Produkte schneller und effizienter als je zuvor zu liefern.

Abbildung 2: Mit Microsoft PowerPoint erstelltes Bild mit Bezug auf die Marken von Dassault Systems.

Anzugsmomente für Befestigungselemente in der Automobilfertigung

Bei der Fahrzeugmontage ist das Drehmoment nicht nur eine Zahl, sondern eine entscheidende Kraft, die dafür sorgt, dass alles fest, sicher und straßentauglich ist.

Drehmoment misst vereinfacht die Kraft, die Ingenieure auf Schrauben und andere Verbindungselemente ausüben, um den für Sicherheit, Zuverlässigkeit und strukturelle Integrität in mechanischen Baugruppen erforderlichen Anpressdruck zu erzeugen. Verschiedene Faktoren wie die zu verbindenden Bauteile, Schraubengröße, Anzahl, Material und Schmierung beeinflussen die Drehmomentwerte. Ingenieure messen Drehmomente üblicherweise in Fuß-Pfund (ft-lb) oder Newtonmeter (Nm) und wenden sie in der industriellen Fertigung mithilfe eines Drehmomentschlüssels oder eines manuellen Drehmomentschlüssels an.

Drehmoment = Kraft × Länge

20 N Kraft × 1 m Hebel. Drehmoment = 20 × 1 = 20 Nm

10 N Kraft × 2 m Hebel. Drehmoment = 10 × 2 = 20 Nm

Abbildung 3: KI-generiertes Bild, erstellt mit Microsoft Copilot, das die Beziehung zwischen Kraft, Abstand und Drehmoment darstellt.

Beim Anziehen von Schrauben gehen die meisten davon aus, dass ein Drehmomentschlüssel für gleichmäßiges Anziehen sorgt. Schlüssel einstellen, ziehen, bis es klickt, fertig – oder? Nicht immer.

Tatsächlich können Drehmomentwerte selbst bei zwei scheinbar identischen Verbindungselementen erheblich variieren. Faktoren wie die Art des Verbindungselements, die Werkstoffe von Schraube und Bauteil, die Gewindereinheit und die Schmierung (einschließlich der Art des verwendeten Schmierstoffs) können zu deutlichen Schwankungen der Drehmomentwerte führen (beispielsweise um 20 bis 35 %), selbst bei Verwendung desselben Drehmomentschlüssels. Um diese Fälle präzise zu handhaben, werden in der Industrie zwei Drehmomentstrategien.

Zieldrehmoment

Nicht jede Schraube an einem Fahrzeug erfordert höchste Präzision. Viele Befestigungselemente – wie Radbolzen, Wasserpumpenschrauben und unzählige andere – sind sogar so konstruiert, dass sie etwas Spielraum lassen. Ihre Aufgabe ist es, fest genug angezogen zu sein, um alles zusammenzuhalten, aber nicht so fest, dass sie Schäden verursachen. Dies nennt man „Zieldrehmoment“.

Zieldrehmoment + Winkel

Bei der Arbeit mit Dehnschrauben (TTY-Schrauben) – wie beispielsweise Motor- oder Fahrwerkskopfschrauben – werden diese nicht einfach nur angezogen, sondern auch gedehnt. Die Schrauben erreichen dabei einen elastischen Zustand und gewährleisten so eine gleichmäßige Klemmkraft an kritischen Bauteilen. Zunächst wird mit einem Standard-Drehmomentschlüssel ein voreingestelltes Drehmoment aufgebracht, wodurch die Schraube nahe an ihre Streckgrenze herangeführt wird – kurz bevor sie sich zu dehnen beginnt. Anschließend wird die Schraube mithilfe eines Drehmomentwinkelmessers um einen bestimmten Winkel, typischerweise 90° oder bis zu 360°, gedreht. Dadurch wird die Streckgrenze überschritten und eine kontrollierte Dehnung erzielt. Dieses Verfahren gewährleistet eine gleichmäßige Vorspannung, ohne die Schraubenlängung direkt zu messen, und wird als „Zieldrehmoment + Winkel“-Strategie bezeichnet.

Restdrehmoment: Ganz am Ende der Produktionslinie spielt ein letzter Schritt eine entscheidende Rolle für die Produktqualität: die Prüfung des Restdrehmoments. Anzugsstrategien bestätigen zwar, dass eine Verbindung den Spezifikationen entspricht, aber nur das Restdrehmoment gibt Aufschluss darüber, wie viel der aufgebrachten Vorspannung tatsächlich in der Verbindung verbleibt.

Zwei Hauptstrategien zur Messung des Restdrehmoments:

• Losbrechmethode: Die gebräuchlichste Methode. Ein digitaler Drehmomentschlüssel erhöht das Drehmoment, bis sich die Schraube gerade zu bewegen beginnt, und zeichnet den Drehmomentwert in diesem Moment auf.
• Löse-Festzieh-Methode: Ideal bei der Gefahr des Überdrehens oder bei großen Schrauben. Die Verbindung wird leicht gelöst, dann wieder festgezogen, und das Drehmoment wird beim Zurückdrehen in die Ausgangsposition gemessen.

Intelligentere Werkzeuge für intelligentere Tests

Früher verwendeten Bediener Markierungen, um die Schraubenpositionen bei manuellen Prüfungen zu verfolgen. Heute machen digitale Drehmomentschlüssel mit integrierten Gyroskopen den Prozess schneller, sicherer und einfacher.

In der Praxis sieht die Abfolge beim Zusammenbau eines Motors folgendermaßen aus:

1. Mit einem Standard-Schraubenschlüssel das vorgeschriebene Drehmoment anziehen
2. Den Motor kurz laufen lassen, um die Komponenten aufzuwärmen
3. Lassen Sie den Motor abkühlen und ziehen Sie ihn dann erneut fest
4. Den endgültigen Winkel mit Hilfe eines Drehmomentwinkelmessers einstellen.
5. Restdrehmoment messen . Sicherstellen, dass die Qualitätsstandards eingehalten werden.

Abbildung 4: KI-generiertes Bild, erstellt mit Microsoft Copilot, das ein Drehmomentwinkelmessgerät zeigt

Diese Kombination aus Drehmoment und Winkel sorgt für Präzision genau dort, wo es am wichtigsten ist.

Beachten Sie, dass nicht-dehnbare Schrauben zwar die einfachere Option für Motorschrauben zu sein scheinen, aber zusätzlichen Aufwand bedeuten. Da sie sich unter Last nicht verformen, müssen sie nach mehreren Temperaturwechseln nachgezogen werden . Je nach Anwendung kann dies auch alle 30.000 bis 70.000 Meilen erforderlich sein . Dehnbare Schrauben hingegen dehnen sich beim Anziehen leicht aus. Diese kontrollierte Dehnung sorgt für einen gleichmäßigen Anpressdruck und reduziert so die Notwendigkeit wiederholter Nachjustierungen. Nach der fachgerechten Montage gemäß Herstellervorgaben müssen sie in der Regel nicht mehr nachgezogen werden. Bitte beachten Sie, dass dehnbare Schrauben nicht wiederverwendet werden können, da gebrauchte Schrauben die Streckgrenze überschritten haben und nicht mehr die gleiche Klemmleistung wie neue Schrauben bieten.

Wie handhaben wir den Torque-Workflow in PLM/3DEXPERIENCE?

Eine maßgeschneiderte 3DEXPERIENCE Lösung begegnet diesen Komplexitäten, indem sie es Ingenieuren ermöglicht, Drehmomentanforderungen in CATIA zu definieren und diese direkt mit spezifischen Teilen und Baugruppen in der Konstruktionsstückliste (EBOM) zu verknüpfen. Diese Spezifikationen werden automatisch in die Fertigungsstückliste (MBOM) und die Prozessliste (BOP) in DELMIA übernommen .

Von dort fließen die Drehmomentinformationen nahtlos vom PLM-System in das MES (Manufacturing Execution System). Das MES steuert die Fertigung anhand der Stückliste, DELMIA/3DEXPERIENCE -Arbeitsanweisungen (detaillierte Montageschritte) und der ERP- Auftragsinformationenund gewährleistet so die präzise Drehmomentanwendung, die Rückverfolgbarkeit und einen effizienten Fertigungsablauf.

Falls Ihnen das Konzept einer Stückliste: Sie definiert die Abfolge der Fertigungsvorgängesowie die Ressourcen, Werkzeuge und Arbeitsanweisungen, die für die Herstellung eines Produkts in der Fabrikhalle erforderlich sind.

Minimale Attribute/Eigenschaften für die Funktion der Drehmomentdefinition

• Gelenk-ID: Eine eindeutige Kennung, die von der Konstruktionsabteilung zur Nachverfolgung bestimmter Gelenkinstanzen verwendet wird. Die Gelenk-ID wird vom System automatisch erstellt, wenn die übergeordnete Baugruppe in den Status „ Eingefroren“ oder „Freigegeben“
• Charakteristik des Gelenks – Sie können die Konstruktionsmerkmale der Verbindungen festlegen; mögliche Optionen umfassen: Bedeutsam, Kritisch, Und Nicht kritisch.
  • Kritisch – Essentielle Funktionalität; deren Fehlen oder Ausfall blockiert den Kerngeschäfts- oder Systembetrieb.
  • Signifikant – Wichtige Funktionalität; beeinflusst Effizienz oder Qualität, blockiert aber nicht den Kernbetrieb.
  • Nicht kritisch – Optionale Funktionalität; bietet Mehrwert oder Komfort, hat aber nur minimale Auswirkungen, wenn sie nicht verfügbar ist.
• Drehmomentstrategie
  • Zieldrehmoment: Das angegebene Zieldrehmoment wird zusammen mit seiner Toleranz während des Fahrzeugmontageprozesses auf das Befestigungselement angewendet.
  • Zieldrehmoment und -winkel: Während des Fahrzeugmontageprozesses wird eine Drehmomentstrategie, die Zieldrehmoment, Drehmomenttoleranz, Zielwinkel und Winkeltoleranz umfasst, auf das Befestigungselement angewendet.

Was sind die spezifischen Eigenschaften von Torque?

• Zieldrehmoment (N·m): Der angegebene Drehmomentwert, der angewendet werden soll.
• Drehmomenttoleranz (N·m ±): Der zulässige Bereich oberhalb oder unterhalb des Zieldrehmoments.
• Zielwinkel (°): Der festgelegte Anzugswinkel nach Erreichen des Drehmoments.
• Winkeltoleranz (° ±): Die zulässige Abweichung des Anzugswinkels.
• Maximales Restdrehmoment (N·m): Das während der Überprüfung gemessene maximale Drehmoment.
• Mindest-Restdrehmoment (N·m): Das während der Überprüfung gemessene Mindestdrehmoment.

Wie wird das in 3DEXPERIENCEgehandhabt?

Referenzen vs. Instanzen im Produktdesign verstehen

Im Produktlebenszyklusmanagement (PLM) ist es entscheidend, zwischen Referenzen und Instanzen , wenn es um Teile und Baugruppen geht. Eine Referenz ist die Masterdefinition eines Teils – sie enthält Teilenummer, Beschreibung, Material und die Gesamtkonstruktion. Sie beschreibt sozusagen, was das Teil ist. Eine Instanz entsteht, wenn dieses Teil in einer Baugruppe oder Stückliste verwendet wird. Sie definiert, wie und wo das Teil eingesetzt wird, einschließlich Details wie Position und Ausrichtung. Drehmomentwerte sind spezifisch für die jeweilige Instanz/Verwendung des Verbindungselements. In 3DEXPERIENCEkönnen Baugruppen (Stücklisten) je nach Komplexität der Stückliste in einer ein- oder mehrstufigen Eltern-Kind-Hierarchie strukturiert sein.

Beispiel: Ein bestimmter Schraubentyp kann in einem komplexen Produkt hunderte Male verwendet werden

• Die Konstruktion der Schraube dient als Referenz und existiert nur einmal.
• Jede Verwendung der Schraube im Produkt ist ein Instanzbeispiel.

Abbildung 5: Mit Microsoft PowerPoint erstelltes Bild, das EBOM und die Beziehung zu Fastener-Instanzen zeigt.

In 3DExperience besitzt jede Instanz eine eindeutige Beziehungs-/Instanz-ID. Diese Beziehungs-IDs können Instanzattribute enthalten. Jede eindeutige Instanz-ID (Beziehungs-ID) enthält die Torque-Attribute. Die Attribute der eindeutigen Instanz-IDs (Beziehungs-IDs) werden über 3DExperience Anwendung „Datenmodellanpassung“ konfiguriert.

Abbildung 6: Mit Microsoft PowerPoint erstelltes Bild, das Fastener-Instanzen und zugehörige Attribute zeigt.

Wo kann ich das in 3DExperiencesehen?

Die Instanzattribute werden im Tab „Instanz“ der 3DExperience Teileigenschaftenansicht angezeigt. Beachten Sie, dass das Layout der Attributanzeige über 3DExperience -Attributlayoutkonfigurationen gesteuert wird.

Abbildung 7: 3DExperience Teilinstanz einer mit benutzerdefinierten Drehmomentattributfeldern.

Konfiguration und Automatisierungen

In 3DEXPERIENCEwerden Konfigurationen und Automatisierungen mithilfe von EKL (Enterprise Knowledge Language), JPO (Java Program Object) und OOTB (Out of the Box) Setups durchgeführt, um automatisch Gelenk-IDs auf Basis definierter Bedingungen zu generieren, Drehmomentwerte über Revisionen hinweg zu übertragen und die Bearbeitbarkeit von Drehmomentfeldern zu verwalten.

Beteiligte Programmiersprachen

• EKL (Enterprise Knowledge Language)
• OOTB-Konfiguration (Out-of-the-Box-Konfiguration)
• JPO (Java Program Object) und OOTB-APIs (Application Programming Interface)

Wie fließen Drehmomentdaten von EBOMzu MBOM zu BOPzuMES?

DELMIA PPR = das digitale Rückgrat der Fertigung in 3DEXPERIENCE, das Produkt (was gebaut werden soll), Prozess (wie gebaut werden soll) und Ressourcen (mit dem zu bauenden Produkt, den Werkzeugen, Vorrichtungen und sogar den im Fertigungsprozess eingesetzten Personen) verbindet.

Abbildung 8: Bild aus der Datenstruktur für Fertigungsprodukte, -prozesse und -ressourcen von Dassault Systèmes.

Aufrechterhaltung der EBOM–MBOM–BOP-Rückverfolgbarkeit in 3DEXPERIENCE/DELMIA

Die Rückverfolgbarkeit zwischen Konstruktions- und Fertigungsdaten ist entscheidend für die Pflege des 3DExperience -Datenmodells. 3DExperience gewährleistet die Rückverfolgbarkeit und Verknüpfung von EBOM, MBOM und BOP mithilfe des der Bereichsverknüpfungen und implementierten Verknüpfungen . Um EBOM-Teile MBOM zuzuordnen, muss zunächst eine Bereichsverknüpfung zwischen EBOM und MBOM hergestellt werden. Sobald die Bereichsverknüpfung eingerichtet ist, können EBOM- Teile MBOM zugeordnet werden. Diese Teilezuordnungen werden über „implementierte Verknüpfungen“ verwaltet.

Themenbereich: Die Grundlage schaffen

Die Funktion „Bereichsverknüpfung“ teilt dem System mit: Dies ist die Quell-EBOM, die zur Erstellung der MBOM verwendet wird. Ebenso muss bei der Arbeit mit der Stückliste (BOP) die MBOM mit der BOP verknüpft werden. Diese Aktion definiert die MBOM als Quelle für die Zuordnung der BOP-Teile.

Implementierter Link: Teile zuweisen

Sobald die Bereichsverknüpfung eingerichtet ist, implementierte Verknüpfungen verwendet, um EBOM-Teile MBOM zuzuordnen. Es besteht eine Eins-zu-eins-Beziehung zwischen einer EBOM-Konstruktionsteilinstanz und einem MBOM-Teil. Diese Verbindungen werden durch eine „implementierte Verknüpfung“ hergestellt. Analog dazu verwaltet das BOP implementierte Verknüpfungen mit den zugehörigen MBOM-Teilen.

Durch die Nutzung von Scope- und Implemented-Links bietet 3DEXPERIENCE/DELMIA ein robustes Framework für die Verwaltung von Produktdaten über deren gesamten Lebenszyklus hinweg. Sowohl Scope-Links als auch Implemented-Links sind über die 3DExperience APIs zugänglich.

Abbildung 9: Definitionen von „Scope Link“ und „Implemented Link“.

Abbildung 10: PPR-Struktur mit Darstellung der Scope Links.

Verständnis von Bereichsverknüpfungen und implementierten Verknüpfungen in 3DEXPERIENCE

Abbildung 11: EBOM MBOM und BOP mit Scope und implementierten Links.

End-to-End-Datenfluss

Ingenieure nutzen Manufacturing Execution Systems (MES), um den gesamten Produktionsprozess digital zu steuern und zu überwachen. Dies ermöglicht ihnen, in Echtzeit Einblick in die Abläufe in der Produktionshalle zu erhalten und so Qualität, Effizienz und Compliance zu verbessern.

So nutzt MES diese Daten, um Qualität und Compliance sicherzustellen:

• Arbeitsanweisung: Gibt den Bedienern genaue Drehmomentwerte und Anzugsreihenfolgen vor.
• Prozesssteuerung: Automatische Überprüfung, ob Drehmomentwerkzeuge die vorgegebenen Parameter erfüllen.
• Datenerfassung: Zeichnet während der Montage die tatsächlichen Drehmomentwerte zur Rückverfolgbarkeit und für Audits auf.
• Warnungen & Feedback: Erkennt fehlerhafte Drehmomentanwendung und leitet Korrekturmaßnahmen ein.

Nachdem die Drehmomentdaten für die Konstruktion im EBOM erfasst und mit den entsprechenden MBOM-Teilen und BOP-Operationen verknüpft wurden, müssen diese Daten an das MES übertragen werden, um die für die Montage des Produkts (Fahrzeugs) benötigten Informationen bereitzustellen. Dieser Datenfluss wird durch eine Integration zwischen PLM und MES realisiert. Der Integrationsprozess überträgt alle erforderlichen Stücklisten-, BOP- und Drehmomentdaten direkt an das MES. Es ist wichtig zu beachten, dass der Integrationsumfang je nach den individuellen Anforderungen des jeweiligen Unternehmens variiert.

Abbildung 12: Bild aus der Dassault Systèmes Manufacturing Product-Process-Resource Data Structure, das den Integrationsdatenfluss zu ERP und MES zeigt.

Wie wird Integration erreicht?

3DExperience unterstützt robuste Integrationsverbindungen über RESTful APIs und ereignisgesteuerte Nachrichtenübermittlung. Bidirektionale Integrationen ermöglichen einen nahtlosen Datenaustausch zwischen PLM, ERP (Enterprise Resource Planning), z. B. SAP, und MES und gewährleisten so vollständige Workflow-Kontinuität und Nachverfolgbarkeit. Die Integrationsarchitektur von 3DExperience ist unten dargestellt.

Abbildung 13: Bild aus der Openness Technical Architecture von Dassault Systèmes, das die Integrationsarchitektur von 3DEXPERIENCEzeigt.

Zusammenfassung:
Dieser Artikel erläutert, wie 3DEXPERIENCE PLM und DELMIA ein durchgängiges Drehmomentmanagement in der Automobilfertigung ermöglichen. Er behandelt Drehmomentstrategien, wichtige Attribute und den nahtlosen Datenfluss von EBOM zu MES, wodurch Rückverfolgbarkeit, Prozesskontrolle und Echtzeitintegration zwischen PLM-, ERP- und MES-Systemen gewährleistet werden. Ich hoffe, dies hilft Ihnen, die komplexen Drehmomentherausforderungen in der PLM-Welt zu meistern.

Glossar der Begriffe

• PLM – Produktlebenszyklusmanagement
• EBOM – Engineering Bill of Materials
• MBOM – Fertigungsstückliste
• BOP – Prozessrechnung
• ERP – Enterprise Resource Planning
• MES – Manufacturing Execution System
• PPR – Produkt, Prozess, Ressource (DELMIA Terminologie)
• RESTful-Webdienst – Representational State Transfer Webdienst; eine Webdienstarchitektur, die Standard-HTTP-Methoden zur Kommunikation verwendet

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Sijil Augustine

PLM 3DEXPERIENCE Product Owner bei einem führenden Automobilunternehmen in Kalifornien, USA.

Sijil ist ein PLM-Experte mit über 18 Jahren Erfahrung. Seine Spezialgebiete sind Implementierung, Anpassung, Upgrades, Datenmigration und plattformübergreifende Integration von Unternehmensanwendungen. Seine Expertise erstreckt sich über die Automobil-, Medizin- sowie Öl- und Gasindustrie. Aktuell ist er als Product Owner für PLM 3DEXPERIENCE bei einem führenden Automobilhersteller in Kalifornien, USA, tätig.

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