DCS-Einführungsvideos - Erfahren Sie mehr über die 3DCS-Toleranzanalyse

1. Was ist ein Variationsanalyse-Modell?

Ein Modell zur Analyse von Maßabweichungen ist eine Simulation einer Baugruppe zur Vorhersage des Ausmaßes der Abweichungen, die sich aus den Toleranzen der einzelnen Teile und der Prozessfolge ergeben. Darüber hinaus hilft eine Schwankungsanalyse-Simulation dabei, die wichtigsten Faktoren zu ermitteln, die zu dieser Schwankung beitragen. 3DCS ist ein Werkzeug zur Dimensionsanalyse, mit dem Sie Simulationen zur Variationsanalyse durchführen können. Es funktioniert, indem es den Fertigungsprozess mit abweichenden Teilen in einer virtuellen Umgebung nachbildet. Die Abweichungen stammen von Toleranzen, die innerhalb bestimmter Bereiche und Verteilungen zufällig variiert werden. 3DCS simuliert den Bau von Tausenden von Baugruppen, um für jede Messung ein statistisches Ergebnis zu erzeugen. Die Software analysiert den Beitrag der einzelnen Toleranzen zur Abweichung. Die Simulationsergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse, um Stärken und Schwächen eines Entwurfs zu identifizieren. Diese Erkenntnisse sind für Revisionen unerlässlich, um Ihre Ergebnisse mit größerer Konsistenz zu verbessern.

2. Ergebnisse - Ergebnisse der Dimensionsanalyse

Der Zweck eines Toleranzanalysemodells besteht darin, zu verstehen, wie sich Teile- und Baugruppentoleranzen auf den Gesamtaufbau und die Passform eines Endprodukts auswirken. Es gibt drei Haupttypen von Ergebnissen, die direkt aus einem Toleranzanalysemodell in 3DCS gewonnen werden können: eine Monte-Carlo-Simulation, eine “High-Low-Median”-Sensitivitätsanalyse und eine GeoFactor-Analyse der geometrischen Auswirkungen. Alle drei Analysen liefern unterschiedliche Informationen zur Bewertung der Produktqualität. Die Monte-Carlo-Simulation (ein Industriestandard) sagt voraus, welcher Prozentsatz der Bauvorhaben die kritischen Qualitätsmerkmale nicht erfüllen wird. Die High-Low-Median-Analyse (HLM) und die GeoFactor-Analyse ermitteln beide, welche Toleranzen am meisten zu diesen Fehlern beitragen. HLM analysiert den Beitrag auf der Grundlage des gesamten Bereichs einer Toleranz. GeoFactor analysiert den Beitrag auf der Grundlage der Teilegeometrie. Eine Kombination dieser drei Ergebnisse liefert die notwendigen Informationen für die Optimierung von Toleranzen, Design und Prozessen. Diese Optimierungen können zu einer Verringerung der Montagezeit, der Nacharbeit, des Materialabfalls und der kostspieligen Nachbearbeitung von Werkzeugen führen.

2a. Simulation - Monte-Carlo-Simulation für Variationsanalysen

Eine Monte-Carlo-Simulation zeigt, ob die Ergebnisse einer Messung “gut” oder “schlecht” sind. Dazu werden Tausende von Bauvorgängen mit virtuellen Teilen simuliert und für jeden Bauvorgang Daten gesammelt. Die Simulation variiert nach dem Zufallsprinzip die Toleranzen innerhalb bestimmter Bereiche für alle Teile, baut die Teile wie in der Bausequenz definiert zusammen und führt dann Messungen für die gewünschten Ergebnisse durch. Diese Sequenz wird eine bestimmte Anzahl von Malen wiederholt, um eine statistische Verteilung zu erhalten. Die Simulationsergebnisse werden in Form eines Histogramms und statistischer Daten für jede definierte Messung dargestellt. Das Histogramm stellt die Häufigkeit dar, mit der ein Messwert in ein bestimmtes Intervall fallen sollte. Die Breite des Histogramms stellt die Schwankungsbreite dieser Messung über alle simulierten Builds hinweg dar. Die benutzerdefinierten Spezifikationsgrenzen geben den akzeptablen Fertigungsbereich an. Aus den Simulationsergebnissen lassen sich für jede Messung der Mittelwert, die Standardabweichung, die Verteilung und andere Statistiken ermitteln.

2b. Sensibilität - Verwenden Sie die Dimensionsanalyse, um Ihr Design zu verbessern

Eine “High-Low-Median”- oder HLM-Sensitivitätsanalyse liefert Informationen zur Verbesserung des Modells. Die HLM-Sensitivität bestimmt, welche Toleranzen den größten Beitrag pro Messung haben. Dazu wird eine einzelne Toleranz auf eine Hoch-, Niedrig- und Mittelwertposition eingestellt, während die übrigen Toleranzen innerhalb eines Modells auf ihren Nennwerten bleiben. Dieser Vorgang wird für alle tolerierten Merkmale wiederholt. Wenn eine bestimmte Toleranz variiert wird und zu einem größeren Wert für eine bestimmte Messung führt, wird die Messung als empfindlicher für diese bestimmte Toleranz angesehen. Jeder prozentuale Beitrag wird auf der Grundlage der entsprechenden Messwerte bei Hoch, Niedrig, Median und Nominal berechnet. HLM Sensitivity listet die Faktoren, die zur Abweichung beitragen, in absteigender Reihenfolge auf. Das Ändern einer Toleranz am Anfang der Liste hat größere Auswirkungen auf die Messung als das Ändern einer Toleranz am Ende der Liste. Beachten Sie, dass eine Toleranz zwar nur einen kleinen Beitrag zu einer Messung leisten kann, ihr Beitrag zu anderen Messungen jedoch groß sein kann.

2c. GeoFactor - Wie stehen Ihre Teile zueinander?

Ähnlich wie die High-Low-Median-Empfindlichkeitsanalyse untersucht GeoFactor die Auswirkung der einzelnen Toleranzen auf eine bestimmte Messung. Im Gegensatz zur HLM-Empfindlichkeit, die den Bereich einer Toleranz analysiert, untersucht die GeoFactor-Analyse den Beitrag der Toleranz auf der Grundlage des Geometrieeffekts. Um diesen Effekt darzustellen, wird das Ergebnis in Form eines G-Faktors angegeben. Der G-Faktor ist der geometrische Multiplikator für jede Toleranz in einer Messung. Wenn eine Toleranz einen G-Faktor < 1 hat, mildert sie den Beitrag der Toleranz zur Abweichung in der Messung. Wenn der G-Faktor > 1 ist, verstärkt er den Beitrag der Toleranz zur Abweichung der Messung. Stellen Sie sich einen Hebel vor, bei dem eine Seite kontrolliert und die andere Seite gemessen wird. Wenn der Drehpunkt in der Mitte des Hebels liegt, ist der G-Faktor 1, da die gemessene Seite in demselben Bereich schwankt wie die kontrollierte Seite. Wenn der Drehpunkt näher an die kontrollierte Seite heranrückt, variiert die gemessene Seite stärker als die kontrollierte Seite. Der G-Faktor wird also größer. Wenn sich der Drehpunkt weiter von der kontrollierten Seite entfernt, variiert die gemessene Seite weniger als die kontrollierte Seite. Der G-Faktor nimmt also ab. Der GeoFactor kann Ihnen bei der Entscheidung helfen, ob eine Änderung des Drehpunkts oder der Geometrie für die Verbesserung des Designs von Vorteil wäre. Im Idealfall hat ein Modell die kleinstmöglichen G-Faktoren, um die Schwankungen zu verringern.

3. Navigieren im Bericht

3DCS Variation Analyst bietet die Möglichkeit, einen Bericht zu erstellen, der die Outputs und Inputs Ihres Modells enthält. Dieser Bericht kann im HTML- oder Excel-Format erstellt werden und ermöglicht eine schnelle und effektive Zusammenarbeit mit Kollegen, Kunden und dem Management. Dank einfach zu bearbeitender Bereiche und automatischer Formatierung können Sie Ihre Ergebnisse weitergeben, ohne tagelang mit dem Ausschneiden und Einfügen von Screenshots und dem Erstellen von Tabellen verbringen zu müssen.

4. Modell-Inputs - Was geht in eine Dimensionsanalyse ein?

Ein 3DCS-Variationsanalyse-Modell erfordert vier grundlegende Eingabeelemente: Teilegeometrie, Montagereihenfolge, Toleranzen und Messungen. Die Teilegeometrie definiert die verschiedenen Merkmale, die in dem Modell analysiert werden sollen. Wenn die CAD-Geometrie noch nicht vorhanden ist, können Punkte zur Darstellung der Teilemerkmale verwendet werden. Die Baugruppenreihenfolge definiert, wie die Teile zueinander stehen und in welcher Reihenfolge sie in der Baugruppe angeordnet sind. In 3DCS definiert eine “Bewegung”, wie ein Teil zu einem anderen positioniert wird. Um jeden dieser Schritte im Bauprozess darzustellen, müssen dem Modell Verschiebungen hinzugefügt werden. Kein Teil kann genau so hergestellt werden, wie es im nominalen CAD entworfen wurde. Abweichungen in der Geometrie eines Teils können die Qualität und Funktion der Baugruppe beeinträchtigen. Toleranzen definieren die Abweichung von der nominalen Geometrie innerhalb bestimmter Grenzen. Durch Bewegungen summieren sich die Toleranzen einzelner Teile und führen zu Abweichungen in der gesamten Baugruppe. Messungen verfolgen dann diese Abweichungen der Baugruppe. Messungen quantifizieren die Schwankungsbreite des gewünschten Ergebnisses – zum Beispiel Spalt, Bündigkeit oder Spiel zwischen Teilen. Selbst wenn einige der Eingabedaten nicht verfügbar sind, kann das Modell dennoch erstellt werden. Es werden vorläufige Eingaben angenommen und ihre Werte können später aktualisiert werden. Dies kann von Vorteil sein, wenn das Modell zu einem frühen Zeitpunkt im Designprozess erstellt wird, da dann die größte Freiheit besteht, Änderungen zur Verbesserung des Designs vorzunehmen.

4a. Teilegeometrie - Wie Sie Ihr Toleranzanalyse-Modell erstellen

Die erste Voraussetzung für ein 3DCS Variation Analysis Modell ist die nominale Teilegeometrie. Dies kann Teile und Baugruppen aus den meisten CAD-Programmen wie CATIA, SolidWorks und NX umfassen. Die Baugruppe der obersten Ebene wird in die 3DCS-Software importiert und ist bereit für die Analyse. Wenn die Sollgeometrie noch nicht existiert oder unvollständig ist, können Punkte verwendet werden, um Features anstelle der CAD-Geometrie darzustellen. Dies ist üblich, um Werkzeuge in einer Baugruppe darzustellen. Punkte können auch verwendet werden, um Designänderungen zu testen, bevor die CAD-Daten aktualisiert werden. Dies ist von Vorteil, um das Design zu optimieren, bevor die Geometrie endgültig festgelegt ist. Alte Teile können durch neue Teile ersetzt werden, wenn das Design aktualisiert wird, ohne dass bereits im Modell erstellte Informationen verloren gehen.

4b. Montagereihenfolge - Bauen Sie Ihr Modell für die Dimensionsanalyse zusammen

Die Montagereihenfolge legt fest, wie sich die Teile zueinander positionieren und in welcher Reihenfolge. In 3DCS definiert eine “Bewegung”, wie ein Teil im Raum angeordnet ist. Die Bewegungen werden dem Modell hinzugefügt, um jeden Schritt im Bauprozess darzustellen. Eine Bewegung spiegelt wider, wie die Variation der Positionierungsmerkmale auf ein Produkt übertragen wird. Im nominalen CAD befinden sich die Teile in ihrer korrekten Position, jedoch ohne eine definierte Beziehung zueinander oder Informationen über die Reihenfolge, in der sie zusammengesetzt wurden. Verschiebungen stellen diese Beziehung und Reihenfolge her. Die meisten Bewegungen stellen die Verbindung eines Teils mit einem anderen dar. Die Features, mit denen Teile verbunden werden, werden auch als Locators bezeichnet. Im Idealfall sind die GD&T-Nullpunkt-Features die Fixpunkte für die Verschiebung. Auf diese Weise sind die Fixpunkte theoretisch perfekt und führen zu einer Abweichung in unkritischen Bereichen des Teils. Sowohl CAD-Features als auch Punkte im Raum können als Locatoren verwendet werden. Aufgrund dieser Punkte ist die CAD-Geometrie für das Modell nicht notwendig, aber für die Visualisierung nützlich.

4c. Toleranzen - Fügen Sie 3DCS-Toleranzen zu Ihrer Maßanalyse hinzu

Die CAD-Geometrie ist zwar auf Perfektion ausgelegt, aber ein gewisses Maß an Abweichung ist bei jedem Herstellungsprozess unvermeidlich. Bei 3DCS fügen Toleranzen diese Abweichung zur nominalen CAD-Geometrie hinzu. Wenn einzelne Teile zusammengesetzt werden, summieren sich die Toleranzen und können zu noch größeren Abweichungen in der gesamten Baugruppe führen. Daher spielen Toleranzen bei der Herstellung eines jeden Produkts eine entscheidende Rolle. Die im 3DCS-Modell verwendeten Toleranzen können von tatsächlich gemessenen Teilen, von den auf den Drucken erlaubten Detailtoleranzen oder von “Was-wäre-wenn”-Szenarien stammen. Die Abmessungen der gefertigten Teile entsprechen nicht immer den in den Detaildrucken angegebenen Höchst- oder Mindestwerten. 3DCS ermöglicht es dem Benutzer, den Bereich, den Versatz, die Verteilung und andere Parameter der Toleranz einzustellen, um den Herstellungsprozess so genau wie möglich zu simulieren. Der genaue Wert des Maßes wird während der Simulation von einem Monte-Carlo-Zufallszahlengenerator nach diesen Parametern zufällig erzeugt. Es gibt zwei Hauptkategorien von Toleranzen: DCS-Toleranzen und DCS-GD&T. DCS Tolerances werden verwendet, um Variationen direkt auf Punkte oder Features anzuwenden. DCS GD&T fügt Variationen entsprechend den GD&T-Angaben im Modell hinzu.

4d. Messungen - Verwenden Sie Messungen, um Ihre Ergebnisse zu quantifizieren

Messungen quantifizieren die Variation der gewünschten Leistung im Modell. Sie helfen dabei, die Auswirkungen von 3D-Toleranzüberlagerungen zu verstehen. Messungen werden verwendet, um festzustellen, wie kritische Maße in einer Baugruppe von Einrichtungs- und Teiletoleranzen beeinflusst werden. Sowohl Punkte auf einer Oberfläche als auch das Feature selbst können zur Definition einer Messung verwendet werden. Es können akzeptable Bereiche für eine Messung festgelegt werden, um Maße, die außerhalb der festgelegten Grenzen liegen, schnell zu identifizieren. Bei einer Monte-Carlo-Simulation ist die Ausgabe einer Messung eine Zusammenfassung von Statistiken, einschließlich Mittelwert, Standardabweichung und vielen weiteren anpassbaren Einstellungen.

Für weitere Videos besuchen Sie den DCS YouTube-Kanal