VDI 2249-2003 Information technology in product development - CAD user functions.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREInformationsverarbeitung in der ProduktentwicklungCAD-BenutzungsfunktionenInformation technology inproduct developmentCAD use functionsVDI 2249Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch KonstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag G

2、mbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 35.240.10 September

3、2003The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt Seite1 Einleitung und Zielsetzung . . . . . . . . . . . 22 Konstruieren mit CAD-Systemen . . . . . . . 32.1 Konstruieren. . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . 32.2 Vorgehensmodell des Konstruierens . . . . 52.3 Produktmodelle als Basis der Rechner-untersttzung . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.1 Produktmodell und Partialmodell . . 122.3.2 Modellieren und Modellier-funktionen . . . . . . . . . . . . . . 162.4 Schnittstellen von CAD-Systemen . . . .

5、. 202.5 Leistungsmerkmale fr CAD-Systeme . . . 202.6 Beispiele fr CAD-Nutzung . . . . . . . . 233 Benutzungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . 283.1 Grundlagen und Begriffe . . . . . . . . . . 283.2 Ordnung der Benutzungsfunktionen fr die Gestaltmodellierung. . . . . . . . . . . 333.3 Beschreibung

6、sschema fr Benutzungs-funktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4 3D-Modellierung . . . . . . . . . . . . . . 483.4.1 Basisfunktionen zur 3D-Modellierung . . . . . . . . . . . 493.4.2 Positionierung von Objekten imRaum (Beispiel) . . . . . . . . . . . 543.5 Beispiele fr CAD-Benutzungsfunktio

7、nen . 583.6 Benutzungsfunktionen und Benutzungs-oberflchen . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.6.1 Gestaltung von Benutzungs-oberflchen . . . . . . . . . . . . . . 593.6.2 Gestaltung von Piktogrammen . . . . 624 Entwicklungsrichtungen fr Benutzungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . 654.1 Anforde

8、rungen an knftige Benutzungs-funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.2 Ziele und Entwicklungsrichtungen . . . . . 67Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Contents Page1 Introduction and objective . . . . . . . . . .

9、. 22 Design with CAD systems . . . . . . . . . . . 32.1 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Procedural model of design. . . . . . . . . 52.3 The product model as the basis for computer support . . . . . . . . . . . . . . 122.3.1 Product model and partial model . . 122.3.2 Modelling and

10、 modelling functions . 162.4 Interfaces of CAD systems . . . . . . . . . 202.5 Performance characteristics for CAD systems . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6 Examples of CAD use . . . . . . . . . . . 233 Use functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1 Basics and terminology. . . . . . . .

11、 . . . 283.2 Classification of use functions for shape modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3 Description structure for use functions . . . 463.4 3D Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . 483.4.1 Basic functions in 3D modelling. . . 493.4.2 Positioning of objects in space(example) .

12、. . . . . . . . . . . . . 543.5 Examples of CAD use functions . . . . . . 583.6 Use functions and use interfaces . . . . . . 593.6.1 Organisation of use interfaces . . . . 593.6.2 Development of icons . . . . . . . . 624 Trends for use functions . . . . . . . . . . . . 654.1 Requirements for future

13、use functions . . . 654.2 Goals and trends . . . . . . . . . . . . . . 67Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Annex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschuss CAD-BenutzungsfunktionenFrhere Ausgabe: 04.99 Entwurf,de

14、utschFormer edition: 04/99 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 2 VDI 22491 Einleitung und ZielsetzungCAD-Systeme haben in der Praxis eine groe Ver-breitung. Die Einsatzmglichkeiten or

15、ientieren sichan ihrer Funktionalitt und an unterschiedlichen An-wendungen im Maschinenbau, im Anlagenbau und inder Elektrotechnik. Als Funktionalitt eines CAD-Systems wird die Qualitt und Menge der Ein- undAusgabefunktionen bezeichnet, die fr einen Benut-zer verfgbar sind, um einzelne Konstruktions

16、pro-zesse sowie Ttigkeiten zu deren Organisation zuuntersttzen.Typische Konstruktionsttigkeiten sind z.B. die For-mulierung von Anforderungen an ein Produkt, dasFinden von Lsungen, das Beschreiben und Darstel-len der Lsung, ihre Berechnung oder Beurteilung.Ttigkeiten zur Organisation des Konstruktio

17、nspro-zesses sind beispielsweise die Anpassung des CAD-Systems an spezielle Konstruktionsaufgaben, dieAufbereitung und Organisation von Wissen fr dieProduktentwicklung und die Verwaltung von Kon-struktionsergebnissen.CAD-Systeme bieten dazu eine Vielzahl von Funk-tionen an, da anders als beim Konstr

18、uieren am Rei-brett ein so genanntes rechnerinternes Modell einerKonstruktionslsung aufgebaut wird, aus dem dannZeichnungen oder andere Darstellungen erzeugt undDaten fr nachfolgende Prozesse abgerufen werdenknnen. Einmal mit einem CAD-System erzeugteLsungen knnen, ebenso wie digital abgelegteNormte

19、ile und Kaufteile, bei spteren Aufgabenstel-lungen die Suche nach geeigneten, wieder verwend-baren Lsungen untersttzen.Nach Struktur und Menge der in einem rechnerinter-nen Modell fr die Beschreibung der Gestalt vonBauteilen enthaltenen Daten (z.B. Linienmodell, Fl-chenmodell, Volumenmodell) untersc

20、heiden sich dieBenutzungsfunktionen und ihre Anwendung. Ihreeffiziente Nutzung hngt vom bungsgrad der Be-nutzer und der Gestaltung der Benutzungsoberflchedes CAD-Systems ab. Erfahrungen belegen, dass derAufwand fr die Schulung von Anwendern wenigeTage bis mehrere Wochen betragen kann.Dieser Aufwand

21、liee sich reduzieren, wenn die Be-schreibung der Benutzungsfunktionen sowie die Ge-staltung der Benutzungsoberflche, z.B. der Men-Symbole, nach einheitlichen Gesichtspunkten erfol-gen wrde. In der Ausbildung erworbene Kenntnisseknnten dann ohne weiteres in der Praxis angewandtwerden.Aufgrund vorlieg

22、ender Ergebnisse von Forschungs-arbeiten ist zu erkennen, dass weitere Benutzungs-funktionen ber die Beschreibung der Geometrie vonBauteilen hinaus notwendig sind. Hierzu gehren dieBeschreibung physikalischer Prinzipien einer L-1 Introduction and objectiveCAD systems are widely used in industry. The

23、y areused in many applications in mechanical engineering,in plant design and in the electrical and electronics in-dustries. Much of the system functionality is specificto the particular application. The functionality of aCAD system characterises the quality and quantity ofinput, processing and outpu

24、t functions it offers its us-ers, both to support individual design activities, aswell as to support the design processes of their organ-isations.Typical individual design activities include, for ex-ample, the definition of requirements for a product,finding solutions, describing and presenting a so

25、lu-tion, calculating and evaluating. Activities for the or-ganisation of the design process include the custom-ising of the CAD system for special design tasks, theorganisation of knowledge about product develop-ment, and the management of design results. CAD systems offer a multiplicity of function

26、s to sup-port these activities, in particular to build a so-calledcomputer-based model of a design solution, fromwhich it is then possible to produce other designs,presentations and data for other processes. CAD sys-tems can be used to support the development of newsolutions, to help develop and fin

27、d standard parts andparts to be bought, and to develop and search for ex-isting and reusable solutions.From one CAD system to another, the structure andquantity of the data contained in a computer-basedmodel for the description of the shape of a product(e.g. line model, surface model, solid model) m

28、ayvary. The use functions and their application may alsodiffer. The efficient use of functionality depends onthe skill level of the users and the organisation of theuser interface of the CAD system. Experience showsthat the time for training users can vary from a fewdays to several weeks. This time

29、could be reduced if the development of usefunctions and the organisation of the user interface(e.g. the menu symbols) took place on the basis ofuniform criteria. Knowledge acquired in trainingcould then be used easily in practice.Results from research work show that even more usefunctions are necess

30、ary, even for the description ofproduct geometry. They include the description of thephysical principles of a solution, such as for connec-tions and physical effects, as well as their relationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher

31、 Ingenieure, Dsseldorf 2003 VDI 2249 3 sung, z.B. mit Hilfe von Wirklinien, Wirkflchen undWirkrumen sowie deren Zusammenhang mit dengeforderten Funktionen und der Bauteilgestalt. Wei-tere Beispiele sind der funktionale und ggf. geomet-rische Zusammenhang von mechanischen, elektri-schen und elektroni

32、schen Komponenten einer L-sung sowie Funktionen zur Organisation parallel-ver-setzter Arbeiten (Simultaneous Engineering).Trotz der nicht abgeschlossenen Entwicklung vonCAD-Systemen erscheint eine einheitliche Beschrei-bung von Benutzungsfunktionen durchfhrbar, da dieberwiegende Menge der Benutzungs

33、funktionen vonCAD-Systemen einer bestimmten Leistung ann-hernd identisch ist.Ziel der Richtlinie ist es, Vorgaben fr eine einheit-liche Beschreibung von CAD-Benutzungsfunktionenund die Gestaltung von Benutzungsoberflchen nachergonomischen Gesichtspunkten zu machen. Siekann alsHinweis auf einen Minde

34、stumfang an Funktionali-tt,Grundlage fr die CAD-Ausbildung undAnleitung fr die Ausfhrung und Anordnung vonSymbolen (Piktogrammen) fr die Mentechnikdienen.Unternehmen, die bereits CAD-Systeme unterschied-licher Hersteller betreiben, soll die Richtlinie bei derVereinheitlichung der Benutzungsoberflche

35、 Hilfe-stellung leisten und CAD-Systementwicklern Anre-gung fr die Gestaltung der Benutzungsoberflchenknftiger Systeme sein.Diese Richtlinie kann aufgrund der sich noch stndigerweiternden Funktionalitt von CAD-Systemennicht vollstndig sein. Sie enthlt jedoch einen gewis-sen Mindestumfang an Benutzun

36、gsfunktionen, mitdem bestimmte Konstruktionsaufgaben ausgefhrtwerden knnen.2 Konstruieren mit CAD-Systemen2.1 KonstruierenDer Konstruktionsprozess ist ein Prozess des schritt-weisen Konkretisierens einer Lsung von der Auf-gabenstellung bis zur konkreten, vollstndig deter-minierten Beschreibung des t

37、echnischen Gebildes5.Beim Konstruieren wird ein technisches Gebilde ge-danklich so weit entwickelt, dass es bezglich seinerfunktionell-geometrischen Struktur eindeutig undvollstndig beschreibbar, abbildbar und herstellbarist. Damit sind im Allgemeinen hinreichende Infor-mationen auch fr eine rechner

38、untersttzte Simula-tion wesentlicher Verhaltensweisen bekannt.with the required function and shape. Other examplesare the functional and, if necessary, geometrical con-nections between mechanical, electrical and elec-tronic components of a solution, as well as the func-tions to enable parallel worki

39、ng in the organisation(simultaneous engineering).Despite the continual development of CAD systems,a uniform description of use functions is possible be-cause most of the use functions of CAD systems of acertain level are fairly similar.One goal of the guideline is to propose defaults for auniform de

40、scription of CAD use functions and the or-ganisation of CAD use interfaces on the basis of er-gonomic criteria. It will serve asa reference for functionality,a basis for CAD training anda guide for the creation and arrangement of iconsfor menu technology.Organisations which already use CAD systems f

41、romdifferent manufacturers may use the guideline tostandardise use and assistance of use interfaces. CADsystem developers may use the suggestions for the or-ganisation of use interfaces in their future systems.This guideline can be not complete due to the con-stant development of new and extended fu

42、nctionalityfor CAD systems. It contains, however, enough usefunctions to implement certain design tasks.2 Design with CAD systems2.1 DesignThe design process is a process of gradual concretis-ing of a solution from the setting of requirementsthrough to the completely determined description ofthe tec

43、hnical object 5.Design of a technical object starts as mental images,but evolves to a state where functional-geometricalstructures are clearly and completely defined and rep-resented. In between these stages, the information isalso available for computer-aided simulation of theobjects behaviour. B55

44、EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 4 VDI 2249Das Konstruieren erfolgt schrittweise in jeweils ber-schaubaren Teilabschnitten, die in geeigneter Formfixiert in ihrer Gesamtheit die Problemlsung darstel-len.A

45、ufgrund der Unschrfe, mit der Begriffe im Zusam-menhang mit dem Konstruieren allgemein und derArbeit mit CAD-Systemen im Speziellen gebrauchtwerden, sollen nachfolgend die in der Richtlinie ver-wendeten Begriffe definitiv abgegrenzt werden.KonstruierenGem Richtlinie VDI 2221 versteht man unter demBe

46、griff Konstruieren:Gesamtheit aller Ttigkeiten, mit denen ausgehendvon einer Aufgabenstellung eine Lsung und diezur Herstellung und Nutzung eines Produktes not-wendigen Informationen erarbeitet werden. DieTtigkeiten beginnen mit dem Klren und Przisie-ren der Aufgabenstellung und enden mit der Pro-du

47、ktdokumentation. Sie schlieen die gedanklicheZusammensetzung der einzelnen Funktionen undTeile eines Produktes, den Aufbau zu einem Ganzenund das Festlegen aller Einzelheiten ein.Im Umfeld der heutigen aktuellen Entwicklungen imBereich CAD wird versucht, die o.g. Ttigkeiten mitHilfe des Rechners dur

48、chzufhren. Hierzu mssendie Ttigkeiten im Konstruktionsprozess beschriebenwerden.CAD (Computer Aided Design)In diesem Zusammenhang ist unter CAD die gene-relle und umfassende Untersttzung aller Konstruk-tionsttigkeiten durch Rechnerhilfsmittel zu verste-hen, d.h. es gehren auer der Geometrieerzeugung

49、auch alle anderen Ttigkeiten des Berechnens, desSimulierens und der Informationsgewinnung zumZwecke der Erstellung eines Produktmodells dazu.ArbeitsschrittEin Arbeitsschritt ist ein nach bestimmten Kriterienabgegrenzter zielgerichteter Teil der Arbeitsttigkeitdes Konstrukteurs. Arbeitsschritte sind elementar,wenn sie sich nicht weiter zerlegen lassen. EineFolge elementarer Arbeitsschritte bildet einen kom-plexen Arbeitsschritt.Arbeitsschritte, die am