Rechnergestützte Stahlauswahl für Konstrukteure

  

Einleitung

Die Werkstoffauswahl stellt eine wesentliche Aufgabe für den Konstrukteur dar, denn sie bestimmt die Tragfähigkeit und Lebensdauer der Produkte ebenso wie deren wirtschaftliche Herstellung. Bei der Werkstoffauswahl erfährt der Konstrukteur keine nennenswerte methodische Unterstützung, hinzu kommen Informationsdefizite, die sich erheblich auf die Entscheidungssicherheit auswirken.

Um dem Konstrukteur ein Werkzeug an die Hand zu geben mit dem er für die entsprechende Konstruktionsaufgabe zum optimalen Werkstoff geführt wird und sämtliche relevanten Werkstoffinformationen binnen kürzester Zeit zur Verfügung hat wird im Rahmen des Projektes "Rechnergestützte Stahlauswahlmethodik für Konstrukteure" am Institut für Maschinenwesen eine Methodik und ein System zur Stahlauswahl entwickelt. Das Projekt wird von der Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V. gefördert und von mehreren industriellen Projektpartnern und Verbänden begleitet. Zu den Partnern zählen:

 

Konzept zur Stahlauswahl

Es gibt eine Reihe kommerzieller, herstellerunabhängiger Werkstoffdatenbanken, die zur Informationsgewinnung herangezogen werden können. Die Dateninhalte der verfügbaren Werkstoffdatenbanken sind häufig recht unterschiedlicher Art und nicht immer vollständig, d.h. nicht jede Datenbank umfaßt alle für den Konstrukteur relevanten Werkstoffinformationen.

Um an möglichst viele Informationen zu gelangen, bietet sich wie in Bild 1 zu sehen die Stahlauswahl über das Internet an. Auf diese Weise können verschiedene Werkstoffdatenbanken angesprochen werden. Der Anwender bezahlt pro Zugriff und hat lediglich einen geringen Kostenaufwand, da er keine Werkstoffdatenbanken erwerben muß. Dieses Internetkonzept kann auch ohne weiteres in einem firmeninternen Intranet betrieben werden. Dann muß das Unternehmen allerdings eine oder mehrere Datenbanken kaufen.

Ein zusätzlicher Vorteil der Internetimplementierung liegt in der Verwendung eines Web Browsers für die Schnittstelle Konstrukteur - Stahlauswahl, wodurch eine Plattformunabhängigkeit auf der Seite des Anwenders erreicht wird.
 


Bild 1: Konzept zur Stahlauswahl via Internet oder Intranet

 

Am Konstruktionsarbeitsplatz gibt der Konstrukteur über einen Web Browser seine Anforderungen an den Werkstoff zur aktuellen Konstruktionsaufgabe vor.

Den Kern des Stahlauswahlsystems stellt das auf dem Web Application Server laufende Programm dar. Dieses verarbeitet die vom Konstrukteur vorgegebenen Werkstoffanforderungen, generiert daraus die Datenbankabfragen und bereitet die Abfrageergebnisse zur Darstellung auf dem Web Browser auf. Als ein weiteres Modul des Systems wird eine Datenbank aufgebaut, die zum einen die Leistungsinhalte der verfügbaren Werkstoffdatenbanken verwaltet und zum anderen die Steuerung für den Zugriff auf die einzelne Werkstoffdatenbank beinhaltet, da diese häufig modular aufgebaut sind. Durch Änderung der Datenfelder dieser zusätzlich eingeführten Datenbank ist es leicht möglich auf Modifizierungen zu reagieren und damit den administrativen Aufwand erheblich zu reduzieren. Auch die Integration neuer Werkstoffdatenbanken in das bestehende Konzept ist damit auf einfache Weise durchführbar.

Neben dem eigentlichen Stahlauswahlprogramm wird ein Informationssystem entwickelt, das relevante Werkstoffinformationen in Abhängigkeit des Fortschritts des Auswahlprozesses bereitstellt. Hiermit sollen die Entscheidungswege transparent gemacht werden und dadurch die Akzeptanz der rechnerunterstützten Werkstoffauswahl bei den Konstrukteuren gesteigert werden.

 

Stahlauswahlmethodik

Bei der Arbeit mit Werkstoffdatenbanken formuliert der Anwender üblicherweise eine Abfrage mit den gewünschten Werkstoffeigenschaften und gelangt auf diese Weise zu dem geeigneten Werkstoff. Diese Vorgehensweise setzt aber umfangreiches Werkstoffwissen des Anwenders voraus. Eine Vorgabe von Eigenschaften wie Zugfestigkeit stellt in der Regel auch kein Problem dar, schwieriger wird es jedoch bei Kennwerten zur Beschreibung der Verarbeitungseignung für verschiedene Fertigungsverfahren. Hinzu kommt, daß diese Kennwerte häufig nicht direkt in den Werkstoffdatenbanken enthalten sind und mittels vorhandener Werkstoffeigenschaften ausgedrückt werden müssen.

Mit Hilfe der Methodik zur Stahlauswahl sollen relevante Informationen bereitgestellt und damit eine verbesserte Entscheidungsgrundlage für den Konstrukteur geschaffen werden.

Wichtig ist eine Unterstützung aller Phasen der Produktentstehung durch die Methodik, da sich Werkstoffauswahl und Produktgestaltung gegenseitig beeinflussen und nur so ein technisch und wirtschaftlich ausgewogenes Produkt entstehen kann. Mit der Auswahlmethodik ist es möglich anhand der gestellten Werkstoffanforderungen zu jedem Zeitpunkt des Konstruktionsprozesses die denkbaren Werkstoffgruppen oder Werkstoffe zu erfragen und anzeigen zu lassen. Im Laufe des Entwicklungsprozesses werden die gestellten Anforderungen an den Werkstoff immer detaillierter und die Anzahl möglicher Werkstoffe weiter herabgesetzt. Desweiteren besteht die Möglichkeit mit Hilfe von Bewertungskriterien aus den geeigneten Werkstoffen den technisch-wirtschaftlich besten Werkstoff herauszufinden. Die Bewertungskriterien wie beispielsweise Verarbeitungseigenschaften oder Relativkosten können in sogenannten Bewertungsprofilen gespeichert und für spätere Werkstoffauswahlprozesse wieder herangezogen werden.

Ein weiterer Bestandteil der Auswahlmethodik ist die Berücksichtigung von Vorzugswerkstoffen. In vielen Unternehmen wird aus wirtschaftlichen und logistischen Gründen versucht die Anzahl der verwendeten Werkstoffe zu minimieren. Es wird die Eignung dieser bevorzugten Werkstoffe für die vorliegende Konstruktionsaufgabe überprüft und ein Vergleich mit den anderen möglichen Werkstoffen angestellt.

 

Stand der Arbeiten

Zur Zeit wird an der Implementierung der entwickelten Auswahlmethodik und des Informationssystems gearbeitet. Bild 2 zeigt die Oberfläche, die sich dem Konstrukteur bei der Stahlauswahl präsentiert.


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Bild 2: Rechnergestützte Stahlauswahl für Konstrukteure

  Auf der linken Seite sind die einzelnen Menüpunkte zu sehen, mit denen gewünschte Werkstoffeigenschaften direkt vorgegeben werden können oder Angaben zu den vorhandenen Beanspruchungen sowie zur Fertigung gemacht werden können. Die Werkstoffeigenschaften beinhalten u.a. Eigenschaften mechanischer, physikalischer oder geometrischer Art. Zu den Beanspruchungen gehören neben den mechanischen auch die chemischen und thermischen Beanspruchungen. Bei den Fertigungsangaben werden die gängigsten Fertigungsverfahren angeboten, die bei Anwendung vom Konstrukteur angeklickt werden müssen. Anhand der angegebenen Fertigungsverfahren ist das Programm in der Lage die erforderlichen technologischen Eigenschaften des Werkstoffs abzuleiten.

Bevor eine Abfrage an die Werkstoffdatenbanken gestartet wird, soll der Konstrukteur über die erforderlichen Zugriffe und die voraussichtlichen Kosten informiert werden.

Zum Informationssystem gelangt der Anwender direkt über den Menüpunkt Informationssystem oder durch gezieltes Anklicken der entsprechenden Überschrift oder Feldbezeichnung auf der rechten Seite.

Der Menüpunkt Datenbank Info gibt Auskunft über die unterstützten Werkstoffdatenbanken und deren Leistungsumfang. Es können hier auch Datenbanken, z.B. eines Herstellers, angegeben werden auf die bevorzugt zugegriffen werden soll.

 

Ausblick

Nachdem die Zugriffe auf die Werkstoffdatenbanken vollständig umgesetzt sind, soll die graphische Oberfläche überarbeitet und der Sicherheitsaspekt, der bei Internetanwendungen eine bedeutende Rolle spielt, in die Programmierarbeiten aufgenommen werden.
 

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Andreas Große



Stand: 15. September 1998