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CATIA Anwendungsbereiche

CATIA 3D EXPERIENCE - Virtual Products

CATIA adressiert unterschiedliche Anwendungsbereiche. Dassault Systèmes unterscheidet die Domänen Infrastructure, Mechanical Design, Shape Design & Styling (Flächen), Product Synthesis (DMU), Machining (NC) und Analysis (FEM). Diese Gliederung ist lediglich kaufmännisch relevant und spiegelt sich in Paketierungen wider. Die folgenden Erläuterungen orientieren sich dessen ungeachtet an funktionalen Inhalten. Sie basieren auf CATIA V5, gelten aber mit wenigen Abweichungen auch für CATIA V6/3DEXPERIENCE.

Mechanische Konstruktion

Die mechanische Konstruktion wird im Wesentlichen im Modul PDG (Part Design) bzw. PD1 (mit reduzierter Funktionalität) für Festkörpermodellierung abgebildet. Baugruppen werden mit ASD (Assembly Design) bzw. AS1 erstellt. Daneben existiert noch eine Reihe Erweiterungen:

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SMD (Sheet Metal Design) dient der Konstruktionen von (abwickelbaren) Blechteilen.

CFO (Cast & Forged Part Optimizer) erleichtert und beschleunigt die Konstruktion komplexer Gussteile (z.B. Motorenblöcke) durch Automatisierungsfunktionen (Verrundungen und Auszugsschrägen).

FMP/FM1 (Functional Molded Parts) ist ein funktionsbasierter Ansatz zur zur Konstruktion dünnwandiger Gussteile. Verrippungen, Auszugsschrägen und Verrundungen können wesentlich schneller erstellt werden.

ID1 (Interactive Drafting) dient der interaktiven 2D-Zeichnungserstellung und GDR (Generative Drafting) der Ableitung von 2D-Zeichnungen aus 3D-Modellen.

FTA (3D Functional Tolerancing & Annotation) ist die Implementierung des 3D-Master-Modells. Wesentlicher Bestandteil sind 3D-Bemaßung und -Toleranzangaben.

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Flächensoftware

CATIA V5 umfasst eine große Anzahl von Flächenmodulen für unterschiedliche Aufgabenstellungen. Dabei kommen unterschiedliche mathematische Ansätze zur Anwendung.

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Nach folgenden Kriterien kann differenziert werden:

Generative Flächen

Generative Flächen basieren auf Parametern und können durch Änderung der Parameter geändert werden. Ein Parameter ist z.B. eine Stetigkeitsbedingung bezüglich einer benachbarten Fläche, d.h. dass die Änderung der Nachbarfläche eine automatische Anpassung der Fläche bewirkt. Die Module WS1, GS1, GSD, HA1, CCV, GSO, RSO, ABT und DL1 können der Gruppe der generativen Flächen zugeordnet werden.

WS1 (Wireframe & Surface), GS1 (Generative Shape Design 1) und GSD (Generative Shape Design 2) sind verschiedene Leistungsstufen derselben Anwendung. GSO (Generative Shape Optimizer) ist ein Modul zur lokalen oder globalen Überformung von Flächen. Mit RSO (Realistic Shape Optimizer) können Flächen nach einem Berechnungslauf an die Realität (Verzug, Biegung, ...) angepasst werden. CCV (Core & Cavity Design) als Alternative zu GSD sowie HA1 (Healing Assistant) werden vorwiegend im Werkzeugbau (siehe Abschnitt Betriebsmittelkonstruktion) eingesetzt.

Mit DL1 (Developed Shapes) lassen sich Flächen abwickeln (mit begrenzten Deformationen) und Kurven aufwickeln.

Das am häufigsten eingesetzte Flächenmodul ist GS1, das in üblichen Konfigurationen wie MD2 oder CAT+MCE enthalten ist.

Freiformflächen

Freiformflächen werden interaktiv gestaltet und besitzen im Regelfall keine Historie, sodass sich Änderungen benachbarter Geometrien nicht auf die Fläche auswirken. Grafische Hilfsmittel zur Gestaltung der Freiformflächen sind Netze, Vektoren oder virtuelle Kontrollpunkte, an denen "gezupft" werden kann. Vertreter dieser Flächenform sind die Module FS1, FSS, FSO, FSP sowie IMA. FS1 (Free Style Shaper 1) und FSS (Free Style Shaper 2) sind verschiedene Leistungsstufen derselben Anwendung. Hiermit können Flächen auf Basis von ebenen Flächenstücken oder Extrusionsflächen modelliert werden. FSO (Free Style Optimizer) ermöglicht die Bearbeitung von Flächenverbünden. FSP (Free Style Profiler) ist eine Ergänzung zu FS1/FSS, wobei die Flächenerzeugung auf Basis von Kurven-Scharen oder -Netzen erfolgt, wobei im FSP die Historie berücksichtigt wird.

IMA (Imagine & Shape) repräsentiert die Sonderform der Sub-Division-Surfaces (Sub-D). Hierbei können die Oberflächen von Regelkörpern (Würfel, Kugel, ..) ausgehend durch virtuelle Kontrollpunkte geformt werden.

Class-A-Flächen

Class-A-Flächen erfüllen die Anforderung an höchste Oberflächenqualität. Ein typisches Kennzeichen ist die Möglichkeit, Stetigkeiten bis zur 3. Ableitung (Punkt, Steigung, Krümmung, Krümmungsänderung) darzustellen. Mit der CATIA ICEM-Produktfamilie (IAE, ICM, IEX, SRF) kann diese Art von Flächen innerhalb CV5 erzeugt werden (siehe Abschnitt "ICEM Surf und CATIA ICEM ...").

Polygon-Flächen

Polygon-Flächen stellen eine einfache Form der Annäherung einer Fläche durch ebene Polygone dar. In CV5 kann diese Art von Flächen mit dem Modul DSS (Shape Sculptor) erzeugt und geändert werden.

Reverse Engineering

Das Flächenrückführungs-Modul DSE (Digitized Shape Editor) ermöglicht das Einlesen digitalisierter Daten (Punktwolken, Netze, ...) sowie die Aufbereitung und ggf. den Export in einem anderen Format. Eine Weiterverarbeitung der Daten zu Flächen ist z.B. mit FSS oder QSR möglich.

QSR (Quick Surface Reconstruction) übernimmt die aufbereiteten Daten aus DSE und erstellt damit auf einfache Weise nach Benutzer-Vorgaben generative Flächen. Enthalten ist auch eine Feature-Erkennung (Ebenen, Radien, ...).

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NC-Software

CATIA V5 NC (bzw. DELMIA V6/3DEXPERIENCE NC) ist eine integrierte NC-Programmierung, die assoziativ auf die Geometrie- und Technologie-Informationen im Datenmodell aufsetzt.

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CATIA/DELMIA NC gliedert sich in die Anwendungsbereiche

  • Prismatische Bearbeitung
  • 3- bis 5-Achs-Fräsen
  • Drehbearbeitung
  • Simulation

    Für weitere Bearbeitungsarten (z.B. Erodieren) sind integrierte Anwendungen von Drittanbietern verfügbar. Grundlage für jede NC-Anwendung ist das Modul NCG bzw. NG1 (Manufacturing Review).

    Prismatische Bearbeitungen

      Hierzu gehören Punkt-zu-Punkt-Operationen wie Bohrbearbeitungen und ebene Fräs-Operationen wie Taschenfräsen. Diese Funktionalität ist enthalten im Modul PMG bzw. PG1 (Prismatic Machining). Auf PMG kann das Automatisierungsmodul MPA (Prismatic Machining Preparation Assistant) aufgesetzt werden, das die Erzeugung von Bearbeitungsinformationen beschleunigt.

    3- bis 5-Achs Fräs-Bearbeitungen

    Das Modul SMG (Surface Machining) erlaubt das Fräsen beliebiger Flächen mit fester Spindelachse während der Bearbeitung. Darüber hinaus kann die Spindelachse 5-achsig positioniert werden und zur Vermeidung von Kollisionen kann aus der 3-Achs- eine 5-Achs-Bearbeitung abgeleitet werden. Außerdem enthält das SMG-Modul eingeschränkt Möglichkeiten des PMG-Moduls (siehe oben).

    MPG (Multi-pocket Machining) optimiert und beschleunigt die Bearbeitung von Teilen mit mehreren Kavitäten.

    5-Achs-Bearbeitung erweitert die 3-Achs-Bearbeitung um eine oder zwei simultane Achsen. Das Modul MMG (Multi Axis Surface Machining) erweitert SMG um diese Funktionalität.

    AMG (Advanced Machining) beinhaltet sowohl SMG als auch MMG und ermöglicht zusätzlich die Bearbeitung mit der Fräserflanke.

    Drehbearbeitung

    Die grundlegenden Drehoperationen lassen sich mit dem Modul LMG bzw. LG1 (Lathe Machining) erzeugen. Das Modul MLG (Multi-Slide Lathe Machining) baut auf LMG auf und optimiert die Programmierung komplexer Drehmaschinen (Mehrspindler, Werkzeugrevolver, angetriebene Werkzeuge).

    Simulation

    Die grundlegende Simulation der Werkzeugbahn ist im NC-Basismodul NCG bzw. NG1 (Manufacturing Review) enthalten. Weitergehende Möglichkeiten (z.B. Restmaterialdarstellung, Kollisionsvisualisierung, Messfunktion, erweiterter Report) bietet das auf NCG aufbauende Modul NVG (Manufacturing Verification).

    Eine weitere Stufe ist die Simulation einer vollständigen Werkzeugmaschine. Voraussetzung dazu ist die geometrische und kinematische Abbildung der Maschine im Datenmodell. Dies erfolgt mit dem Modul MBG (Machine Tool Builder). Zur Durchführung der Simulation wird MSG (Machine Tool Simulation) benötigt. Zudem ist ein Controller Emulator (CE, siehe folgender Abschnitt) zur Simulation des tatsächlichen Maschinenverhaltens erfolderlich.

    Postprozessoren und Controller Emulatoren

    Ein Postprozessor (PP) wandelt die Steuerbefehle für die Werkzeugmaschine, die zunächst in einem internen bzw. genormen Zwischenformat vorliegen, so um, dass ein Format entsteht, das exakt der Vorgabe des Maschinen-/Steuerungsherstellers entspricht. Der Controller Emulator (CE) liest diese spezifische Steuerinformation und ermöglicht damit die exakte Simulation der Maschine am Bildschirm.

    PPs und CEs werden grundsätzlich nicht von Dassault Systèmes geliefert. Es gibt jedoch eine Zusammenarbeit mit verschiedenen PP/CE-Herstellern, durch die Standard-PPs mit dem CATIA-Code ausgeliefert werden und die ggf. (kostenpflichtig) angepasst bzw. freigeschaltet werden können. Von Fa. IMS sind z.B. über 60 PPs für 3-Achs-Bearbeitung für alle gängigen Steuerungen (Deckel/Maho, Fanuc, Heidenhain, Hurco, Mazak, Siemens u.a.) enthalten.

    NC Wizard

    Der NC Wizard ist eine Entwicklung von SCHWINDT. Er vereinfacht und beschleunigt die Erstellung von NC-Programmen mit CATIA V5. Die Beschreibung finden Sie hier.

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    Betriebsmittelkonstruktion

    Für die Entwicklung von Werkzeugen (insbesondere Gießwerkzeugen) und Vorrichtungen/Sondermaschinen enthält das CATIA-Portfolio einige spezifische Module.

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    CCV (Core & Cavity Design) für den Formenbau ist ein Modul zur Erzeugung generativer Flächen und ersetzt hier GSD (siehe Abschnitt Flächensoftware). Außer allgemeinen Flächenfunktionen wie in GS1 erlaubt CCV z.B. die Konstruktion von Trennlinien und -flächen oder spezieller Radien sowie Schrumpfungen oder Festlegung von Auszugsrichtungen.

    HA1 (Healing Assistant) wird benutzt, um importierte Flächen aus anderen CAD-Systemen zu reparieren, indem z.B. Lücken geschlossen, Überlappungen korrigiert und Flächen miteinander verbunden werden.

    TG1 (Tooling Design) enthält eine Erweiterung des Assembly-Designs ASD. Damit können z.B. in einem Zusammenbau Schraubverbindungen gesamtheitlich eingesetzt und geändert werden mit automatischer Aktualisierung aller beteiligten Elemente.

    MTD (Mold Tooling Design) ist ein erweitertes TG1 für die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen. Darin zusätzlich enthalten sind Werkzeugaufbauten gängiger Hersteller (Hasco, Meusburger, ...) und Funktionen zur schnelleren Konstruktion spezifischer Elemente (Auswerfer, Schieber, Kühlung, ...)

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    Digital Mockup (DMU)

    Unter DMU werden verschiedene Tools zur digitalen Simulation eines Konstruktionsobjekts zusammengefasst.

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    Übliche DMU-Anwendungen sind Einbauuntersuchungen und Kinematik-Simulationen. Typisches Kennzeichen einer DMU-Anwendung sind die Verwendung tesselierter Daten (bei CATIA: CGR-Format) zur Reduzierung der Datenmenge, um auch sehr große Modelle handhaben zu können.

    Am häufigsten verwendet wird das Modul SPA/SP1 (Space Analysis) zur Ermittlung von Kollisionen in statischen und beweglichen Modellen. Zusätzlich lassen sich auch Schnitte abspeichern und 3D-Bauteilvergleiche durchführen.

    DMN/DN1 (DMU Navigator) erlaubt das räumliche und perspektivische Navigieren in Modellen (z.B. Flugmodus) und auch den 2D-Zeichnungsvergleich. Mit dem DMO (DMU Optimizer) können die CGR-Daten auf die äußere Hülle reduziert oder erweiterte Bauraumuntersuchungen (z.B. Einbeziehung von Vibrationen) durchgeführt werden.

    Kinematische Untersuchungen lassen sich mit dem Modul KIN (DMU Kinematics Simulator) durchführen. Hierbei wird zunächst eine ebene oder räumliche kinematische Kette definiert, indem die Körper durch verschiedenartige Gelenke verbunden werden. Durchgeführt wird die Bewegung durch steuerbare Antriebe. Während der Bewegung werden kinematische Parameter (z.B. Spuren vorgegebener Punkte oder resultierende Beschleunigungen) aufgezeichnet. Zusammen mit SPA (Space Analysis) sind Kollisionsuntersuchungen möglich.

    Eine Umkehrung der kinematischen Simulation ist die Einbaubarkeitsuntersuchung mit FIT (DMU Fitting Simulator). Hier werden die  Wege ermittelt, über die ein Bauteil seine Einbauposition erreichen kann und daraus werden z.B. die erforderlichen Bewegungen eines Handhabungsgeräts abgeleitet.

    Eine erweiterte DMU-Anwendung sind die Module zur Menschsimulation (Human Builder), mit der z.B. Arbeitsabläufe optimiert oder die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben überprüft werden können.

    In V5 stehen die DMU-Module auch außerhalb von CATIA als ENOVIA Portal-Konfigurationen zur Verfügung, die auch Viewer für CATIA-Modelle umfassen. Mit dem DV1- bzw. DM1-Viewer können z.B. exakte Messungen oder Zeichnungsvergleiche durchgeführt werden. Wesentlicher Vorteil der DV1/DM1-Viewer ist der direkte Zugriff auf die Originaldaten ohne zeitaufwendige bzw. fehleranfällige Konvertierungen.

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    Finite-Elemente-Berechnung (FEM)

    CATIA V5 bietet Möglichkeiten der Finite-Elemente-Berechnung, die sich an den Anforderungen von Konstrukteuren orientieren. Für Berechnungsspezialisten ist hingegen die Produktlinie SIMULIA Abaqus ausgelegt.

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    Basis für alle FEM-Anwendungen in CATIA V5 ist das Modul GPS (Generative Part Stress Analysis), das die gesamte Berechnungskette Preprocessing (Vernetzung), Solving (Berechnung) und Postprocessing (Ergebnisaufbereitung und -darstellung) für Einzelteile in grundlegender Weise bereitstellt. Häufig kommt ergänzend das Modul GAS (Generative Assembly Structure Analysis) zur Kopplung von Einzelteilen zum Einsatz.

    Werden höhere Anforderungen an die Netzgenerierung erstellt, kann dies erfolgen mit FMD (FEM Solid) für Festkörper (Tetra-/Hexaeder-Vernetzung) oder FMS (FEM Surface) für Flächen. Beide Module enthalten auch eine Schnittstelle ("Bulk Data") zur Ausgabe an Solver anderer Hersteller. RBM (Ruled Based Meshing) erweitert FMS durch die automatische Erzeugung von komplexen Netzen auf Basis definierbarer Regeln.

    Der in CATIA V5 integrierte Solver heißt Elfini. Wenn höhere Anforderungen an die Steuerung dieses Solvers gestellt werden (z.B. mehrere Lastfälle, Knicken, Frequenzanalysen, erweiterte Ergebnisausgabe) kann dies mit EST (Elfini Structural Analysis) erfolgen. Elfini ist begrenzt auf lineare Berechnungen. Für nicht-lineare Berechnungsfälle existiert in CATIA ein alternativer Solver ANL (Nonlinear Structure Analysis), der auf Abaqus-Technologie basiert und auch für thermische Analysen mit ATH (Thermal Analysis) eingesetzt wird.

    GDY (Generative Dynamic Response Analysis) erlaubt das Systemverhalten bei dynamischen Lastfällen zu untersuchen.

    Im Zusammenhang mit FEM kann auch PEO (Product Engineering Optimizer) aus dem Anwendungsbereich Knowledgeware eingesetzt werden, um Produktstrukturen durch Parametervariation nach Zielvorgaben zu optimieren.

    Die am häufigsten eingesetzte FEM-Lizenzkonfiguration ist GPS+GAS+EST.

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    Knowledgeware

    Eine herausragende Eigenschaft von CATIA V5 ist die nahtlose Integration von Knowledgeware-Anwendungen in den Konstruktionsablauf.

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    Bei Knowledgeware-Anwendungen unterscheidet CATIA einerseits Autorenmodule, d.h.Tools mit denen zumeist Key-User Anwendungen erstellen und andererseits Ausführungsmodule, mit denen die Endanwender die Knowledgeware in das Konstruktionsobjekt einbringen. Die bekannteste Knowledgeware-Anwendung ist die PowerCopy. Hierbei wird ein variables Konstruktionsobjekt definiert und in einer Bibliothek abgelegt. Der Endanwender legt die Referenzelemente und variable Parameter fest.

    PKT (Product Knowledge Templates) ist eine Erweiterung der PowerCopy. Die eingesetzten Objekte werden als UDF (User Defined Feature) bezeichnet. Die Inhalte und Strukturen der UDFs bleiben dem Anwender verborgen. Dies ist ein Beitrag zum Knowhow-Schutz, außerdem wird der Strukturbaum übersichtlicher. Um ein UDF einzusetzen, benötigt der Anwender die Runtime-Lizenz KT1 (Product Knowledge Template 1), die in vielen Standard-Konfigurationen (MD2, HD2, ...) nicht enthalten ist.

    Mit KWA (Knowledge Advisor) können Formeln, Regeln und Prüfungen in Konstruktionsobjekte eingebaut werden, z.B. die Einhaltung eines Mindestabstands von Bohrungen in Abhängigkeit vom Durchmesser.  Für die Anwendung dieser Elemente ist keine besondere Knowledgeware-Lizenz erforderlich.

    Der KWE (Knowledge Expert) ist eine Variante des KWA, der sich nicht auf einzelne Elemente bezieht, sondern für ein ganzes Modell gilt. So kann z.B. eine generelle Überprüfung von Auszugsschrägen definiert werden. Die zugehörige Runtime-Lizenz ist KE1 (Knowledge Expert 1), die in den gängigen Konfigurationen enthalten ist.

    Mit PEO (Product Engineering Optimizer) lassen sich Produkte durch Parametervariation nach Zielvorgaben optimieren. Z.B. lässt sich das gewünschte Volumen eines Behälters durch Variation seiner Höhe und/oder Breite als Zielwert definieren. Höhe und Breite werden innerhalb gegebener Grenzen so lange variiert bis der Zielwert erreicht ist. Dabei wird die Variation der Parameter durch Operations-Research-Methoden intelligent gesteuert.

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    Electrical

    CATIA Electrical Anwendungen umfassen die elektrische Verkabelung und Aspekte der Leiterplattenentwicklung.

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    EHI (Electrical Harness Design) ist die Kernanwendung für die Erstellung von Verkabelungen. Damit lassen sich elektrische Kontakte durch Kabel verbinden, die mittels Befestigungselementen geführt und zu Kabelbäumen gebündelt werden. Dabei werden physikalische Vorgaben wie Querschnitte und Durchhänge berücksichtigt.

    ELB (Electrical Library) ermöglicht den Aufbau von Bibliotheken, in denen elektrische Eigenschaften von Bauelementen (Stecker usw.) definiert werden, um sie im Electrical Harness Design zu verwenden.

    EWR (Electrical Wire Routing) leitet - ergänzend zu EHI - aus Schaltplänen den physischen Verlauf der Kabel unter Berücksichtigung der geometrischen Gegebenheiten ab.

    Mit EHF (Electrical Harness Flattening) lässt sich aus dem dreidimensionalen Kabelbaum eine zweidimensionale Fertigungszeichnung (sog. Nagelbrett) ableiten.

    EC1 (Electrical 3D Design & Documentation) ist eine Kompaktlizenz, die EHI, ELB, EWR und EHF mit jeweils etwas reduzierter Funktionalität zusammenfasst.

    Das von den anderen Electrical-Anwendungen unabhängige Modul CBD (Circuit Board Design) stellt - basierend auf dem IDF-Format - eine intelligente Schnittstelle zu ECAD-Systemen her und verknüpft damit Elektronik- und Mechanikanwendungen. Zusammen mit SMD (Sheet Metal Design) können sog. flexible Leiterplatten entwickelt werden.

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