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PDM Integration

Prozessoptimierung in der Produktentwicklung durch Integration von PDM-Systemen mit Virtual Reality

Produktdatenmanagement und Virtual Reality – die Zusammenführung zweier WeltenModerne Produktlebenszyklen, angefangen von der Entwicklung, Design und Produktion hin zum Marke-ting, werden aufgrund des technischen Fortschritts und zunehmenden Kostendrucks in naher Zukunft immer stärker in den digitalen Raum verlagert. Derzeit ist aber die Erstellung von digitalen Mock-ups während der Design- und Entwicklungsphase wenig in die Prozesse integriert. Das gilt sowohl für die Arbeitsabläufe als auch für die verwendeten Da-ten und Infrastrukturen (z.B. CAD-Software versus 3D-Echtzeitmodelle). Mit einer Verbindung beider Welten könnte man zum Beispiel Produktentwürfe in Virtual Reality-Modellen visualisieren und sie im Design und Marketing weiterverwenden. Ebenso könnten Designer nachträgliche Änderungen in den CAD-Entwürfen der Entwicklungsabteilungen sofort in ihre Virtual Reality-Modelle übernehmen. Das würde einen großen Produktivitätsgewinn bedeu-

ten und die Entwicklung neuer Produkte erheblich beschleunigen.

Bislang müssen die CAD-Daten in einem zeitauf-wändigen und fehleranfälligen manuellen Prozess in das Virtual Reality-Modell übertragen werden. Jedes Update und jede Korrektur am Entwurf wirkt sich auf das VR-Modell aus und verursacht einen hohen Arbeits- und Verwaltungsaufwand bei der manuellen Anpassung – und damit Kosten für das Unternehmen. RTT stellt jetzt erstmals eine Lösung vor, die einen automatischen Import von CAD-Daten in eine Visualisierungsanwendung erlaubt. So arbeiten alle Abteilungen im Unternehmen mit einer einheitlichen Datenbasis und Auswirkungen von Änderungen in den Entwicklungsabteilungen werden für die Designer und Marketingexperten sehr viel schneller sichtbar.

Potentiale von Produktdatenmanagement im UnternehmenseinsatzCAD-Daten aus der Produktentwicklung werden im Unternehmenseinsatz häufig einer übergeordneten Product-Lifecycle-Management-Lösung (PLM) zu-geordnet. Diese unterstützt die Produktentwicklung und Beschaffungskette bei zwei zentralen Aufgaben:

• Der zentralen Verwaltung und Reglementierung von Produktinformationen wie Designdaten der CAD-Modelle, Materialspezifikationen und Bills of Materials (BOM)

• Der standardisierten bzw. internen Definitio-nen angepassten Nachverfolgung, Verwaltung und Automation von Steuerungs- sowie Her-stellungsroutinen wie Portfolio Management, Program Management, Release Management und Change Management.

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PDM Integration

Vorteile von PLM Softwarelösungen• Der zentralen Verwaltung der komplexen

Produkt-, Design- und Materialdaten• Vereinfachter Kollaboration bei zunehmend

international agierenden Unternehmen• Der Integration in die Prozesse des führen-

den PDM-Systems, und somit• Automatischer Nutzung des Änderungs-

Managements bei deutlich verbesserter Aktualität der Datenbasis

• Geringerer Fehleranfälligkeit • Zeit- und Kostenersparnis

1 Longbow Research, „PMTC Initiation“, Januar 2010

Unterschiede zwischen 3D CAD Modell und 3D VR Modell Entwickler und Designer arbeiten mit unterschied-lichen, nicht kompatiblen Softwareprogrammen. Grundsätzlich basieren VR-Modelle (3D VR-Master) auf den Informationen, die durch CAD-Systeme erstellt wurden (3D CAD-Master-Modell). Aller-dings sind diese Informationen für eine qualitativ hochwertige VR-Darstellung nicht ausreichend und müssen deshalb angereichert werden.

3D CAD-Modelle werden mit CAD-Programmen wie CATIA, Pro/E und NX entworfen und über ein PLM-System wie TeamCenter® verwaltet. Das PLM-System stellt sicher, dass die verschiedenen Abtei-lungen im Unternehmen auf die CAD-Modelle aus

den Entwicklungsabteilungen zugreifen können und dass alle mit aktuellen und einheitlichen Daten ar-beiten. Denn diese Daten dienen als Grundlage für alle weiteren, produktbezogenen Geschäftsprozesse im Unternehmen, zum Beispiel für:

• Die Fertigung des Produkts• Den Vertrieb und das Marketing• Die Erstellung von Betriebshandbüchern oder

die Wartungs- und Service-Aktivitäten

Daher muss sichergestellt werden, dass nach-gelagerte Abteilungen mit derselben Version des Produktmodells arbeiten.

Einsatzgebiete findet PLM-Software vorrangig in der Luftfahrt-, Automobil- und Elektronikbranche sowie im Gesundheitswesen, aber auch bei der Produktion von Konsumgütern.

Das Wachstumspotential von PLM-Lösungen kann leicht dadurch begründet werden, dass gerade in wirtschaftlich herausfordernden Zeiten immer mehr Unternehmen im Einsatz von PLM-Software Poten-zial für Optimierung sehen. Longbow Research1 bezifferte in einer Studie von 2010 das jährliche Wachstum der PLM-Branche im Zeitraum von 2004 bis 2008 auf jährlich rund acht Prozent. Positive Zeichen für die Zukunft sehen die Analysten in der bisherigen Marktdurchdringung von nur rund 30 Prozent, was Raum für weiteres signifikantes Wachstum lässt. Aufgrund der langjährigen Erfah-rung im Bereich IT-Systemintegration erwarten auch die Experten von RTT in den kommenden Jahren weiteres Wachstum für PLM-Lösungen.

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PDM Integration

Auch 3D-Visualisierungen nutzen die Daten aus dem letztgültigen CAD-Entwurf. Sie benötigen allerdings nur einen Teil der Informationen aus den 3D-CAD-Modellen, insbesondere die Struktur- und Geomet-riedaten. Andererseits sind für die Erstellung eines VR-Modells zusätzliche Daten erforderlich, etwa zu Licht und Schatten, Reflexionen, Textur oder Ober-

PLM

Concept

MarketInput

After-SalesServices

OrderFulfillment

SalesManufacturing

Prototyping

Design

BCM &Planning

Management

DigitalManufacturing

Support

ProjectCollaboration

SupplierRelationshipManagement

(SRM)

RFPManagement

Collaborative Engineering

EngineeringChange

Management

ProductKnowledge

Reuse

RequirementsManagement &

SystemsEngineering

Maintenance &Asset LifecycleManagement

(ALM)Issues

Management Shipping&

After Sales

Bidding &RFQ

Management

QualityAssurance &StandardsCompliance

Sourcing

Abbildung 1: Das PLM-System sorgt für einen reibungslosen Datenzugriff und eine einheitliche Datenbasis

flächenstruktur. Da das VR-Modell aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden soll, sind Informati-onen zur Umgebung, zur Lichteinstrahlung oder den verwendeten Materialien unverzichtbar. Wie sich die Datenbasis beider Modelle unterscheidet, zeigt die folgende Gegenüberstellung:

TeamCenter Structure

Electronics

Operating element 1

Operating element 2

Door exterior

Door handle

Front door

3D Scene

Door animation

Headlight

Environments

Application of referencedmaterials

Material library

Views

Front door

Operating element 2

Door exterior

Door handle

Operating element 2

Abbildung 2: 3D-CAD-Modelle und 3D-VR-Modelle basieren

überwiegend auf unterschiedlichen Informationen

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PDM Integration

Für die Transformation eines 3D-CAD-Modells in ein 3D-VR-Modell ist bislang ein komplizierter manueller Datenaufbereitungsprozess unverzichtbar – die ent-scheidenden Basisdaten mussten exakt übertragen, unnötige Daten entfernt und viele weitere Informa-tionen hinzugefügt werden. Da nach der manuellen Transformation keine Verbindung mehr zwischen beiden Modellen besteht, werden auch Updates und

Verbesserungen am 3D-CAD-Master nicht auto-matisch in das visualisierte Modell übertragen und müssen jedes Mal mühsam von Hand korrigiert werden. Dies ist mit erheblichem Zeitaufwand und damit Kosten verbunden. Eine Lösung, die eine Verbindung zwischen den beiden Systemen ermög-licht, minimiert diese Reibungsverluste und eröffnet Unternehmen entsprechende Einsparmöglichkeiten.

3D Master Model3D VISUALISATION LAYER

DESIGN

DEFINEInnovate & Specify

Develop & Validate

Produce & DeliverBUILD

SELL

SUPPORT

Product Data & Information Layer (PDM/ERP)

Market & Sell

Service & Sustain

PLM

Concept

MarketInput

After-SalesServices

OrderFulfillment

SalesManufacturing

Prototyping

Design

BCM &Planning

Management

DigitalManufacturing

Support

ProjectCollaboration

SupplierRelationshipManagement

(SRM)

RFPManagement

Collaborative Engineering

EngineeringChange

Management

ProductKnowledge

Reuse

RequirementsManagement &

SystemsEngineering

Maintenance &Asset LifecycleManagement

(ALM)Issues

Management Shipping&

After Sales

Bidding &RFQ

Management

QualityAssurance &StandardsCompliance

Sourcing

Abbildung 3: Nach der manuellen Transformation in ein 3D-VR-Modell bestand bislang

keine Verbindung mehr zum PLM-System

PDM

Sys

tem

VR S

yste

m

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PDM Integration

Der RTT PDMConnector: Die Verbindung zwischen PDM und VRRTT hat dieses Optimierungspotential erkannt und eine Schnittstelle in Form des PDM-Connectors entwickelt, die sicherstellt, dass Updates im CAD-Master automatisch in das VR-Modell übernommen werden können – trotz unterschiedlicher Organi-sation der Daten in der Entwicklung und im Pro-duktdesign. Der PDM-Connector transferiert dabei nicht nur automatisch die Geometriedaten aus dem CAD-Modell, er sorgt auch dafür, dass die gewohnte Flexibilität im Visualisierungsprozess für die Pro-duktdesigner erhalten bleibt. So können z.B. im VR-Modell Objekte einfach gelöscht oder zwischen verschiedenen Baugruppen verschoben werden. Denn viele Daten aus der CAD-Vorlage werden für die Visualisierung von vornherein nicht benötigt und können daher einfach gelöscht werden – etwa die nicht sichtbaren Teile eines Produkts. Außerdem beschleunigt die größere Flexibilität den Entwurfs-

prozess und erlaubt eine einfachere Erstellung von Varianten, wie zum Beispiel der Rechtslenker- und der Linkslenkerversion eines Autos. Solche Varian-ten können bereits in den entsprechenden CAD-Entwürfen angelegt sein, werden aber oft auch erst im VR-Modell erzeugt. Der PDM-Connector lässt daher bei der Aktualisierung von Informationen aus dem 3D-CAD-Modell eine flexiblere Struktur und Organisation der Daten im VR-Modell zu, ohne dabei Fehler zu produzieren.

Welche Daten aus dem CAD-Modell verwendet und wie sie aufbereitet werden, unterscheidet sich je nach den individuellen Bedürfnissen des Kunden. Die ersten beiden Phasen des Transformationspro-zesses stimmen jedoch immer überein, wie das Beispiel des Aufbereitungsprozesses in der Grafik unten zeigt:

Automated steps Optional manual steps Optional

Export of CAD

data from PDM system

Dataconversion

Applicationof

referencedmaterials

Sorting TesselationEnhancement

(lighting,environment)

FinalVR model

Loading VR

data back to PDM

Steps that can be automateddepending on material information

provided in the PDM system

Abbildung 4: Beispiel für den Datenaufbereitungsprozesses für ein VR-Modell

Abhängig von der Qualität bzw. Vollständigkeit der im PDM-System hinterlegten Daten übernimmt der PDM-Connector verschiedene Arbeitsschritte:

• Den automatischen Export der CAD-Daten aus dem PDM-System sowie die Konvertierung ins VR-Format

• Bei entsprechend vorhandener Datenqualität werden auch die VR-Materialien aufgebracht• Zukünftig wird es optional auch möglich sein, die Ergebnisse des VR-Prozesses wieder in das

PDM-System zurückzuschreiben

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PDM Integration

Der PDM-Connector stellt damit bereits einen wesentlichen Teil der Daten, die zur Visualisierung notwendig sind, bereit. Weitere Schritte zur Er-stellung des endgültigen Modells werden dann – je

nach Wünschen des Kunden – von Hand oder mit anderen Software-Tools erledigt, sodass höchst-mögliche Flexibilität bei der Übernahme der Daten gewahrt bleibt.

Vorteile von RTT VisualisierungsanwendungenDie von RTT entwickelte Schnittstelle schafft es zum ersten Mal, PLM-Lösungen und 3D-Visualisierungen zu verbinden. Der PDM-Connector bietet die Mög-lichkeit des automatischen Imports von Daten aus CAD-Vorlagen in eine Visualisierungslösung. Die Vorteile für Unternehmen liegen auf der Hand: ehe-mals manuell durchgeführte CAD-Datenaufberei-tungen für den Import in VR-Systeme und dadurch entstehender Zeitaufwand entfallen, was deutli-che Einsparpotentiale bedeutet. Ebenso wird eine bessere Abstimmung zwischen Entwicklungs- und Designabteilung durch das 3D-Modell ermöglicht. Fotorealistische Qualität und die Möglichkeit, Details wie die Farbgebung von Lacken und Oberflächen-texturen lebensecht zu visualisieren, beschleunigen den Entwicklungsprozess.

Gleichzeitig bedeutet die Brücke zwischen PLM-Welt und 3D-Visualisierung mehr Flexibilität für Unter-nehmen, da Daten, die während des Entwicklungs-

prozesses verändert wurden, sich schnell und ein-fach nachträglich im Modell auf den neuesten Stand bringen lassen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich schließlich durch die einheitliche Datenbasis, die eine zentrale Datenverwaltung über den gesamten Produktlebenszyklus ermöglicht. So können zum Beispiel im Marketing und Vertrieb Synergien aus den vorherigen Produktstadien genutzt und Fehler durch manuelle Verfahren vermieden werden. In der Vergangenheit hat sich der Einsatz von 3D-Visualisierungen bei Partnern von RTT positiv auf Arbeitsabläufe und Ressourceneinsatz ausgewirkt. Durch den nun möglich gemachten kombinierten Einsatz von PDM-Systemen und 3D-Visualisierungs-technologien erwarten die Experten des Münchner Unternehmens weitere Einsparpotentiale für den gesamten Produktlebenszyklus. Ob Automobil-, Luftfahrt-, Elektronik- oder Konsumgüterbranche – die Einsatzmöglichkeiten für die neue Technologie sind nahezu unbegrenzt.