EP4422813A1 - Verfahren und computerprogrammprodukt zur verbesserung eines herstellungsplans zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils aus einem blech - Google Patents

Verfahren und computerprogrammprodukt zur verbesserung eines herstellungsplans zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils aus einem blech

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EP4422813A1
EP4422813A1 EP22809678.0A EP22809678A EP4422813A1 EP 4422813 A1 EP4422813 A1 EP 4422813A1 EP 22809678 A EP22809678 A EP 22809678A EP 4422813 A1 EP4422813 A1 EP 4422813A1
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EP
European Patent Office
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construction plan
plan
construction
graph
component
Prior art date
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Pending
Application number
EP22809678.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jonas Steiling
Max Hesselbarth
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Optimate GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Optimate GmbH filed Critical Optimate GmbH
Publication of EP4422813A1 publication Critical patent/EP4422813A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35005—Sheet metal cad

Definitions

  • the invention relates to a method for improving a production plan for producing a three-dimensional component from sheet metal
  • the invention further relates to a computer program product for improving a production plan for producing a three-dimensional component from sheet metal.
  • a component can be manufactured from sheet metal in various ways.
  • the two-dimensional development of the component can differ. It follows that different edges of the component must be bent or welded.
  • the different production methods differ in their costs.
  • the object of the invention is to provide a method and a computer program product which improve an existing production plan. This enables the three-dimensional component to be produced more quickly and/or more cost-effectively.
  • This object is achieved according to the invention by a method for improving a production plan for producing a three-dimensional component from sheet metal, the component being manufactured from the sheet metal according to the production plan by means of cutting and bending and/or welding, the production plan comprising a first two-dimensional construction plan , the first construction plan having an outer contour for cutting out the component from sheet metal, the first construction plan having at least one bending edge and optionally one or more weld seams, the first construction plan being divided into surfaces along bending edges and weld seams, wherein the surfaces are rearranged to form at least one second two-dimensional construction plan, with the three-dimensional component being able to be manufactured from the second construction plan, with the construction plans being evaluated according to the length of the outer contour, the length of the weld seams and/or the number of bends, with at least one second construction plan being used the improved crafting plan is created when the rating of the second blueprint is better than the rating of the first blueprint.
  • the two-dimensional construction plan includes a two-dimensional development of the component.
  • the unfolding describes the shape that is to be cut out of the sheet metal.
  • the mold includes an outer contour and optionally recesses within the outer contour. The recesses can be produced, for example, by means of cutting or punching.
  • the construction plan includes bending edges with bending directions and bending angles. If one or more welds are provided, the construction plan also indicates which edges of the sheet metal are to be welded. Bending edges are located within the outer contour, weld seams along two areas of the outer contour that are to be welded together.
  • the production plan can also contain information about the material to be used and/or the sheet thickness.
  • connection of the surfaces to one another is retained when arranging them into a second construction plan.
  • the type of connection between the first construction plan and the second construction plan can differ.
  • the rating of the blueprints provides a measure of the cost and/or manufacturing time of the component.
  • the evaluation metrics can be adaptable by the user of the method. For example, the user may incur costs and/or time for performing a welding operation of a certain length, a cutting operation of a certain length, and/or a bending operation to pretend Furthermore, the evaluation metrics can depend on the material and/or the sheet thickness.
  • the second construction plan is optionally combined with information from the first production plan that is not contained in the second construction plan.
  • information can, for example, be information about the material to be used and/or the sheet thickness.
  • a graph is preferably created from the first construction plan, with the corners of the graph representing the surfaces of the construction plan and the edges of the graph representing the connections between the surfaces, an edge in the graph being able to represent a weld seam, a bending edge, a material connection or a missing connection , wherein the connection represented is changed at least for a part of the edges of the graph in order to generate the second construction plan.
  • Using the graph ensures in a very simple way that the connection of the surfaces is maintained when arranging the surfaces to form a second construction plan. Changing the representation of the edges in the graph can change the way the surfaces are connected.
  • an edge in the graph can only represent a material connection between surfaces that lie in the same plane and adjoin one another. Faces that are adjacent but not on the same plane can be connected by a weld, a flex line, or a missing connection. Faces that are adjacent and coplanar can be joined by a material bond, a weld, or a missing bond.
  • a rectangle of minimum area enclosing the outer contour is preferably determined for the construction plans in each case and the area of the rectangle is included in the evaluation of the respective construction plan.
  • a measure of the material consumption is determined by determining the minimum enclosing rectangle.
  • the ratio of the area of the enclosing Rectangle to the area of the sheet metal used, i.e. a measure of the waste, go into the evaluation of the respective construction plan.
  • the first construction plan has at least one attachment point, the area in which the attachment point lies being an attachment area, stability paths between the attachment areas being determined for each construction plan, with a stability path beginning on an attachment area and ending on an attachment area , whereby a stability path connects surfaces via bending edges and/or weld seams and/or material connections, whereby a second construction plan is evaluated as a stable construction plan if all surfaces that are connected to a fastening surface in the first construction plan via a stability path are also connected in the second construction plan via a Stability path are connected to a mounting surface.
  • the three-dimensional dimensional stability of the component is checked with the stability paths. Faces swept by a stability path will maintain their relative location to the other parts in the manufactured part.
  • the stability paths can therefore be used to determine which areas in the first construction plan should be stable to one another. In the second construction plan, the stability paths can be used to check whether the same surfaces will be stable to one another.
  • a mounting surface contains at least one mounting point and is therefore inherently stable. If there is an attachment point, it can be assumed that the attachment surface is attached to another stable one Component is attached and will therefore have a stable position. All other surfaces must be swept by a stability path to be stable.
  • a stability path begins at a mounting surface and ends at a mounting surface. Since the fastening surfaces in the manufactured component cannot change their position relative to one another, the surfaces covered by the stability path will also retain their position relative to the fastening surfaces. The stability paths thus guarantee that surfaces that are not attachment surfaces have a stable position relative to the attachment surfaces. Surfaces that are not covered by a stability path in the first construction plan are not taken into account when assessing whether the component is stable, since they do not have a stable relative position to the fastening surfaces in the first construction plan.
  • a stability path preferably crosses each bending edge or weld seam at most once. This constraint improves blueprint stability checking. That is, the stability path will not leave a surface through the same bend line or weld that it used to enter the surface. A stability path that enters and exits a surface through the same bend edge or weld is indicative of the surface.
  • the stability path is preferably determined in the graph. Determining the stability path is particularly easy in the graph. It should be noted that edges in the graph that represent a missing connection must not be crossed by the stability path.
  • the first construction plan has at least two attachment points, with the at least two attachment points lying in a first area, with the first area being divided into two attachment areas between the two attachment points.
  • Fastening points can be recognized automatically, e.g. if there are holes of a predetermined size in the surface.
  • the holes can be produced by cutting or punching.
  • the material connection is preferably changed to a missing connection. Since mounting surfaces are inherently stable, this change does not affect the stability of the part.
  • a weld seam is preferably changed into a bending edge or a material connection. Changing a weld to a bend edge occurs on faces that were supposed to be welded at an angle in the first blueprint. Changing a weld to a material joint occurs on surfaces that should be welded in a plane in the first blueprint.
  • a material connection is preferably changed to a missing connection when the second construction plan is created. This is particularly preferred when a surface is divided into multiple surfaces, as there are multiple attachment points in the surface.
  • the three-dimensional component is manufactured according to the improved manufacturing plan using one or more machine tools.
  • Machine tools are machines that can perform one or more of the cutting, punching, bending and welding operations. In this way, the component is produced particularly inexpensively and/or quickly.
  • the method is preferably carried out as a computer-implemented method.
  • the invention also includes a computer program product for carrying out a method according to the invention.
  • Instructions for carrying out a method according to the invention using a computer are preferably stored on a non-volatile computer-readable storage medium.
  • FIG. 2 shows a two-dimensional development of the component from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a subdivided two-dimensional development of the component from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a first graph created from the development shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a second graph created from the graph shown in FIG. 4;
  • Figure 6 shows a second plot generated from the graph shown in Figure 5;
  • FIG. 7 is a schematic view of a component made from the development shown in FIG. 6;
  • FIG. 8 shows the first development from FIG. 2 with two stability paths
  • FIG. 9 shows the second development from FIG. 6 with two stability paths
  • FIG 10 shows the two developments from FIGS. 2 and 6 in comparison.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a three-dimensional component 1.
  • the three-dimensional component 1 consists of four surfaces. In a first face 11 there are three holes 21 . In a second surface 12 are two elongated holes 22 included. A third surface 13 and a fourth surface 14 are used for the stability of the component. Bent edges 23 are provided between the first surface 11 and the second surface 12 and between the first surface 11 and the third surface 13 and the first surface H of the fourth surface 14 . Weld seams 24 are provided between the second surface 12 and the third surface 13 and between the second surface 12 and the fourth surface 14 .
  • FIG. 2 shows a two-dimensional first development of the component from FIG. 1.
  • the construction plan is divided into areas along bending edges 23 .
  • the three holes 21 are recognized as attachment points and in the second surface 12 the two elongated holes 22 are recognized as attachment points.
  • the weld seams 24 are provided between the surfaces.
  • FIG. 3 shows a subdivided two-dimensional development of the component from FIG. There is a respective material connection between the resulting surfaces 11a, 11b, 11c. Likewise, the second surface 12 is subdivided between the elongated holes 22 in such a way that each resulting surface 12a, 12b contains only one attachment point 21. There is a respective material connection between the resulting surfaces 12a, 12b. The resulting five surfaces 11a, 11b, 11c, 12a, 12b are attachment surfaces.
  • FIG. 4 shows a first graph 4 created from the development 2 shown in FIG. 3.
  • the nodes of the graph 4 represent the surfaces of the component 1.
  • the edges of the graph 4 represent the connections between the surfaces.
  • the first surface 11 was divided into three fastening surfaces 11a, 11b, 11c, so that a material connection 25 is represented between each of these fastening surfaces 11a, 11b, 11c.
  • the second surface 12 was divided into two fastening surfaces 12a, 12b, so that a material connection 25 is represented between each of these fastening surfaces.
  • the further edges of the graph 4 represent the corresponding bending edges
  • Second construction plans are generated from the graph of the first construction plan 1 shown in FIG. 4 by changing the types of connections represented. Typically, bent edges are cheaper and quicker to produce than welds, so welds are preferably changed to bent edges. Material connections between mounting surfaces can often be replaced by missing connections.
  • FIG. 5 shows a second graph 4 created from the graph shown in FIG. 4.
  • the two weld seams 24 have been replaced by bending edges 23.
  • the bending edges 23 between the first surface 11 and the second surface 12 have been replaced by missing connections 26.
  • the material connection 25 between the two fastening surfaces 12a, 12b created from the second surface 12 has been replaced by a missing connection 26.
  • FIG. 6 shows a second development 2 created from the second graph 4 shown in FIG. 5.
  • the first development shown in FIG are each connected to the third surface 13 and the fourth surface 14 via bending edges 23 .
  • a comparison of the developments 2 from FIG. 2 and FIG. 6 shows that the development 2 from FIG.
  • Each parameter is preferably evaluated individually, with the weighting of the parameters being adjustable. The sum of the individual ratings gives the Evaluation of the construction plan.
  • the evaluation of the second development and thus of the second construction plan from FIG. 6 is therefore better than the evaluation of the first development from FIG. 2.
  • An improved production plan is therefore created based on the second development 2. With this manufacturing plan, the three-dimensional component can be manufactured faster and more cost-effectively using one or more machine tools than with the original manufacturing plan.
  • FIG. 7 shows a schematic view of a component produced from the development shown in FIG.
  • the second surface 12 is divided into two fastening surfaces 12a, 12b. There is no connection between the two mounting surfaces. Likewise, there is no connection between the parts of the second surface 12 and the first surface 11. Between the third surface 13 and the second surface 12 and between the fourth surface 14 and the second surface 12 there are bending edges instead of weld seams.
  • Figure 8 shows the first development from Figure 2 with two stability paths 30.
  • a first stability path 30 leads from the first surface 11 via a bending edge 23 to the third surface 13 and via a weld seam 24 to the second surface 12.
  • a second stability path 30 leads from the first surface 11 via a bending edge 23 to the fourth surface 14 and via a weld seam 24 to the second surface 12.
  • the stability paths 30 thus meet the condition that they each begin and end on a fastening surface.
  • the stability paths 30 also meet the condition that each bending edge 23 or weld seam 24 is crossed at most once. Since all surfaces are covered by a stability path, the entire component is rated as stable.
  • the stability paths 30 guarantee that all swept surfaces 13, 14 maintain a stable position relative to the mounting surfaces 11, 12.
  • Figure 9 shows the second development from Figure 6 with two stability paths 30.
  • a first stability path 30 leads from the first surface 11 via a bending edge 23 to the third surface 13 and via a further bending edge 23 to a fastening surface 12a of the second surface 12.
  • a second Stability path 30 leads from the first surface 11 via a bending edge 23 to the fourth surface 14 and via a further bending edge 23 to the other attachment surface 12b of the second surface 12.
  • These stability paths 30 also meet the conditions described for FIG. 8, so that the entire component is rated as stable.
  • the painted surfaces 13, 14 will also maintain a stable position relative to the fastening surfaces 11, 12 according to this construction plan.
  • FIG. 10 shows the two developments from FIGS. 2 and 6 in comparison.
  • the minimum rectangle 31 is shown for this.
  • the minimum rectangle is an enclosing rectangle of minimum area. This means that the minimum rectangle encloses the development with minimum area.
  • the area of the minimum rectangle 31 is used as a measure of the material consumption in the assessment of the respective building plan.

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Abstract

Verfahren zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (1) aus einem Blech, wobei das Bauteil (1) nach dem Herstellungsplan mittels Schneiden und Biegen und/oder Schweißen, aus dem Blech gefertigt werden soll, wobei der Herstellungsplan einen ersten zweidimensionalen Bauplan (2) umfasst, wobei der erste Bauplan (2) eine Außenkontur (3) zum Ausschneiden des Bauteils aus einem Blech aufweist, wobei der erste Bauplan (2) zumindest eine Biegekante (23) und optional eine oder mehrere Schweißnähte (24) aufweist, wobei der erste Bauplan (2) entlang von Biegekanten (23) und Schweißnähten (24) in Flächen aufgeteilt wird, wobei die Flächen zu zumindest einem zweiten zweidimensionalen Bauplan (2) neu angeordnet werden, wobei aus dem zweiten Bauplan (2) das dreidimensionale Bauteil (1) gefertigt werden kann, wobei die Baupläne (2) nach Länge der Außenkontur (3), Länge der Schweißnähte (24) und/oder Anzahl der Biegungen (23) bewertet werden, wobei aus zumindest einem zweiten Bauplan (2) der verbesserter Herstellungsplan erstellt wird, wenn die Bewertung des zweiten Bauplans (2) besser ist als die Bewertung des ersten Bauplans (2).

Description

Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Blech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Blech
Weiter betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Blech.
Es ist bekannt, dreidimensionale Bauteile mittels Schneiden und Biegen und/oder Schweißen aus einem Blech herzustellen. Ein Bauteil kann dabei auf verschiedenen Wegen aus einem Blech hergestellt werden. Insbesondere kann sich die zweidimensionale Abwicklung des Bauteils unterscheiden. Daraus folgt, dass unterschiedliche Kanten des Bauteils gebogen bzw. geschweißt werden müssen. Die unterschiedlichen Herstellungswege unterscheiden sich in ihren Kosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, welche einen vorliegenden Herstellungsplan verbessern. Dadurch wird ein schnelleres und/oder kostengünstigeres Erstellen des dreidimensionalen Bauteils ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Blech, wobei das Bauteil nach dem Herstellungsplan mittels Schneiden und Biegen und/oder Schweißen aus dem Blech gefertigt werden soll, wobei der Herstellungsplan einen ersten zweidimensionalen Bauplan umfasst, wobei der erste Bauplan eine Außenkontur zum Ausschneiden des Bauteils aus einem Blech aufweist, wobei der erste Bauplan zumindest eine Biegekante und optional eine oder mehrere Schweißnähte aufweist, wobei der erste Bauplan entlang von Biegekanten und Schweißnähten in Flächen aufgeteilt wird, wobei die Flächen zu zumindest einem zweiten zweidimensionalen Bauplan neu angeordnet werden, wobei aus dem zweiten Bauplan das dreidimensionale Bauteil gefertigt werden kann, wobei die Baupläne nach Länge der Außenkontur, Länge der Schweißnähte und/oder Anzahl der Biegungen bewertet werden, wobei aus zumindest einem zweiten Bauplan der verbesserte Herstellungsplan erstellt wird, wenn die Bewertung des zweiten Bauplans besser ist als die Bewertung des ersten Bauplans.
Der zweidimensionale Bauplan umfasst eine zweidimensionale Abwicklung des Bauteils. Die Abwicklung beschreibt die Form, die aus dem Blech herausgeschnitten werden soll. Die Form umfasst eine Außenkontur und optional Ausnehmungen innerhalb der Außenkontur. Die Ausnehmungen können bspw. mittels Schneiden oder Stanzen erzeugt werden. Weiterhin umfasst der Bauplan Biegekanten mit Biegerichtungen und Biegewinkeln. Falls eine oder mehrere Schweißnähte vorgesehen sind, enthält der Bauplan auch Angaben dazu, welche Kanten des Blechs verschweißt werden sollen. Biegekanten befinden sich innerhalb der Außenkontur, Schweißnähte jeweils entlang von zwei Bereichen der Außenkontur, die miteinander verschweißt werden sollen.
Der Herstellungsplan kann zusätzlich Informationen über das zu verwendende Material und/oder die Blechdicke enthalten.
Damit aus dem zweiten Bauplan das dreidimensionale Bauteil gefertigt werden kann, wird die Verbindung der Flächen zueinander bei dem Anordnen zu einem zweiten Bauplan beibehalten. Das bedeutet, dass Flächen, die im ersten Bauplan über eine Biegekante oder eine Schweißnaht verbunden sind, auch im zweiten Bauplan über eine Biegekante oder eine Schweißnaht verbunden sind. Dabei kann sich die Verbindungsart zwischen dem ersten Bauplan und dem zweiten Bauplan unterscheiden.
Die Bewertung der Baupläne gibt ein Maß für die Kosten und/oder die Herstellungszeit des Bauteils an. Die Bewertungsmetriken können dabei vom Anwender des Verfahrens anpassbar sein. Bspw. kann der Anwender Kosten und/oder Zeit für das Ausführen eine Schweißvorgangs einer bestimmten Länge, einen Schneidvorgang einer bestimmten Länge und/oder einen Biegevorgang vorgeben. Weiterhin können die Bewertungsmetriken vom Material und/oder der Blechdicke abhängen.
Um aus dem zweiten Bauplan einen Herstellungsplan zu erstellen, wird der zweite Bauplan ggf. mit Informationen aus dem ersten Herstellungsplan, die nicht im zweiten Bauplan enthalten sind, kombiniert. Solche Informationen können bspw. Informationen über das zu verwendende Material und/oder die Blechdicke sein.
Bevorzugt wird aus dem ersten Bauplan ein Graph erstellt, wobei die Ecken des Graphen die Flächen des Bauplans und die Kanten des Graphen die Verbindungen zwischen den Flächen repräsentieren, wobei eine Kante im Graph eine Schweißnaht, eine Biegekante, eine Materialverbindung oder eine fehlende Verbindung repräsentieren kann, wobei zur Erzeugung des zweiten Bauplans zumindest für einen Teil der Kanten des Graphen die repräsentierte Verbindung geändert wird. Durch die Nutzung des Graphen wird auf sehr einfache Weise sichergestellt, dass die Verbindung der Flächen bei der Anordnung der Flächen zu einem zweiten Bauplan beibehalten wird. Durch eine Änderung der Repräsentanz der Kanten im Graph kann die Art der Verbindung zwischen den Flächen geändert werden.
Vorteilhaft kann eine Kante im Graph eine Materialverbindung nur zwischen Flächen repräsentieren, die in der gleichen Ebene liegen und aneinandergrenzen. Flächen, die aneinandergrenzen aber nicht in einer Ebene liegen, können über eine Schweißnaht, eine Biegekante oder eine fehlende Verbindung verbunden werden. Flächen, die aneinandergrenzen und in einer Ebene liegen, können über eine Materialverbindung, eine Schweißnaht oder eine fehlende Verbindung verbunden werden.
Bevorzugt wird für die Baupläne jeweils ein die Außenkontur umschließendes Rechteck minimaler Fläche bestimmt und die Fläche des Rechtecks geht in die Bewertung des jeweiligen Bauplans ein. Durch die Bestimmung des minimalen umschließenden Rechtecks wird ein Maß für den Materialverbrauch bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann das Verhältnis der Fläche des umschließenden Rechtecks zu der Fläche des genutzten Blechs, also ein Maß für den Verschnitt, in die Bewertung des jeweiligen Bauplans eingehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Bauplan zumindest einen Befestigungspunkt auf, wobei die Fläche, in der der Befestigungspunkt liegt, eine Befestigungsfläche ist, wobei für jeden Bauplan Stabilitätspfade zwischen den Befestigungsflächen bestimmt werden, wobei ein Stabilitätspfad auf einer Befestigungsfläche beginnt und auf einer Befestigungsfläche endet, wobei ein Stabilitätspfad Flächen über Biegekanten und/oder Schweißnähte und/oder Materialverbindungen verbindet, wobei ein zweiter Bauplan als stabiler Bauplan gewertet wird, wenn alle Flächen, die im ersten Bauplan über einen Stabilitätspfad mit einer Befestigungsfläche verbunden sind, auch im zweiten Bauplan über einen Stabilitätspfad mit einer Befestigungsfläche verbunden sind.
Mit den Stabilitätspfaden wird die dreidimensionale Formstabilität des Bauteils geprüft. Flächen, die von einem Stabilitätspfad überstrichen werden, werden im gefertigten Bauteil ihre relative Lage zu den anderen Bauteilen beibehalten. Über die Stabilitätspfade kann daher festgestellt werden welche Flächen im ersten Bauplan stabil zueinander sein sollen. In dem zweiten Bauplan kann über die Stabilitätspfade geprüft werden, ob die gleichen Flächen stabil zueinander sein werden.
Bevorzugt werden nur als stabile Baupläne gewertete zweite Baupläne bewertet. Bei einer willkürlichen Änderung der Verbindungen zwischen den Flächen können instabile Baupläne entstehen. Aus instabilen Bauplänen kann zwar das dreidimensionale Bauteil gefertigt werden, allerdings erfüllt ein so hergestelltes Bauteil sehr wahrscheinlich nicht den angedachten Zweck. Durch die Überprüfung der Stabilität über die Stabilitätspfade kann die Stabilität, der aus einem zweiten Bauplan hergestellten Bauteile sichergestellt werden. Durch die Nutzung der Stabilitätspfade ist es bspw. möglich unnötige Schweißnähte einzusparen, wenn das Bauteil auch ohne diese Schweißnähte stabil ist.
Eine Befestigungsfläche enthält zumindest einen Befestigungspunkt und ist daher von sich aus stabil. Wenn ein Befestigungspunkt vorhanden ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Befestigungsfläche an einer anderen stabilen Komponente befestigt wird und daher eine stabile Lage aufweisen wird. Alle weiteren Flächen müssen von einem Stabilitätspfad überstrichen werden, damit sie stabil sind. Ein Stabilitätspfad beginnt an einer Befestigungsfläche und endet an einer Befestigungsfläche. Da die Befestigungsflächen im gefertigten Bauteil ihre Lage relativ zueinander nicht verändern können, werden auch die vom Stabilitätspfad überstrichenen Flächen ihre Lage relativ zu den Befestigungsflächen beibehalten. Die Stabilitätspfade garantieren also, dass Flächen, die keine Befestigungsflächen sind, eine stabile relative Lage zu den Befestigungsflächen aufweisen. Flächen, die im ersten Bauplan nicht von einem Stabilitätspfad überstrichen werden, werden bei der Wertung, ob das Bauteil stabil ist, nicht berücksichtigt, da diese schon im ersten Bauplan keine stabile relative Lage zu den Befestigungsflächen aufweisen.
Vorzugsweise kreuzt ein Stabilitätspfad jede Biegekante oder Schweißnaht maximal einmal. Durch diese Einschränkung wird die Stabilitätsprüfung des Bauplans verbessert. Der Stabilitätspfad wird eine Fläche also nicht über dieselbe Biegekante oder Schweißnaht verlassen, über die er die Fläche erreicht hat. Ein Stabilitätspfad, der eine Fläche über dieselbe Biegekante oder Schweißnaht erreicht und verlässt sagt über die Fläche nichts aus.
Bevorzugt wird der Stabilitätspfad im Graph bestimmt. Im Graph ist die Bestimmung des Stabilitätspfads besonders einfach. Zu beachten ist, dass Kanten im Graphen, die eine fehlende Verbindung repräsentieren nicht vom Stabilitätspfad gekreuzt werden dürfen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Bauplan mindestens zwei Befestigungspunkte auf, wobei die mindestens zwei Befestigungspunkte in einer ersten Fläche liegen, wobei die erste Fläche zwischen den beiden Befestigungspunkten in zwei Befestigungsflächen aufgeteilt wird.
Befestigungspunkte können automatisch erkannt werden, bspw. wenn Löcher einer vorbestimmten Größe in der Fläche vorhanden sind. Dabei kann die Herstellung der Löcher durch Schneiden oder Stanzen vorgesehen sein. Zwischen den beiden Befestigungsflächen ist eine Materialverbindung. Eine Kante im Graph zwischen den beiden Befestigungsflächen repräsentiert folglich eine Materialverbindung. Die Materialverbindung wird bevorzugt in eine fehlende Verbindung geändert. Da Befestigungsflächen von sich aus stabil sind, hat diese Änderung keine Auswirkungen auf die Stabilität des Bauteils.
Bevorzugt wird bei der Erstellung des zweiten Bauplans eine Schweißnaht in eine Biegekante oder eine Materialverbindung geändert. Die Änderung einer Schweißnaht in eine Biegekante erfolgt bei Flächen, die im ersten Bauplan unter einem Winkel geschweißt werden sollten. Die Änderung einer Schweißnaht in eine Materialverbindung erfolgt bei Flächen, die im ersten Bauplan in einer Ebene geschweißt werden sollten.
Bevorzugt wird bei der Erstellung des zweiten Bauplans eine Materialverbindung in eine fehlende Verbindung geändert. Dies ist besonders bevorzugt, wenn eine Fläche in mehrere Flächen unterteilt wird, da in der Fläche mehrere Befestigungspunkte vorhanden sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das dreidimensionale Bauteil nach dem verbesserten Herstellungsplan mittels einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen hergestellt. Werkzeugmaschinen sind Maschinen, die einen oder mehrere Arbeitsschritte aus Schneiden, Stanzen, Biegen und Schweißen durchführen können. Das Bauteil wird auf diese Weise besonders kostengünstig und/oder schnell hergestellt.
Das Verfahren wird bevorzugt als computerimplementiertes Verfahren durchgeführt.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Befehle zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Computer werden bevorzugt auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines dreidimensionalen Bauteils;
Fig. 2 eine zweidimensionale Abwicklung des Bauteils aus Figur 1;
Fig. 3 eine unterteilte zweidimensionale Abwicklung des Bauteils aus Figur 1;
Fig. 4 einen aus der in Figur 3 gezeigten Abwicklung erstellten ersten Graphen;
Fig. 5 einen aus dem in Fig. 4 gezeigten Graphen erstellen zweiten Graphen;
Fig. 6 eine aus dem in Fig. 5 gezeigten Graphen erzeugte zweite Abwicklung;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines aus der in Fig. 6 gezeigten Abwicklung hergestellten Bauteils;
Fig. 8 die erste Abwicklung aus Figur 2 mit zwei Stabilitätspfaden;
Fig. 9 die zweite Abwicklung aus Figur 6 mit zwei Stabilitätspfaden; und
Fig. 10 die beiden Abwicklungen aus den Figuren 2 und 6 im Vergleich.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In den Figuren werden Biegekanten gestrichelt dargestellt. Schweißnähte werden in den Figuren mit Strich-Punkt-Linien dargestellt. Fehlende Verbindungen werden in den Figuren der Graphen gepunktet dargestellt.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines dreidimensionalen Bauteils 1. Das dreidimensionale Bauteil 1 besteht aus vier Flächen. In einer ersten Fläche 11 sind drei Löcher 21 vorhanden. In einer zweiten Fläche 12 sind zwei Langlöcher 22 enthalten. Eine dritte Fläche 13 und eine vierte Fläche 14 dienen der Stabilität des Bauteils. Zwischen der ersten Fläche 11 und der zweiten Fläche 12, sowie zwischen der ersten Fläche 11 und der dritten Fläche 13, sowie der ersten Fläche Hund der vierten Fläche 14 sind Biegekanten 23 vorgesehen. Zwischen der zweiten Fläche 12und der dritten Fläche 13, sowie der zweiten Fläche 12und der vierten Fläche 14 sind Schweißnähte 24 vorgesehen.
Figur 2 zeigt eine zweidimensionale erste Abwicklung des Bauteils aus Figur 1. Der Bauplan wird entlang von Biegekanten 23 in Flächen unterteilt. In der ersten Fläche 11 werden die drei Löcher 21 als Befestigungspunkte erkannt und in der zweiten Fläche 12 werden die zwei Langlöcher 22 als Befestigungspunkte erkannt. An Bereichen der Außenkontur 3 der zweiten, dritten und vierten Fläche 12, 13, 14 sind jeweils die Schweißnähte 24 zwischen den Flächen vorgesehen.
Figur 3 zeigt eine unterteilte zweidimensionale Abwicklung des Bauteils aus Figur 1. Die erste Fläche 11 wird zwischen den drei Löchern 21, also den Befestigungspunkten, so unterteilt, dass jede entstehende Fläche 11a, 11b, 11c nur einen Befestigungspunkt 21 enthält. Zwischen den entstandenen Flächen 11a, 11b, 11c besteht jeweils eine Materialverbindung. Ebenso wird die zweite Fläche 12 zwischen den Langlöchern 22 so unterteilt, dass jede entstehende Fläche 12a, 12b nur einen Befestigungspunkt 21 enthält. Zwischen den entstandenen Flächen 12a, 12b besteht jeweils eine Materialverbindung. Die so entstandenen fünf Flächen 11a, 11b, 11c, 12a, 12b sind Befestigungsflächen.
Figur 4 zeigt einen aus der in Figur 3 gezeigten Abwicklung 2 erstellten ersten Graphen 4. Die Knoten des Graphen 4 repräsentieren die Flächen des Bauteils 1. Die Kanten des Graphen 4 repräsentieren die Verbindungen zwischen den Flächen. Die erste Fläche 11 wurde in drei Befestigungsflächen 11a, 11b, 11c aufgeteilt, sodass zwischen diesen Befestigungsflächen 11a, 11b, 11c jeweils eine Materialverbindung 25 repräsentiert wird. Die zweite Fläche 12 wurde in zwei Befestigungsflächen 12a, 12b aufgeteilt, sodass zwischen diesen Befestigungsflächen jeweils eine Materialverbindung 25 repräsentiert wird. Die weiteren Kanten des Graphen 4 repräsentieren die entsprechenden Biegekanten
23 und Schweißnähte 24 zwischen den Flächen. Aus dem in Figur 4 gezeigten Graph des ersten Bauplans 1 werden zweite Baupläne erzeugt, indem die Arten der repräsentierten Verbindungen geändert werden. Typischerweise sind Biegekanten günstiger und schneller herzustellen als Schweißnähte, sodass bevorzugt Schweißnähte in Biegekanten geändert werden. Materialverbindungen zwischen Befestigungsflächen können häufig durch fehlende Verbindungen ersetzt werden.
Figur 5 zeigt einen aus dem in Fig. 4 gezeigten Graphen erstellten zweiten Graphen 4. Im Vergleich zum ersten Graphen wurden die beiden Schweißnähte 24 durch Biegekanten 23 ersetzt. Die Biegekanten 23 zwischen der ersten Fläche 11 und der zweiten Fläche 12 wurden durch fehlende Verbindungen 26 ersetzt. Ebenso wurde die Materialverbindung 25 zwischen den beiden aus der zweiten Fläche 12 entstandenen Befestigungsflächen 12a, 12b durch eine fehlende Verbindung 26 ersetzt.
Figur 6 zeigt eine aus dem in Figur 5 gezeigten zweiten Graph 4 erstellte zweite Abwicklung 2. Im Unterschied zur in Figur 2 gezeigten ersten Abwicklung ist die zweite Fläche 12 keine zusammenhängende Fläche mehr, sondern die beiden aus der zweiten Fläche 12 entstandenen Befestigungsflächen 12a, 12b sind jeweils über Biegekanten 23 mit der dritten Fläche 13 bzw. der vierten Fläche 14 verbunden.
Auf die gleiche Art und Weise können aus dem in Figur 4 gezeigten ersten Graphen 4 weitere zweite Graphen und zugehörige zweite Abwicklungen erzeugt werden. Alle so erzeugten Abwicklungen werden nach Länge der Außenkontur 3, der Länge der Schweißnähte 24 und/oder der Anzahl der Biegungen 23 bewertet. Weiterhin kann der Materialverbrauch bewertet werden, bspw. indem ein minimales Rechteck um die Außenkontur gelegt und dessen Fläche bestimmt wird.
Im Vergleich der Abwicklungen 2 aus der Figur 2 und der Figur 6 wird ersichtlich, dass die Abwicklung 2 aus Figur 6 eine kürzere Außenkontur 3, weniger Schweißnähte 24, weniger Materialverbrauch und mehr Biegekanten 23 aufweist. Bevorzugt wird jeder Parameter einzeln bewertet, wobei die Gewichtung der Parameter anpassbar ist. Die Summe der einzelnen Bewertung ergibt die Bewertung des Bauplans. In der Summe ist die Bewertung der zweiten Abwicklung und damit des zweiten Bauplans aus Figur 6 daher besser als die Bewertung der ersten Abwicklung aus Figur 2. Basierend auf der zweiten Abwicklung 2 wird daher ein verbesserter Herstellungsplan erstellt. Mit diesem Herstellungsplan kann das dreidimensionale Bauteil mittels einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen schneller und kostengünstiger hergestellt werden als mit dem ursprünglichen Herstellungsplan.
Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht eines aus der in Fig. 6 gezeigten Abwicklung hergestellten Bauteils. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Bauteil ist die zweite Fläche 12 in zwei Befestigungsflächen 12a, 12b aufgeteilt. Zwischen den beiden Befestigungsflächen besteht keine Verbindung. Ebenso besteht keine Verbindung zwischen den Teilen der zweiten Fläche 12 und der ersten Fläche 11. Zwischen der dritten Fläche 13 und der zweiten Fläche 12, sowie zwischen der vierten Fläche 14 und der zweiten Fläche 12 sind nun Biegekanten statt Schweißnähte vorhanden.
Figur 8 zeigt die erste Abwicklung aus Figur 2 mit zwei Stabilitätspfaden 30. Ein erster Stabilitätspfad 30 führt von der ersten Fläche 11 über eine Biegekante 23 zu der dritten Fläche 13 und über eine Schweißnaht 24 zu der zweiten Fläche 12. Ein zweiter Stabilitätspfad 30 führt von der ersten Fläche 11 über eine Biegekante 23 zu der vierten Fläche 14 und über eine Schweißnaht 24 zu der zweiten Fläche 12. Die Stabilitätspfade 30 erfüllen damit die Bedingung, dass sie jeweils auf einer Befestigungsfläche anfangen und enden. Die Stabilitätspfade 30 erfüllen auch die Bedingung, dass jede Biegekante 23 oder Schweißnaht 24 maximal einmal gekreuzt wird. Da alle Flächen von einem Stabilitätspfad überstrichen werden, wird das ganze Bauteil als stabil gewertet. Die Stabilitätspfade 30 garantieren, dass alle überstrichenen Flächen 13, 14 eine stabile relative Lage zu den Befestigungsflächen 11, 12 beibehalten.
Figur 9 zeigt die zweite Abwicklung aus Figur 6 mit zwei Stabilitätspfaden 30. Ein erster Stabilitätspfad 30 führt von der ersten Fläche 11 über eine Biegekante 23 zu der dritten Fläche 13 und über eine weitere Biegekante 23 zu einer Befestigungsfläche 12a der zweiten Fläche 12. Ein zweiter Stabilitätspfad 30 führt von der ersten Fläche 11 über eine Biegekante 23 zu der vierten Fläche 14 und über eine weitere Biegekante 23 zu der anderen Befestigungsfläche 12b der zweiten Fläche 12. Auch diese Stabilitätspfade 30 erfüllen die zu Figur 8 beschriebenen Bedingungen, sodass das ganze Bauteil als stabil gewertet wird. Die überstrichenen Flächen 13, 14 werden also auch nach diesem Bauplan eine stabile relative Lage zu den Befestigungsflächen 11, 12 beibehalten.
Figur 10 zeigt die beiden Abwicklungen aus den Figuren 2 und 6 im Vergleich. Dazu gezeigt ist jeweils das minimale Rechteckt 31. Das minimale Rechteck ist ein umschließendes Rechteck minimaler Fläche. Das heißt das minimale Rechteck umschließt die Abwicklung bei minimaler Fläche. In der Figur 10 ist deutlich zu erkennen, dass das minimale Rechteck bei der Abwicklung aus Figur 2 wesentlich mehr Fläche benötigt als das minimale Rechteck bei der Abwicklung aus Figur 6. Die Fläche des minimalen Rechtecks 31 geht als Maß für den Materialverbrauch in die Bewertung des jeweiligen Bauplans ein.
Bezugszeichenhste
Bauteil
Bauplan
Außenkontur
Graph erste Fläche zweite Fläche dritte Fläche vierte Fläche
Loch, Befestigungspunkt Langloch, Befestigungspunkt Biegekante
Schweißnaht
Materialverbindung fehlende Verbindung Stabilitätspfad minimales Rechteck

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Verbesserung eines Herstellungsplans zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (1) aus einem Blech, wobei das Bauteil (1) nach dem Herstellungsplan mittels Schneiden und Biegen und/oder Schweißen, aus dem Blech gefertigt werden soll, wobei der Herstellungsplan einen ersten zweidimensionalen Bauplan (2) umfasst, wobei der erste Bauplan (2) eine Außenkontur zum Ausschneiden des Bauteils aus einem Blech aufweist, wobei der erste Bauplan (2) zumindest eine Biegekante (23) und optional eine oder mehrere Schweißnähte (24) aufweist, wobei der erste Bauplan (2) entlang von Biegekanten (23) und Schweißnähten (24) in Flächen (11, 12, 13, 14) aufgeteilt wird, wobei die Flächen (11, 12, 13, 14) zu zumindest einem zweiten zweidimensionalen Bauplan neu angeordnet werden, wobei aus dem zweiten Bauplan das dreidimensionale Bauteil (1) gefertigt werden kann, wobei die Baupläne nach Länge der Außenkontur (3), Länge der Schweißnähte (24) und/oder Anzahl der Biegungen (23) bewertet werden, wobei aus zumindest einem zweiten Bauplan der verbesserte Herstellungsplan erstellt wird, wenn die Bewertung des zweiten Bauplans besser ist als die Bewertung des ersten Bauplans. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Bauplan ein Graph (4) erstellt wird, wobei die Ecken des Graphen (4) die Flächen (11, 12, 13, 14) des Bauplans und die Kanten des Graphen (4) die Verbindungen (23, 24, 25) zwischen den Flächen (11, 12, 13, 14) repräsentieren, wobei eine Kante im Graph eine Schweißnaht (24), eine Biegekante (23), eine Materialverbindung (25) oder eine fehlende Verbindung (26) repräsentieren kann, wobei zur Erzeugung des zweiten Bauplans zumindest für einen Teil der Kanten des Graphen die repräsentierte Verbindung ( 23, 24, 25, 26) geändert wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante im Graph eine Materialverbindung (25) nur zwischen Flächen, die in der gleichen Ebene liegen und aneinandergrenzen, repräsentieren kann. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Baupläne (2) jeweils ein die Außenkontur (3) umschließendes Rechteck (31) minimaler Fläche bestimmt wird und die Fläche des Rechtecks (31 )in die Bewertung des jeweiligen Bauplans eingeht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bauplan (2) zumindest einen Befestigungspunkt (21, 22) aufweist, wobei die Fläche (11, 12), in der der Befestigungspunkt (21, 22) liegt, eine Befestigungsfläche (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) ist, wobei für jeden Bauplan Stabilitätspfade (30) zwischen den Befestigungsflächen (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) bestimmt werden, wobei ein Stabilitätspfad (30) auf einer Befestigungsfläche (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) beginnt und auf einer Befestigungsfläche (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) endet, wobei ein Stabilitätspfad (30) Flächen (11, 12, 13, 14) über Biegekanten (23) und/oder Schweißnähte (24) und/oder Materialverbindungen (25) verbindet, wobei ein zweiter Bauplan (2) als stabiler Bauplan (2) gewertet wird, wenn alle Flächen (11, 12, 13, 14), die im ersten Bauplan (2) über einen Stabilitätspfad (30) mit einer Befestigungsfläche (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) verbunden sind, auch im zweiten Bauplan (2) über einen Stabilitätspfad (30) mit einer Befestigungsfläche (11a, 11b, 11c, 12a, 12b) verbunden sind. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilitätspfad (30) jede Biegekante (23) oder Schweißnaht (24) maximal einmal kreuzt. - 15 - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilitätspfad (30) im Graph (4) bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bauplan (2) mindestens zwei Befestigungspunkte (21, 22) aufweist, wobei die mindestens zwei Befestigungspunkte (21, 22) in einer ersten Fläche (11) liegen, wobei die erste Fläche (11) zwischen den beiden Befestigungspunkten (21, 22) in zwei Befestigungsflächen (11a, 11b, 11c) aufgeteilt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung des zweiten Bauplans (2) eine Schweißnaht (24) in eine Biegekante (23) oder eine Materialverbindung (25) geändert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung des zweiten Bauplans (2) eine Materialverbindung (25) in eine fehlende Verbindung (26) geändert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Bauteil (1) nach dem verbesserten Herstellungsplan mittels einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen hergestellt wird. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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