Einleitung für das 3D-CAD-System CATIA V5


Inhaltsverzeichnis

1. Grundlagen

2. Vereinbarungen

3.Arbeitsumgebung und Bedienung
   3.1 Das Bildschirmlayout
   3.2 Mausbedienung
   3.3 Arbeiten mit Dialogfenstern

4. 3D-Modellierung
   4.1 Bauteilmodellierung (Parts)
       4.1.1 Skizzieren
       4.1.2 Einfügen von Bedingungen
       4.1.3 Erzeugen von Volumenkörpern
       4.1.4 Positionierung von Skizzen
       4.1.5 Eltern-Kind-Beziehungen
   4.2 Baugruppenmodellierung (Produkte)
   4.3 Freiformflächen

5. Formeln und Parameter

6. Einstellungen

7. Wechseln der Workbenches

1. Grundlagen

CATIA V5 ist ein 3D-CAD-System, das die parametrische Modellierung mit der Anwendung von Formelementen verknüpft und daher als Hybrid-Modellierer bezeichnet wird.

Die Verknüpfung besteht darin, dass jedes Formelement bereits vordefinierte Parameter besitzt, die jederzeit veränderbar sind und für die auch Variablen oder mathematische Formeln eingesetzt werden können. Über Variablen und Formeln ist auch die Definition von Abhängigkeiten zu Maßen anderer Formelemente möglich. Dadurch können Konstruktionsanforderungen und Konstruktionswissen bei der Modellierung direkt in das Modell eingebunden werden.

CATIA besitzt für jede Art von Daten, die in CATIA erzeugt werden, eine spezifische Dokumentenart und eine zu dieser Datenart gehörige Arbeitsumgebung (Workbench), die sich automatisch anpasst, wenn eine artspezifische Bearbeitung durchgeführt werden soll. So können mit CATIA Bauteile (Parts), Baugruppen (Products), Analysen (FEM), DMU-Modelle, Zeichnungen (Drawings) und vieles mehr generiert werden. Der Schwerpunkt dieses Praktikums liegt in dem dreidimensionalen Modellieren von Bauteilen und Baugruppen. Es werden aber auch die Power-Anwendungen wie Analyse und Digitale Modellerstellung verwendet.

Die Daten der einzelnen Dokumentenarten beziehen sich i.d.R. auf eine gemeinsame Datenbasis. Das bedeutet, dass Änderungen an einem Modell, die in einer Arbeitumgebung vorgenommen werden, sich automatisch auch in allen anderen Modulen auswirken, wenn dies vorher festgelegt wird. Ein Beispiel dafür ist die bidirektionale Assoziativität zwischen dem 3D-Modell und der daraus abgeleiteten 2D-Zeichnung. Wird nach dem Ableiten der Zeichnung das Modell geändert, so ändert sich auch die Zeichnung entsprechend. Umgekehrt wirken sich Änderungen in der Zeichnung auch auf das der Zeichnung zugrundeliegende 3D-Modell aus.

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2. Vereinbarungen

Die Beschreibung der Menüs und der einzelnen Menüpunkte erfolgt in dieser Einführung nur soweit, wie die Menüs oder Menüpunkte für das Praktikum relevant sind. Im Rahmen dieser Einleitung und für alle Aufgaben wird folgende Notation vereinbart, die innerhalb der HTML-basierten Hilfesysteme ein wenig abweichen kann, im Kontext jedoch eindeutig bleibt:

Weiterhin sollen noch einige allgemeine Ausdrücke definiert werden, die immer wieder Verwendung finden:

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3. Arbeitsumgebung und Bedienung

3.1 Das Bildschirmlayout

Bild 3-1 Arbeitsumgebung des Systems CATIA V5

Die Arbeitsumgebung des Systems besteht aus folgenden Elementen:

Anmerkung:
Da alle Leisten frei positionierbar sind, müssen sie sich nicht an den hier zu sehenden Stellen befinden oder sie sind evtl. ausgeblendet.

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3.2 Mausbedienung

Generell werden mit der linken Maustaste Menüpunkte gewählt und Objekte selektiert. Selektierte Objekte werden von CATIA farblich (Basiseinstellung: orange) markiert. Die aktuellen Farbeinstellung sind im Menü TOOLS/Optionen, Allgemein, Karteikarte Darstellung zu finden. Der Menütext wird grau statt schwarz dargestellt, wenn eine Funktion gesperrt ist.

Die rechte Maustaste dient bei Objekten des Modells und Spezifikationsbaumes zum Aufruf eines objektspezifischen Kontextmenüs. Dieses Kontextmenü verhält sich wie die Menüleiste und bietet den direkten Zugriff auf allgemeine und objektspezifische Informationen und Einstellungen.

Die Oberfläche von CATIA V5 ist konform zur Windowsoberfläche aufgebaut, so können Sie die Maus im allgemeinen wie gewohnt benutzen, vorausgesetzt Sie arbeiten schon mit Windows.

Ziel Was zu tun ist
Schwenken (Pan) Ziehen bei gedrückter
Rotieren Zuerst die drücken und halten, dann die drücken und halten. Nun die Maus mit gedrückt gehaltenen Tasten bewegen.
Zoomen (hinein/heraus) Zuerst die drücken und halten, dann die drücken und loslassen. Jetzt die Maus bei gedrückt gehaltener hoch oder runter bewegen.
Die Bildschirmanzeige auf einen spezifischen Punkt (Ort des Mauszeigers) zentrieren Die klicken (drücken und loslassen).

Tabelle 3-1 Ändern der Ansicht mit der Maus

Ausführliche Informationen finden Sie auch in der Onlinedokumentation und den Internethilfen dieses Praktikums.

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3.3 Arbeiten mit Dialogfenstern

Werden neben dem Grafikfenster noch ein oder mehrere Dialogfenster auf dem Bildschirm dargestellt, so kann nur im aktivierten Fenster gearbeitet werden. Ein Fenster kann durch Anklicken aktiviert werden (Titelleiste wird farblich hervorgehoben). Nur im aktiven Fenster können Eingaben getätigt werden, Selektionen im Modellbereich sind weiterhin möglich.

Bild 3-2 Mausbedienung in Fenstern

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4. 3D-Modellierung

Wie schon erwähnt besitzt CATIA für jede Art von Daten eine eigene Dokumentenart. Beim Öffnen einer bestimmten Dokumentenart startet CATIA sofort die zugehörige Workbench. CATIA speichert aber auch die individuellen Einstellungen des jeweiligen Benutzers und da z.B. beim Modellieren von Teilen neben der Bauteil-Workbench auch die Flächen-Workbenches verwendbar sind, kann es sein, dass Sie nicht die benötigte Workbench angezeigt bekommen. Die Workbench kann über das Menü START oder den Umgebungsdialog-Button (siehe Bild 3-1) gewechselt werden.

Wesensmerkmal beim Arbeiten innerhalb der Workbenches ist das Selektieren und Ausführen von Funktionen. Die Reihenfolge ist dem Benutzer freigestellt, d.h. er kann zuerst selektieren und anschließend die Funktion aufrufen oder umgekehrt. Sind vor dem Funktionsaufruf zu viele oder im Kontext nicht verwendbare Elemente selektiert, so werden diese Elemente zurückgesetzt und CATIA fordert in der Statuszeile zur erneuten Selektion auf. Bei Problemen sollte die Statuszeile der erste Anhaltspunkt sein. Während einer Funktion können nur die im Kontext verwendbaren Elemente selektiert werden (Mauszeiger wechselt). Zum Selektieren mehrerer Elemente muss das erste normal selektiert werden und die folgenden bei gedrückt gehaltener [STRG]-Taste.

Die Selektion kann am 3D-Modell oder im Spezifikationsbaum erfolgen. Beim Doppelklicken auf Elemente des Spezifikationsbaum wird das zugehörige Dialogfenster angezeigt oder z.B. bei Skizzen in die Skizzierer-Workbench gewechselt. Auf diese Weise kann jederzeit jedes Element direkt angesprochen und geändert werden. Der Spezifikationsbaum ist mit der Taste [F3] ein- und ausblendbar.

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4.1 Bauteilmodellierung

Basis jeder Modellierung sind Skizzen, die mit Hilfe von Produktionsfunktionen und Features zur Erzeugung von Volumenkörpern benutzt werden. Skizzen können offene, geschlossene, geschachtelte oder auch mehrere Profile enthalten, die auf der Skizzierebene gezeichnet werden und mit Bedingungen in ihrer Form exakt bestimmbar sind.

Die prinzipielle Vorgehensweise ist:

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4.1.1 Skizzieren

Über das Menü EINFÜGEN/ Skizzierer wird eine Skizze erzeugt. Um in die Skizzierer-Workbench zu wechseln, muss jetzt eine Skizzenebene selektiert werden. Das können sein:

Auf dieser Ebene wird mit den Skizzierfunktionen die grobe oder exakte Bauteilgeometrie gezeichnet. Zum Skizzieren von Linienzügen mit eingebundenen Bögen findet die Funktion Profil Verwendung. Daneben gibt es eine Vielzahl von fertigen Querschnitten, wie Rechtecke und Kreise. Aber auch einfache Linien und Punkte sind vorhanden. Mit den Profilen, Linien und anderen Funktionen sind alle gewünschten Geometrien direkt oder unter Benutzung der Funktionen Aufbrechen und Trimmen indirekt erzeugbar. Jede Skizze besitzt ein eigenes Koordinatesystem mit einer horizontalen H-Achse und einer vertikalen V-Achse. Bei Verwendung der Skizzenfunktionen verändert sich die sogenannte Toolleiste dynamisch und erlaubt die Eingabe von kartesischen oder polaren Koordinaten zur Bestimmung des nächsten Punktes innerhalb der Erzeugungslogik der jeweiligen Funktion. Die Toolleiste bietet bei einigen Funktionen spezielle Varianten der Funktion zum Aktivieren an (siehe Bild 4-1).

CATIA bietet eine Vielzahl von Hilfsmittel, um die Profilerzeugung zu vereinfachen, z.B.:


Bild 4-1 Skizzen und Funktionen

Sämtliche Elemente sind mit Drag & Drop (Drücken der , Halten, Ziehen und Loslassen) in der Skizzierebene verschiebbar, jedoch nur insoweit die schon vorhandenen Bedingungen dies zulassen.

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4.1.2 Einfügen von Bedingungen

Entspricht das Profil der gewünschten Form, dann ist es an der Zeit, fehlende geometrische und numerische Bedingungen zu generieren bis die Skizze vollständig bestimmt ist. Ist eine Linie vollständig bestimmt, wechselt ihre Farbe zu grün (siehe Bild 4-2). Bezüglich der Standardfarbbelegung schauen Sie in der Onlinehilfe von CATIA oder Internethilfe des Praktikums nach.

Um eine Bedingung zu löschen, muss diese nur selektiert werden und die [Entf]-Taste (bzw. [Del]) gedrückt werden. Auf diese Weise kann in der Regel jedes Element in jeder Workbench gelöscht werden.

Wollen Sie den Wert einer numerischen Bedingung ändern, klicken Sie doppelt auf die Bedingung und geben Sie den neuen Wert in das erscheinende Dialogfenster ein.

Da eine Skizze das Profil evtl. viel zu groß oder klein anzeigt, sollte man die Skizze vollständig bestimmen und erst anschließend die Werte der numerischen Bedingungen abändern. Es kann auch sehr hilfreich sein, die automatische Aktualisierung auf manuell zu schalten und erst nach Änderung mehrerer Parameter mit [STRG]+U eine Aktualisierung zu initiieren (siehe auch Baugruppenhilfe, Aktualisieren).

Bild 4-2 Vollständig bestimmte Skizze

Zur Erzeugung von Bedingungen steht die in Bild 4-3 abgebildete Symbolleiste mit ihren Funktionen zur Verfügung.

Bild 4-3 Symbolleiste Bedingungen

Mit Bedingungen werden numerische Bedingungen (Bemaßungen) erzeugt. Aktivieren Sie die Funktion und selektieren Sie ein Element (Kante). Wollen Sie einen Winkel bemaßen, müssen Sie nur ein weiteres Element anklicken. Es ist hier nicht notwendig, die [STRG]-Taste zu drücken. Manchmal bekommt man die gewünschte Bemaßung schneller, wenn man zuerst die beiden Elemente mit der [STRG]-Taste selektiert und dann die Funktion aktiviert. Bei Winkeln ist anzumerken, dass sie durch geschickte Wahl des Sektors kleinere Wertebereiche benötigen.

Die Funktion Bedingungen animieren kann die Auswirkungen einer schrittweise Wertänderung einer Bemaßung innerhalb eines festgelegten Wertebereichs filmartig visualisieren. Auf diese Weise kann die Auswirkung einer Maßänderung auf die Skizze mit ihren Bedingungen dargestellt und besser verstanden werden.

Automatische Bedingungszuordnung erzeugt, wie der Name es schon verrät, automatisch die Bedingungen zwischen den selektierten Elementen. Vorsicht, das führt nicht immer zum gewünschten Ziel und kann mitunter Mehrarbeit mit sich bringen.

Über die Funktion Im Dialogfenster definierte Bedingungen können numerische und geometrische Bedingungen generiert werden. Wird die Funktion aktiviert, so erscheint ein Dialogfenster in dem die gewünschten Bedingungen durch Ankreuzen und Bestätigen mit OK erzeugt werden (siehe Bild 4-4). Natürlich werden nur die bei der aktuellen Selektion möglichen Bedingungen zur Auswahl gegeben (d.h. es können auch mehr als ein bzw. zwei Elemente selektiert werden).

Bild 4-4 Bedingungsdialogfenster

Anmerkungen:

Die Bedingung Kongruenz kann auch mit Deckungsgleich bezeichnet werden. Wenn Sie beispielsweise den Endpunkt einer Linie kongruent zu einer anderen Linie machen, dann wird der Endpunkt immer auf einer gedachten, Geraden zum Liegen kommen, auf der die Kongruenzlinie liegt. D.h. der Endpunkt ist nur deckungsgleich mit einer gedachten Geraden, aber noch auf ihr beweglich bis z.B. seine Position auf der Geraden mit einer Bemaßung festgelegt wird. Die Elemente werden nur aufeinander ausgerichtet, nicht aber zueinander fixiert. Versuchen Sie es einmal und bewegen Sie mit Drag & Drop die Linie. Werden zwei Punkte kongruent zueinander gesetzt, dann sind sie natürlich deckungsgleich, im wörtlichen Sinne.

Die Bemaßungen sind mit Drag & Drop positionierbar.

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4.1.3 Erzeugen von Volumenkörpern

Nachdem Sie den Skizzierer verlassen haben, können Sie die Skizze mit den Produktionsfunktionen oder Features von CATIA um die dritte Dimension erweitern.

Prinzipiell erscheint mit der Aktivierung einer Funktion ein zugehöriges Dialogfenster, wie es in Bild 3-2 für die Funktion Block zu sehen ist. In diesem Dialogfenster sind die spezifischen Einstellungen der gewählten Funktion zu treffen. Dies kann vom Selektieren der zu benutzenden Skizze über die Werte- und Optionseinstellungen bis hin zur Selektion von Referenzelementen gehen. Die so erzeugten Komponenten sind, wie zu Beginn dieses Abschnitts schon erklärt, über einen Doppelklick (Spezifikationsbaum, Modellbereich) erneut aufruf- und änderbar.

Die Symbolleiste Komponenten für Skizzen (siehe Bild 4-5) spielt hierbei die zentrale Rolle. Mit Block ist eine Translation, mit Welle eine Rotation um eine Achse und mit Rippe sind Trajektionen durchführbar. Daneben sind noch Form-Features in dieser und anderen Symbolleisten zu finden. Die Symbole zeigen anschaulich die zugrunde liegende Funktionalität an, so dass ein schnelles Verständnis und eine sichere Handhabung der direkten Funktionalitäten schon nach wenigen Verwendungen der Funktionen möglich ist. Bei anderen Funktionen (z.B. Lofts) bedarf es jedoch der Erklärung, um ein Verständnis aufzubauen.

Komponenten für Skizzen

Bild 4-5 Komponenten für Skizzen

Die Funktionen sind parametrische Objekte, deren Eigenschaften innerhalb der komfortablen Erzeugungsdialogfenster bestimmt und eingestellt werden. Ihre Funktionalitäten sind nicht zu unterschätzen. Viele der Funktionen haben einen erweiterten Dialogmodus, in dem eine Vielzahl weiterer Einstellungen vornehmbar sind. Die Skizzen dienen hierbei zumeist nur als Querschnitts- oder Begrenzungsvorgabe, d.h. die auf Basis einer Skizze erzeugten Volumenkörper müssen z.B. nicht einmal in der Nähe der Skizze sein, da ihre Position bzw. Ausdehnung über eigene Begrenzungsparameter festgelegt werden. Eine Skizze kann auch als Basis mehrer Funktionen dienen und erscheint dann im Spezifikationsbaum zweimal mit der gleichen Bezeichnung, d.h. eine Änderung der Skizze beeinflusst zwei Funktionsobjekte gleichzeitig.

Neben den in Bild 4-5 gezeigten Funktionen bietet CATIA noch Transformationsoperationen (Verschieben, Spiegeln, Muster, ...), Aufbereitungskomponenten (Fasen, Verrundungen, Schalenelemente, ...) und verschiedenartige boolesche Operatoren (Entfernen, Vereinigen,...). Die booleschen Operatoren dienen der Verbindung einzelner Körper. Mit Körpern sind nicht Bauteile gemeint. Ein Bauteil (Part) kann aus mehreren Körpern bestehen, die über das Menü EINFÜGEN, Funktion Körper erzeugt und mit booleschen Funktionen verknüpft werden. Auf diese Weise sind z.B. komplexe Bauteile in einzelne Funktions- oder Geometriebereiche einteilbar, die getrennt modelliert werden. Erst zum geeigneten Zeitpunkt erfolgt dann die Zusammenführung durch die boolesche Operation. Jedes Bauteil besitzt dabei einen Hauptkörper, der als Primärkörper dient und mit den anderen Körpern verbunden wird. Ein weiterer Körpertyp sind die geöffneten Körper wie Ebenen, Punkte und Linien, die in der Bauteil-Workbench erzeugt werden. Wird eine Referenzebene eingefügt, so erscheint im Spezifikationsbaum ein geöffneter Körper, dem die Ebene untergeordnet ist (nähere Informationen in den Übungen). Die Körper sind auch untereinander mit booleschen Operatoren verknüpfbar, d.h. es muss nicht zwingend der Hauptkörper involviert sein. So kann es einfacher sein, einen zu entfernenden Bereich als Volumenkörper zu erzeugen und mit einer booleschen Operation zu entfernen, als ihn durch materialentfernende Funktionen zu modellieren.

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4.1.4 Positionierung von Skizzen

Funktionen wie Fasen und Verrundungen müssen nicht positioniert werden, da die Selektion der Kante, auf die sie angewendet werden, als Referenz genügen. Anders sieht es bei Form-Features wie Taschen und Bohrungen aus. Ihre Positionierung erfolgt durch Bedingungen in der zugrundeliegenden Skizze und meist relativ zu schon existierenden Geometrien.
Wird eine Bohrung erzeugt, dann wird im Spezifikationsbaum automatisch eine Ebene tiefer eine zugehörige Skizze erzeugt, die einen Punkt enthält. Dieser Punkt und damit die Bohrung selbst, kann jetzt innerhalb der Skizze, mit Hilfe der Bedingungen relativ zu schon existierenden Geometrieelementen (Kanten, Punkte, ...) positioniert werden (siehe Bild 4-6).

Positionierung einer Bohrung

Bild 4-6 Positionierung einer Bohrung

Analog verhält es sich bei allen anderen Skizzen. Sie müssen ebenso innerhalb der Skizze mit Hilfe von Bedingung relativ zu vorhandenen Geometrien oder Referenzelementen positioniert werden. Die sich aus dieser gegenseitigen Referenzierung ergebenden Zusammenhänge sind im nächsten Kapitel kurz erläutert.

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4.1.5 Eltern-Kind-Beziehungen

Die maßlichen und geometrischen Referenzen zur Positionierung von Skizzen auf anderen Geometrien werden Eltern-Kind-Beziehungen oder Abhängigkeiten genannt. Eltern können ohne Kinder existieren, jedoch keine Kinder ohne Eltern. Bei der Veränderung eines Elternelements werden dessen Kinder automatisch regeneriert, um die Modifikationen der Elterngeometrie weiterzugeben. Daher ist es wichtig, Elementbemaßungen und -ausrichtungen so zu referenzieren, dass sich die Konstruktionsmodifikationen korrekt durch das gesamte Modell fortpflanzen.

Im Folgenden soll die Thematik der Eltern-Kind-Beziehungen an einem einfachen Beispiel eines Blocks mit zwei rechteckigen Durchbrüchen verdeutlicht werden (Bild 4-7):

Eltern Kind Beziehungen

Bild 4-7 Eltern-Kind-Beziehungen

Im oberen Teil von Bild 4-7 ist im ersten Fall eine Eltern-Kind-Beziehung durch die Bemaßung Nr.5 zwischen den beiden Durchbrüchen erzeugt worden. Der rechte Durchbruch ist ein Kind des linken Durchbruchs. Über das Maß Nr. 6 sowie die Skizzierebene ist der rechte Durchbruch außerdem noch auf den Block selbst referenziert. Wird jetzt die Breite des linken Durchbruchs geändert (Maß Nr.1), so wird auch die Position des rechten Durchbruchs bezüglich des Blocks verändert.

Im zweiten Fall, der im unteren Teil des Bildes dargestellt wird, ist der rechte Durchbruch so bemaßt, dass zwischen den beiden Durchbrüchen keine Eltern-Kind-Beziehungen entstanden sind. Eine Veränderung der Breite des linken Durchbruchs bewirkt in diesem Fall keine Änderung der Position des rechten Durchbruchs gegenüber dem Block.

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4.2 Baugruppenmodellierung (Produkte)

Bisher wurde die Modellierung mittels verschiedener Techniken auf der Bauteilebene beschrieben. Zur Modellierung einer Baugruppe werden nun diese Bauteile ihrerseits zu Baugruppen zusammengesetzt. Da die Bauteile einer Baugruppe auch in einzelnen Dateien gespeichert sind, können die Einzelteile von mehreren Anwendern im Team bearbeitet werden. Prinzipiell werden zwei verschiedene Methoden zur Modellierung von Baugruppen aus Einzelteilen unterschieden:

Top-Down-Methode
Innerhalb eines Modells wird ein Basisbauteil (bestehend aus Elementen) begonnen, weitere Bauteile werden dann in der Zusammenstellung der bisherigen Teile erzeugt.

Bottom-Up-Methode
Die Einzelteile werden alle getrennt modelliert, abgespeichert und erst in einem neu angelegten Baugruppen-Modell zusammenfügt. Dies ist die in diesem Praktikum verwendete Methode.

Wie schon zuvor erklärt, besitzt CATIA für jede Art von Daten eine eigene Dokumentenart, das ist bei Baugruppen nicht anders. Um eine Baugruppe zu bilden, muß über das Menü DATEI und die Funktion Neu ein Product-Dokument geöffnet werden. Normalerweise startet CATIA standardmäßig mit einem solchen Dokument. Die zugehörige Workbench ist falls notwendig über einen Doppelklick auf die oberste Komponente des Spezifikationsbaum aktivierbar. Die Baugruppen-Workbench bietet die in Bild 4-8 zu sehenden Symbolleisten.

Baugruppen-Workbenchleisten

Bild 4-8 Baugruppen-Workbenchleisten

Entsprechend der Top-Down-Methode können über die Symbolleiste Tools Produktstruktur neue Komponenten (Baugruppen, Unterbaugruppen) und Teile (Bauteile) eingefügt werden. Der Bottom-Up-Methode wird durch das Einfügen von Komponenten (Bauteile, Baugruppen, Unterbaugruppen) Rechnung getragen. Da viele Komponenten mehrfach innerhalb eines Produkts enthalten sind, ist eine schnelle Duplizierung ebenfalls möglich. Auch das Austauschen der einzelnen Komponenten ist als Funktion verfügbar, so dass die gesamte Produktstruktur einfach und effektiv zu verwalten ist. Dem Benutzer ist es natürlich freigestellt, welche der Methoden er verwendet oder ob er sie evtl. kombiniert.

CATIA positioniert die eingefügten Komponenten immer im Ursprung des Produktkoordinatensystems. Da dies meist nicht die gewünschte Position ist und es zur Erzeugung von Bedingung sinnvoll ist, die zu verknüpfenden Komponenten frei zu positionieren, stehen in der Symbolleiste Bewegen die entsprechenden Funktionen zum Verschieben, Versetzen und Zerlegen der Komponenten zur Verfügung. Manipulation ermöglicht das Verschieben von Komponenten entlang einer Achse, auf einer Ebene oder das Rotieren um eine Achse. Versetzen erlaubt das Ausrichten einer Komponenten in Bezug zu einer anderen und Zerlegen generiert eine Explosionsdarstellung von Produkten.

Da Komponenten also erzeugt, eingefügt und bewegt werden, bleibt noch die Erzeugung von Bedingungen mit der zugehörigen Symbolleiste. Die Bedingungen dienen zur Positionierung der Komponenten zueinander, so daß die gewünschte Anordnung der Einzelteile entsteht, die zusammen das Produkt ergeben.

Eine zentrale Rolle kommt der Kongruenzbedingung zu. Mit ihr werden je nachdem, welche Elemente selektiert wurden, konzentrische, koaxiale (Bohrungen, Wellen,...) oder koplanare Anordnungsbedingungen generiert. Bei der Selektion von zwei Flächen kann der Benutzter entscheiden, ob die Normalenvektoren der Flächen in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung zeigen sollen. Beiden selektierten Flächen gemeinsam ist dann die Ebene, auf der sie liegen, d.h. sie müssen sich nicht zwangsläufig berühren. Ebenso verhält es sich bei der Kontaktbedingung, hier ist nur die Richtung der Normalenvektoren schon festgelegt. Sie ist sozusagen eine speziell konfigurierte Kongruenzbedingung. Neben den schon erwähnten, sind noch die Fixier- (relativ, absolut), Offset- und Winkelbedingung verfügbar. Die anderen Funktionen dienen der Handhabung von Bedingungen und erklären sich weitestgehend durch ihre Bezeichnung.

Die Funktion Muster wiederverwenden ist sehr hilfreich um die Duplikation und Erzeugung von Bedingungen vielfacher Komponenten zu erleichtern. Wird beispielsweise eine Lochplatte mit 20 Bohrungen verwendet und in jede dieser nach einem Muster angeordneten Bohrungen soll eine Schraube eingefügt werden, so ergibt sich folgende prinzipielle Vorgehensweise:

CATIA dupliziert und positioniert die Schraube entsprechend der Einstellungen des Erzeugungsdialoges der Funktion Muster wiederverwenden. Der Benutzer muss also nicht alle 20 Schrauben einzeln einfügen und ihre Bedingungen generieren, was den Umgang mit Mustern und Anordnungen in Mustern innerhalb einer Baugruppe wesentlich vereinfacht. Inhaltsverzeichnis

4.3. Freiformflächen

CATIA unterscheidet zwischen drei verschiedenen Workbenches zur Gestaltung und Bearbeitung von Freiformflächen, die durch die Möglichkeit der Interaktion mit z.B. den Geometrien aus der Bauteil-Workbench noch erweitert werden.

Die Workbenches sind im einzelnen:

Bei der FreeStyle Shaper & Optimizer Workbench (FSOW) handelt es sich um eine vollkommen eigenständige Arbeitsumgebung zum Arbeiten mit Flächen, die in Bezug zu anderen Geometrien oder digitalen Daten erzeugt und verändert werden. Die Flächen verfügen über Polygonnetze mit räumlich angeordneten Stützpunkten. Die Stützpunkte erlauben z.B. eine gleichförmige, ungleichförmige oder symmetrische Verformung der Fläche. Auch das Erzeugen von Flächen auf Basis von Punktwolken ist in dieser Umgebung möglich, so dass z.B. externe Vermessungsdaten zur Erzeugung und Analyse oder Bearbeitung von Flächen verwendbar sind.

Die Wireframe & Surface Workbench (WSW) ist im Wesentlichen nur eine reduzierte Form der Generative Shape Design Workbench (GSDW), die in ihren Funktionalitäten speziell auf das Arbeiten mit Drahtmodellen abgestimmt ist. In der GSDW sind Erweiterungen zur Gestaltung (Verrundungen, ...) und Handhabung zu finden, die der WSW fehlen.

Im Rahmen des Praktikums wird zur Zeit nur die GSDW verwendet. Die dabei benutzten Funktionen entsprechen den Produktionsverfahren beim Modellieren von Volumenkörpern, sie sind jedoch auf Flächenoperationen begrenzt. Die Flächen selbst können frei im Raum plaziert und angepasst werden. Innerhalb der Bauteil-Workbench ist es möglich, Material auf diesen Flächen aufzubringen oder einen ganzen Volumenkörper zu erzeugen, der durch diese Flächen begrenzt wird.

In der GSDW dienen Skizzen, Profile und Punkte als Ausgangspunkt für die Erzeugung von Flächen. Ein einfaches Element ist z.B. die Linie. Sie kann zu einer Fläche extrudiert werden. Die Profile sind aber nicht auf einzelne Linien beschränkt, auch Splines sind verwendbar. D.h. die gesamte Funktionalität des Skizzierers findet auch hier Verwendung, so dass aus offenen und geschlossenen Profile durch Translation, Rotation und Trajektion die gewünschten Flächen generierbar sind. Außerhalb des Skizzierers spielen Punkte eine tragende Rolle. Sie dienen als Start- und Endpunkt oder als Stützpunkte von Linien, Splines und anderen Geometrien. Hier ist es also möglich, mit Hilfe entsprechend plazierter Punkte eine dreidimensionale Splines zu erzeugen.

Mit den so generierten Profilen und Drahtmodellen können direkt (z.B. durch Translation, ...) Flächen erzeugt oder indirekt Bereiche, die durch Linienzüge begrenzt werden, mit einer Fläche gefüllt werden. Manipulationen wie Verrundungen und ähnliches sind ebenfalls durchführbar. Die so erzeugten Freiformflächen weisen oft Unterschiede auf, die in der normalen, schattierten Darstellung nicht deutlich zu sehen sind. Eine Flächenanalyse hilft dabei, diese Unterschiede durch Anzeige des Verlaufs der Flächenkrümmungen (Gauss'sche Radien) mittels Farbverläufen anschaulich zu machen.

Weitere Informationen werden im Laufe der Übung zur Verfügung gestellt.

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5. Formeln und Parameter

Die mit den Funktionen von CATIA generierten Objekte des Spezifikationsbaumes sind bei Einhaltung der in dieser Einleitung skizzierten Vorgehensweise über ihre Parameter definiert. Da sind zum einen die numerischen Bedingungen der Skizzen und zum anderen die Einstellungen der Erzeugungsdialoge und Parameter, die Objekte einer bestimmten Kategorie standardmäßig besitzen. Der Benutzer kann natürlich auch benutzerspezifische Parameter einfügen und über Formeln mit Werten versehen bzw. mit schon vorhandenen Parametern verknüpfen. Durch das Aufstellen von solchen Beziehungen zwischen den Parametern eines Bauteils oder einer Baugruppe lassen sich Konstruktionsanforderungen und Konstruktionswissen direkt in das Modell mit einbinden.

Symbolische Bemaßungsparameter eines Blocks

Bild 5-1 Symbolische Bemaßungsparameter eines Blocks

Für den in Bild 5-1 abgebildeten Block kann beispielsweise definiert sein, dass sich die Kantenlängen L0 und L1 sowie L1 und L2 jeweils um den Faktor zwei unterscheiden. Um diese Konstruktionsabsicht im Teil festzuschreiben, werden die Beziehungen

      L1=2*L0 und
      L2=2*L1

definiert. Eine Veränderung der Länge L0 bewirkt nach der Definition dieser Beziehungen, dass die Längen L1 und L2 automatisch im angegebenen Verhältnis mitgeändert werden.

Ein weiteres Beispiel für den in Bild 5-1 gezeigten Block ist die Definition einer Variablen V (Volumen) und Zuweisung eines festen Wertes. Damit können die Beziehungen so definiert werden, dass die Länge L2 nicht mehr von L1 abhängt, sondern aus dem Volumen V berechnet wird:

      V=(Zahlenwert)
      L1=2*L0
      L2=V/(L0*L1)

Mit jeder Änderung der Länge L0 werden der Wert für L1 aus der Formel L1=2*L0 und der Wert für L2 aus L0, L1 und dem vorgegebenen Volumen V berechnet.

Zur Handhabung der Parameter und Formeln bietet CATIA die Funktion Formel ) aus dem Menü TOOLS an. Bei ihrer Aktivierung erscheint das in Bild 5-2 zu sehende Dialogfenster.

Formeln

Bild 5-2 Dialogfenster Formeln

Die Art (Alle, Benutzerspezifische, ...) der angezeigten Parameter wird über das Listenfeld Filter anwenden auf ... und seine Optionen festgelegt. Die Auswahl des Objektes, dessen Parameter angezeigt werden, erfolgt im Modellbereich oder Spezifikationsbaum durch Anklicken. Das Auffinden eines bestimmten Parameters ist so sehr schnell und effektiv durchführbar. Durch Markieren eines Parameters in der Tabelle ist es möglich, diesen in den unter der Tabelle zu sehenden Feldern zu bearbeiten. Hier wird der Name und Wert (Zahl, Formel) eines Parameters festgelegt und zugewiesen. Mit dem Ankreuzfeld rechts unter der Tabelle, ist ein Parameter (in-)aktivierbar. Die Parameter-Buttons erklären sich durch ihre Benennung von selbst.

Wird ein Parameter in der Tabelle doppelt angeklickt oder markiert und der Button gedrückt, dann erscheint das reduzierte Dialogfenster Formeleditor aus Bild 5-3. In der Zuweisungszeile wird die Formel eingegeben bzw. durch Selektieren und Eingaben mit der Tastatur erstellt.

Dialogfenste Formeleditor (reduziert)

Bild 5-3 Reduzierter Formeleditor

Eine wesentlich komfortablere Oberfläche (siehe Bild 5-4) zur Erstellung von Formeln erscheint bei der Betätigung des Buttons . In dem Listenfeld Datenverzeichnis wird festgelegt, welche Elemente in dem oder den Feldern rechts daneben zu sehen sind. Das rechte Listenfeld zeigt die selektierbaren Elemente an. Selektieren Sie hier ein Element, dann wird es in der Zuweisungszeile eingefügt. Dies bedeutet, in dieser Umgebung sind alle innerhalb einer Formel verwendbaren Elemente und Zeichen auffindbar. Wird z.B. als Datenverzeichnis die Option Math selektiert, erscheint nur ein Listenfeld rechts, in dem alle verfügbaren mathematischen Funktionen aufgelistet sind, die von CATIA unterstützt werden. Der Vorgang des Formelerstellens reduziert sich also auf filtern und selektieren, bis die gewünschte Formel in der Zuweisungszeile zu sehen ist.

Dialogfenster Formeleditor (erweitert)

Bild 5-4 Erweiterter Formeleditor

Über sogenannte Konstruktionstabellen (ASCII-Datei oder Exceltabellen) ist es möglich, Parameter mit Datensätzen zu verknüpfen, was insbesondere bei Komponentenfamilien von Vorteil ist. Ein gutes Beispiel hierfür sind Schrauben. Die Form einer Schrauben kann über eine begrenzte Anzahl von Parametern bestimmt werden (Länge, Kopfhöhe, Kopfdurchmesser, ...). Sie können nun mit einer Tabelle, in der die einzelnen Parameter den Spalten zugeordnet sind und in den Zeilen die Datensätze der jeweiligen Schraubengröße stehen, eine komplette Schraubenreihe erzeugen (z.B. von M2 bis M50). Die Geometrie des Modells ist dann über den jeweiligen Datensatz definiert.

Die hier erläuterten Möglichkeiten der Benutzung von Parametern und Formeln, werden in CATIA durch die sogenannte Knowledgeware erweitert. Die Knowledgeware stellt eine Vielzahl von Funktionalitäten zur Verfügung, die das Einbringen von Konstruktionsanforderungen und Konstruktionswissen erweitert bzw. verbessert. Mit diesen Funktionen ist es z.B. möglich, Entscheidungen in if ... then ... else Form zu integrieren. Weiter Informationen hierzu finden Sie in der Onlinedokumentation von CATIA.

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6. Einstellungen

Catia bietet die Möglichkeit, unter dem Menüpunkt TOOLS => Optionen verschiedene Einstellungen vorzunehmen. Unter anderem kann man die verschiedenen Anzeigen im Spezifikationsbaum erweitern oder einschränken. Für die Übungen 6 und 7, sowie die Übung 13 sind folgende Einstellungen wichtig:

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7. Wechseln der Workbenches

Um in Catia die Workbench zu wechseln, muss man zuerst die Spitze des jeweiligen Spezifikationsbaumes aktivieren. Dann kann man über START oder durch anklicken des Workbenchsymbols (oben rechts) in die gewünschte Workbench wechseln.

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