Software: CAD - Tutorial - Optimierung - Workflow

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Experiment-Workflow

Ein Experiment ist durch seine Reproduzierbarkeit gekennzeichnet:

Unter definierten Bedingungen werden ein oder mehrere Versuche mit einem Versuchsobjekt durchgeführt.
Wiederholt man ein Experiment auf Basis der beschriebenen Konfiguration, so gelangt man zu den gleichen Aussagen in Bezug auf das Verhalten des Versuchsobjekts.
Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist nicht an den konkret genutzten Versuchsstand gebunden.

Technische Experimente verfolgen meist einen Zweck - sie sind zielorientiert:

Wir wollen z.B. in dieser Übung zielgerichtet herausbekommen, welche konkreten Abmessungen unsere Biegefeder besitzen muss, damit sie möglichst gut alle Anforderungen erfüllt. Dazu benutzen wir OptiY, welches als selbständigen Programm zu starten ist.
Den Autodesk Inventor können wir vorläufig beenden. Dieses CAD-Programm wird später automatisch vom OptiY gestartet.

CAD-Modell einbinden

Nach dem Start von OptiY präsentiert sich das Experiment noch als leerer Workflow:

In diesen Workflow fügen wir zuerst als Simulationsmodell unser in Autodesk Inventor erstelltes CAD-Modell ein:

Nach der Wahl des Modelltyps plaziert man das zugehörige Symbol durch Mausklick mitten in den Workflow.
Dieses Symbol repräsentiert nur die Schnittstelle zwischen OptiY und Autodesk Inventor.

Nach Doppelklick auf dieses Symbol kann man die konkret als CAD-Modell zu verwendende Datei wählen:

Nach Wahl der Datei Feder_xx.ipt versucht OptiY, das Programm Autodesk Inventor mit dieser Datei zu starten.
Achtung: Bei diesem Start kann es zu einer Fehlermeldung kommen, wenn das OptiY-Programm mit Administrator-Rechten gestartet wurde:
In den Kompatibilitätseinstellungen der OptiY-Eigenschaften muss die Berechtigungsstufe "Programm als Administrator ausführen" deaktiviert sein!
Desweiteren muss Autodesk Inventor bereits als COM-Objekt registriert sein, damit es vom OptiY gestartet werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass Autodesk Inventor einmal mit der Berechtigungsstufe "Programm als Administrator ausführen" gestartet wurde! Danach ist diese Berechtigungsstufe ebenfalls wieder zu deaktivieren.

Nach erfolgreichem Einfügen vergeben wir einen markanten Namen mit sinnvollem Kommentar für das CAD-Modell:

Für das Arbeitsverzeichnis ersetzen wir den konkreten Pfadnamen durch das Kürzel "\", welches das Verzeichnis repräsentiert, in welchem sich OptiY-Modelldatei (Typ=.opy) befindet.
Als Benutzer-Option kann man vorgeben, ob ein Speichern des CAD-Modells mit den vom OptiY eingespeisten Parametern erfolgen soll. Dafür muss man dann das gewünschte CAD-Format wählen.
Wichtig: Wir benötigen keinen File-Export!

Wir schließen die Konfiguration der Zuordnung der CAD-Datei Feder_xx.ipt zum Programm Autodesk Inventor durch quittieren mit OK ab:

Danach speichern wir den aktuellen Zustand des OptiY-Projektes.
Die OptiY-Modelldatei Feder_xx.opy speichern wir im gleichen Ordner, wie die CAD-Datei Feder_xx.ipt (mit Teilnehmernummer xx=00..99).

Nennwerte in das CAD-Modell einspeisen

Die Nennwerte der Biegefeder-Abmessungen sollen so geändert werden, dass sich die Biegefeder im Sinne der Anforderungen optimal verhält:

Dazu muss man im Experiment-Workflow entsprechende Nennwerte (z.B. Laenge, Breite, Dicke) definieren und mit den zugehörigen Parametern (L_xx, b_xx, t_xx) des CAD-Modells verknüpfen.
In einem ersten Schritt fügt man dafür mit dem Workflow-Editor abstrakte Daten-Objekte ein:

Diese Nennwert-Objekte kann man mittels Mausklick auf dem Workflow-Desktop ablegen.
Hält man dabei die Strg-Taste gedrückt, so kann man mehrere nacheinander ablegen.
Die Standardbezeichner Nennwert_x sollte man durch sinnvolle Namen entsprechend der konstruktiven Entwurfsgrößen versehen. Ein zusätzlicher Kommentar erleichtert die spätere Deutung:

Falls es beim Zuordnen der konkreten CAD-Datei keine Fehlermeldung gab und das OptiY seitdem nicht beendet und neu gestartet wurde, sollte Autodesk Inventor unsichtbar im Hintergrund aktiv sein:

Dies kann man mit dem Windows-Taskmanager überprüfen. Wenn man die Ansicht der gestarteten Prozesse nach der Arbeitsspeicher-Größe ordnet, wird Inventor.exe an oberer Stelle aufgelistet:

Wichtig: Ist der Inventor-Prozess nicht gestartet, so muss man dies jetzt nachholen (Taskmanager geöffnet lassen!):

Dazu ist im Konfigurationsdialog des CAD-Modells erneut die Datei "Feder_xx.ipt" auszuwählen und das Arbeitsverzeichnis auf "\" zu setzen.
Im Taskmanager kann man dabei das Starten des Inventor-Prozesses verfolgen.

Eingang für das CAD-Modell werden die drei Nennwerte:

Wichtig:
In der Register-Karte "Eingang" sollte man alle markierten Eingang-Größen konsequent mit Parametern des CAD-Modells verbinden, bevor man OK drückt:
Fehlt die Modellzuordnung für eine Verbindung, so führt das später zu "unerklärlichem" Verhalten bei der Optimierung!

Nach Abschluss der Parameter-Zuordnung erscheinen die Verbindungen im Workflow:

Die Eigenschaften der Entwurfsparameter werden auf Basis der aktuellen CAD-Modellwerte mit Standard-Annahmen versehen:
Startwert:

Ist der jeweils im CAD-Modell für die Ausgangslösung eingestellte Wert unter Berücksichtigung der für den Parameter verwendeten physikalischen Einheit.
Hinweis: obwohl im CAD-Modell die Einheit mm verwendet wird, erfolgt an der Schnittstelle zum OptiY eine Umrechnung in cm. Im OptiY-Workflow muss man also die Abmessungen der Biegefeder in Zentimeter beschreiben!

Grenzwerte:

Die Grenzwerte beschreiben für das Optimierungsverfahren den zulässigen Suchbereich für die jeweilige Entwurfsgröße.
Unter- und Obergrenze werden von OptiY automatisch um 20% vom Startwert entfernt platziert.
Diese Grenzwerte werden wir bei der Konfiguration des Optimierungsverfahrens noch präzisieren.

Bewertungsgroeszen aus dem CAD-Modell auslesen

Im CAD-Modell werden alle Größen berechnet, welche benötigt werden, um die Erfüllung der gestellten Anforderungen bewerten zu können:

Im OptiY unterscheidet man bei den Bewertungsgrößen zwischen Restriktionen (Einhaltung von Grenzwerten) und Gütekriterien (Wert möglichst klein oder groß).
- c_Feder (Federkonstante) soll einen vorgegebenen Sollwert besitzen (Restriktion)
- F_Max (max. zulässige Kraft) soll größer sein, als die maximal auftretende Kraft (Restriktion)
- f1 (Frequenz der Grundschwingung) soll möglichst groß werden (Gütekriterium)

Restriktionsgrößen und Gütekriterien kann man nicht direkt den konkreten Modellgrößen zuordnen. Dafür benötigt man zusätzliche Ausgangsgrößen, welche wir ebenfalls in den Workflow einfügen:

Gleiche Bezeichner sollte man für Workflow-Größen vermeiden. Deshalb wurde den Ausgangsgrößen einheitlich ein Unterstrich vorangestellt.
Die Zuordnung der Ausgangsgrößen erfolgt analog der Zuordnung der Eingangsgrößen:

Die Verknüpfung der Restriktionen/Gütekriteriken mit den Ausgangsgrößen erfolgt über den Eigenschaftsdialog dieser Bewertungsgrößen (Doppelklick auf das Symbol):
Der Wert einer Bewertungsgröße kann durch mathematische Verknüpfung aller Input- und Output-Größen des Workflows gebildet werden.
Diese Verknüpfung wird in Form eines Ausdrucks notiert.
Den Ausdruck kann man nicht direkt eintragen, sondern man muss ihn mit einem bereitgestellten "Rechner" bearbeiten:
Der "Rechner" bietet den Zugriff auf alle Input- und Output-Objekte des Experiment-Workflows:
- Nach Doppelklick auf die gewünschte Größe erscheint diese am Ende des aktuellen Ausdrucks.
- Im Beispiel ist mit Ausnahme des Gütekriteriums nur die direkte Zuweisung der entsprechenden Output-Größe erforderlich.
Hinweis zum Gütekriterium:
- Ziel ist eine Lösung mit möglichst hoher Resonanzfrequenz f1.
- Die Optimierungsverfahren versuchen jedoch, die Werte der Gütekriterien zu minimieren!
- Eine pragmatische Lösung besteht in solch einem Fall in der Negation des Wertes für f1 im "Rechner": _f1*(-1)
Hinweis zu den Einheiten:
- Im CAD-Modell wurden die Bewertungsgrößen ohne Einheit berechnet. Deshalb müssen die Einheiten nachträglich manuell in den Eigenschaften der Ausgangs- und Bewertungsgrößen ergänzt werden.
- Die eingetragen Maßeinheiten haben im OptiY keinen Einfluss auf die Berechnung, sondern dienen nur als Information für den Anwender, mit welchen physikalischen Größen er zu tun hat.