VDI 2209-2009 3D product modelling - Technical and organizational requirements - Procedures tools and applications - Cost-effective practical use.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURE3-D-ProduktmodellierungTechnische und organisatorische VoraussetzungenVerfahren, Werkzeuge und AnwendungenWirtschaftlicher Einsatz in der Praxis3D product modellingTechnical and organizational requirementsProcedures, tools, and applicationsCost-effective practical useVDI 22

2、09Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Produktentwicklung und KonstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009Vervielfltigung auchfr innerbetrieb

3、liche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 35.240.10Mrz 2009March 2009The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lati

4、on.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 51.1 Modellieren im Entwicklungsprozess. . . 81.2 Zusammenhang der Modellier-mglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Aufbau der

5、 vorliegenden Richtlinie. . . . 151.4 Zusammenhang mit anderen VDI-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . 162 Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . . . . 172.1 Organisatorisches Umfeld. . . . . . . . . 172.1.1 Aufbauorganisation . . . . . . . . 172.1.2 Ablauforganisation . . . . . . . . . 182.2 I

6、nformationstechnisches Umfeld . . . . . 192.2.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . 192.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Qualifizierung . . . . . . . . . . . . . . . 223 bersicht ber die 3-D-Produktmodellierung 223.1 Modellarten . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Direkte Modellieru

7、ng mitGeometrieelementen . . . . . . . . . . . 263.3 Parametrische Modellierung (Parametrik) 273.4 Featurebasierte Modellierung . . . . . . . 293.5 Chronologie und Erzeugnisstruktur in derModellierung . . . . . . . . . . . . . . . 313.6 Standardteile aus Katalogen . . . . . . . 333.7 Simultaneous En

8、gineering und Concurrent Engineering. . . . . . . . . . 333.8 Aspekte der Wissensverarbeitung. . . . . 35Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1 Modelling in the develop

9、ment process . . 81.2 Connections between modellingpossibilities . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Structure of the present guideline . . . . 151.4 Relation to other VDI guidelines . . . . . 162 Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1 Organizational environment . . . . . . . 172.1.1

10、Organizational structure . . . . . . 172.1.2 Operational organization. . . . . . 182.2 Information technology environment. . . 192.2.1 Hardware. . . . . . . . . . . . . . 192.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Qualifications . . . . . . . . . . . . . . . 223 Overview of 3D product modell

11、ing . . . . . 223.1 Types of model . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Direct modelling withgeometric elements . . . . . . . . . . . . 263.3 Parametric modelling (parametrics) . . . 273.4 Feature-based modelling . . . . . . . . . 293.5 Chronology and product structure inmodelling . . . . . . . . . . .

12、 . . . . . . 313.6 Standard parts from catalogues . . . . . . 333.7 Simultaneous engineering andconcurrent engineering . . . . . . . . . . 333.8 Aspects of knowledge processing . . . . 35Frhere Ausgabe: 06.06 Entwurf,deutschFormer edition: 06/06 Draft, in German onlyVDI-Gesellschaft Entwicklung Kons

13、truktion VertriebB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI 2209Seite4 Modellierungsverfahren und -werkzeuge. . 374.1 Direkte M

14、odellierung. . . . . . . . . . . 384.2 Parametrische Modellierung . . . . . . . 384.2.1 Parameterarten . . . . . . . . . . . 394.2.2 Beziehungsarten . . . . . . . . . . 414.2.3 Arbeitstechniken . . . . . . . . . . 414.2.4 Wissensbasierte Parametrik . . . . 434.3 Featurebasierte Modellierung. . . . .

15、 . . 444.3.1 Modellieren mit Formfeatures . . . 464.3.2 Anwendungsspezifische Features(user-defined features) . . . . . . . 474.3.3 Features mit nicht geometrischenEigenschaften . . . . . . . . . . . 494.3.4 Erweiterte Konzepte . . . . . . . . 524.4 Chronologiebasierte Modellierung . . . . 534.5 Sta

16、ndardteile aus Katalogen . . . . . . . 565 Integration der 3-D-Produktmodellierungin den Konstruktionsprozess . . . . . . . . 595.1 Grundlegende Modellierungsstrategien . 595.2 Vorbereitende Arbeiten (Planung der 3-D-Produktmodellierung) . 615.3 Baurume und Beziehungen . . . . . . . 635.3.1 Funktion

17、 von Baurumen . . . . . 635.3.2 Beziehungen und Referenzen . . . 655.4 Erzeugnisorientierte Modellierung(top-down) . . . . . . . . . . . . . . . . 655.5 Einzelteilorientierte Modellierung(bottom-up) . . . . . . . . . . . . . . . . 675.5.1 Allgemeine Vorgehensweisenbei der Einzelteilmodellierung. . .

18、 685.5.2 Komplexe Einzelteile . . . . . . . 715.6 Erzeugnisorientierte gegenber bauteil-orientierter Modellierung (top-down vs.bottom-up) . . . . . . . . . . . . . . . . 745.7 Modellierungstechniken . . . . . . . . . 835.7.1 Modellierungsformen bezglichKonstruktionsarten . . . . . . . . . 845.7.2 Er

19、stellen und Aufbereiten des 3-D-Produktmodells fr ein einzelnes Bauteil . . . . . . . . . . 855.7.3 Eingliedern des Bauteils in dieErzeugnisstruktur . . . . . . . . . 865.7.4 Parametrische Modellierung . . . . 895.7.5 Featurebasierte Modellierung . . . 905.8 Modellierung von auen nach innen . . . 97

20、5.9 Modellierung von innen nach auen . . . 986 Modellverwendung . . . . . . . . . . . . . . 996.1 Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . . 996.2 Toleranzsimulation . . . . . . . . . . . . 1016.3 Ableiten von Fertigungsunterlagen . . . . 1026.4 Animation und Visualisierung . . . . . . 1066.5 Berechn

21、ung und Simulation . . . . . . . 1066.5.1 Analytische Berechnungen . . . . 108Page4 Modelling procedures and tools . . . . . . 374.1 Direct modelling . . . . . . . . . . . . . 384.2 Parametric modelling. . . . . . . . . . . 384.2.1 Types of parameter . . . . . . . . 394.2.2 Types of relation. . . .

22、. . . . . . 414.2.3 Working techniques . . . . . . . . 414.2.4 Knowledge-based parametrics . . 434.3 Feature-based modelling . . . . . . . . . 444.3.1 Modelling with form features . . . 464.3.2 User-defined features . . . . . . . 474.3.3 Features with non-geometric properties . . . . . . . . . . . .

23、 . 494.3.4 Extended concepts. . . . . . . . . 524.4 Chronology-based modelling . . . . . . 534.5 Standard parts from catalogues . . . . . 565 Integration of 3D product modellinginto the design process . . . . . . . . . . . 595.1 Basic modelling strategies . . . . . . . . 595.2 Preparatory work(plann

24、ing the 3D product modelling) . . 615.3 Installation spaces and relations . . . . . 635.3.1 Function of installation spaces . . 635.3.2 Relations and references. . . . . . 655.4 Product-oriented modelling(top-down) . . . . . . . . . . . . . . . . 655.5 Individual-part-oriented modelling(bottom-up).

25、. . . . . . . . . . . . . . . 675.5.1 General procedures inindividual-part modelling . . . . . 685.5.2 Complex individual parts . . . . . 715.6 Product-oriented vs. component-orientedmodelling (top-down vs. bottom-up). . . 745.7 Modelling techniques . . . . . . . . . . 835.7.1 Modelling forms as rel

26、ating todesign types . . . . . . . . . . . . 845.7.2 Creating and preparing the3D product model for anindividual component . . . . . . . 855.7.3 Incorporating the componentinto the product structure . . . . . 865.7.4 Parametric modelling . . . . . . . 895.7.5 Feature-based modelling . . . . . 905.8

27、Modelling from the outside in . . . . . . 975.9 Modelling from the inside out . . . . . . 986 Making use of models . . . . . . . . . . . . 996.1 Requirements. . . . . . . . . . . . . . . 996.2 Tolerance simulation . . . . . . . . . . . 1016.3 Derivation of production documents . . . 1026.4 Animation

28、 and visualization . . . . . . . 1066.5 Calculation and simulation. . . . . . . . 1066.5.1 Analytic calculations . . . . . . . 108B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutsc

29、her Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 2209 3 Seite6.5.2 FEM-Berechnungen . . . . . . . . 1086.5.3 Kinematik und Kinetik. . . . . . . 1126.5.4 Digital Mock-Up (DMU) . . . . . 1146.6 Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . 1156.6.1 Rapid Prototyping . . . . . . . . . 1156.6.2 Rapid Tooling . . .

30、 . . . . . . . . 1166.7 Virtuelle Realitt . . . . . . . . . . . . . 1166.8 Datenaustausch . . . . . . . . . . . . . . 1197 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . 1217.1 Produkt-/Modelldokumentation . . . . . 1217.2 Dokumentation desModellierungsprozesses . . . . . . . . . 1227.3 Datenverwaltu

31、ng . . . . . . . . . . . . . 1238 Nutzenbetrachtung. . . . . . . . . . . . . . 1268.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 1278.1.1 Zeiteinsparungen. . . . . . . . . . 1278.1.2 Direkt beeinflussbare Kosten in der Konstruktion . . . . . . . . 1278.1.3 Auslastungsgrad des 3-D-CAD-Systems. . . .

32、. . . . . 1288.1.4 Durchdringungsgrad einer 3-D-CAD-Anwendung. . . . . . . 1298.2 Ermittlung der direkt quantifizierbarenNutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1298.2.1 Einsparung durch Verkrzung der Durchlaufzeit . . . . . . . . . 1298.2.2 Einsparung durch Verringerungvon Schnittstellenfehlern.

33、 . . . . . 1298.2.3 Einsparung durch Verringerungvon Fehlleistungen in Fertigungund Montage . . . . . . . . . . . . 1308.3 Schwer quantifizierbare Nutzen . . . . . 1318.4 Nicht quantifizierbare Nutzen . . . . . . 1328.5 Praxisbeispiele . . . . . . . . . . . . . . 1328.5.1 Einsparung durch Verringeru

34、ng von Fehlleistungen in der Produkt-entwicklung . . . . . . . . . . . . 1328.5.2 Einsparung von Entwicklungszeitbei einer Gusskonstruktion . . . . 1338.5.3 Vorteile bei der Gusskonstruktionim nderungsfall . . . . . . . . . 1338.5.4 Einsparungen in der ProzessketteModellbau . . . . . . . . . . . . .

35、 1348.5.5 Einsparungen in der Prozesskette FEM . . . . . . . . . . . . . . . . 1358.5.6 Einsparungen im GesamtprozessKonstruktion Modellbauer FEM-Analyse . . . . . . . . . . . 1378.5.7 Einsparungen durch RapidPrototyping. . . . . . . . . . . . . 1378.5.8 Einsparungen bei derGusssimulation. . . . . .

36、 . . . . . 138Page6.5.2 FEM calculations . . . . . . . . . 1086.5.3 Kinematics and kinetics . . . . . . 1126.5.4 Digital mock-up (DMU). . . . . . 1146.6 Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . 1156.6.1 Rapid prototyping . . . . . . . . . 1156.6.2 Rapid tooling . . . . . . . . . . . 1166.7 Virtua

37、l reality. . . . . . . . . . . . . . . 1166.8 Data exchange . . . . . . . . . . . . . . 1197 Documentation. . . . . . . . . . . . . . . . 1217.1 Product/model documentation . . . . . . 1217.2 Documentation of the modelling process . . . . . . . . . . . . 1227.3 Data management . . . . . . . . . . .

38、. 1238 Consideration of benefits . . . . . . . . . . 1268.1 Basic principles . . . . . . . . . . . . . 1278.1.1 Time savings. . . . . . . . . . . . 1278.1.2 Directly influenceable costsin design . . . . . . . . . . . . . . 1278.1.3 Percentage utilization of the3D CAD system . . . . . . . . . . 1288.

39、1.4 Degree of penetration of a 3D CAD application. . . . . . . . 1298.2 Determination of the directlyquantifiable benefits . . . . . . . . . . . 1298.2.1 Savings from reducingthe lead time . . . . . . . . . . . . 1298.2.2 Savings due to reductions in interface errors. . . . . . . . . . . 1298.2.3 Sa

40、vings by reduction ofmalperformance in productionand assembly . . . . . . . . . . . 1308.3 Benefits which are hard to quantify . . . 1318.4 Non-quantifiable benefits . . . . . . . . 1328.5 Practical examples . . . . . . . . . . . . 1328.5.1 Savings by reduction ofmalperformance in production and ass

41、embly . . . . . . . . . . . 1328.5.2 Savings in development timefor a casting design . . . . . . . . 1338.5.3 Advantages in casting designin the case of modifications . . . . 1338.5.4 Savings in the model-constructionprocess chain . . . . . . . . . . . 1348.5.5 Savings in the process chain FEM 1358.

42、5.6 Savings in the complete design model-maker FEM analysisprocess. . . . . . . . . . . . . . . 1378.5.7 Savings due to rapid prototyping . 1378.5.8 Savings in casting simulation . . . 138B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsC

43、ollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 VDI 2209Seite9 Empfehlungen fr die Praxis . . . . . . . . 1399.1 3-D-CAD-Einfhrung und -Organisation 1399.2 Modellierungsstrategien . . . . . . . . . 1409.2.1 Vorbereitende Arbeiten . . . . . . 1409.2

44、.2 Zusammenhang der Modellier-mglichkeiten und -techniken . . . 1429.2.3 Strukturierungsmglichkeiten . . . 1449.3 Verwendung parametrischer undfeaturebasierter 3-D-CAD-Modelle . . . 1459.4 Checklisten fr die berprfung derModellkonsistenz . . . . . . . . . . . . . 1489.5 Untersttzungsmglichkeiten. .

45、. . . . . 150Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derF

46、otokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.A

47、llen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDas Werkzeug CAD (Computer-Aided Design, rech-neruntersttzte Konstruktion) war Mitte der Siebzi-gerjahre des zwanzigsten Jahrhunderts erstmals inEuropa verfgbar. Zunchst in Deutschland etwabis in d

48、ie Mitte der Neunzigerjahre waren die 2-D-CAD-Anwendungen gegenber den 3-D-Anwendun-gen statistisch deutlich in der Mehrheit (etwa 85 % zu15 % 66).Nur auf verschiedenen Spezialgebieten wurde, wennberhaupt, mit 3-D-CAD gearbeitet vor allem insolchen Anwendungsgebieten, die mit geometrischund/oder str

49、ukturell komplexen Produkten und denzu ihrer Herstellung bentigten Technologien zu tunhaben (z.B. Karosseriebau, Flugzeugbau, Anlagen-bau, Formen- und Werkzeugbau).Im letzten Jahrzehnt des zwanzigsten Jahrhundertskam dann eine breite Bewegung des Umstiegs vonPage9 Practical recommendations . . . . . . . . . 1399.1 3D CAD introduction and organization . 1399.2 Modelling strategies . . . . . . . . . . . 1409.2.1 Preparatory work . . . . . . . . . 1409.2.2 Relationship between mo