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Digitalisierung der SECUNDINIA

Grundskizze

Untersuchungsobjekt und Zielsetzung

Das von der Berufsbildenden Schule Wittlich gebaute 1:2 Modell des römischen Prahms wurde nach Plänen des Römerschiffmuseums in Mainz erstellt. Allerdings lagen keine digitalen Daten des realisierten Schiffs vor. Im Zuge eines „Reverse Engineering“ wurde daher - ausgehend von dem gebauten Prahm - der Weg zurück zur digitalen technischen Zeichnung beschritten.

Vermessung

Einteilung des Prahms mithilfe von Messmarken

Zunächst wurde der Prahm in einzelne Abschnitte eingeteilt und die Mitte des hinteren Endes als Bezugspunkt gewählt. Von diesem aus wurden in definierten Abständen in Längsrichtung jeweils die Breiten- und Höhenmaße des Prahms aufgenommen. Anschließend wurden die verschiedenen Geometrien im Inneren des Prahms erfasst. Hier zeigen viele Bauteile, z.B. die Bodenwrangen, einen symmetrischen Einbau, wodurch die Erstellung der Objekte in der virtuellen Umgebung vereinfacht wurde. 

Digitalisierungprinzip

Längsschnitt des Prahms
Volumenmodell
Zusammenbau des Prahms

Nachdem der gesamte Prahm vermessen war, wurden die aufgenommenen Maße in die digitale Konstruktionsumgebung übertragen. Hiermit wurde zunächst das äußere Grundgerüst gezeichnet. Anschließend wurden, von unten nach oben auf-bauend, die verschiedenen Details in der Skizzierumgebung erstellt und aus den erstellten Skizzen Flächengeometrien erzeugt. Dies Flächengeometrien bilden dann die Grundlage zur Erstellung des Volumenmodells.

Die Digitalisierung der Daten soll auch dazu dienen, das Verhalten des Prahms während des Betriebes im Wasser simulieren zu können. Hier ist insbesondere die Widerstandskraft der Schiffsgeometrie gegenüber der Wasserströmung interessant. Um eine solche Simulation durchführen zu können, wird der Prahm als Flächengeometrie benötigt. Die Erstellung der Flächen des Schiffskörpers erfolgte im „Generative Shape Design“, einer Konstruktionsumgebung zur Erstellung und Bearbeitung von Flächenelementen. Ist eine geschlossene Flächengeometrie entstanden, wird in der Konstruktionsumgebung „Part Design“ durch das Auftragen einer Wandstärke ein Volumenkörper erstellt, dem nun unterschiedliche Materialien zugeordnet werden. Aus dem Volumen und der materialspezifischen Dichte kann nun das Gewicht des Prahms bzw. einzelner Elemente des Schiffes errechnet werden.

Zusätzlich zum Grundmodell des Prahms wurde der Mast konstruiert. Um beispielhaft darzustellen, wie die Beförderung von Gütern zu Römerzeiten auf diesem Transportmittel ausgesehen haben könnte, wurde ein Rahsegel sowie ein Fass zur Aufbewahrung von Gütern dargestellt. Diese zusätzlichen Komponenten wurden, wie der Prahm selbst, als einzelne „Parts“ erstellt. Schließlich wurde im „Assembly design“ ein „Product“ erzeugt, und die einzelnen Komponenten zueinander ausgerichtet.

Digitalisierungsprozess

Messmarken auf dem Schiffskörper

Das von der berufsbildenden Schule in Wittlich gebaute 1:2-Modell des Römerschiffes wurde nach Plänen des Römerschiff-Museums in Mainz erstellt. Allerdings lagen keine digitalen Daten des realisierten Modells vor. Daher wurde der reale Prahm vermessen und digitalisiert. Die Digitalisierung des Römerschiffes fand in folgenden Schritten statt: 

1. Schritt: Rasterung und Markierung des Bootes für die spätere Vermessung
Zunächst wurde das Boot in verschiedene Abschnitte eingeteilt und Markierungen mit Klebestreifen in regelmäßigen Abständen auf dem Boot angebracht.

2. Schritt: Manuelle Aufnahme der Messpunkte zur Vorbereitung der digitalen Konstruktion
Anschließend wurden die Markierungen vermessen (Meßmarken) und alle Maße in einer Skizze festgehalten.

3. Schritt: Konstruktion der äußeren Bootsstruktur anhand der zuvor aufgenommenen Messpunkte
Das Bild zeigt eine Grundskizze der Seitenansicht im CAD-Programm CATIA. Hier wurden die gemessenen Werte implementiert und in zweidimensionalen Skizzen eine Geometrie daraus erzeugt. Aus den Skizzen entstand dann nach und nach das 3D-Modell des Prahms.

Zu Beginn wurden Flächenelemente aus der aufgenommenen Skizzengeometrie erzeugt. Diese Flächen wurden miteinander „verschnitten“, das bedeutet, dass eine Fläche dort endet, wo eine andere beginnt. So entstand schließlich ein dreidimensionaler Körper, bestehend aus dünnen Flächen.

Eine Flächengeometrie besitzt jedoch keine Wandstärke, sie ist unendlich dünn (t ~ 0).  Diese Flächen werden daher im Anschluss „aufgedickt“, d.h. ihnen wurde eine Wandstärke zugewiesen.

Zunächst war der im dritten Bild gezeigte Grundkörper ein geschlossenes Volumen. Mithilfe der Funktion „Schalenelement" wurde dieser Körper im CAD-Programm „ausgehöhlt“und anschließend von außen nach innen die weiteren Bauteile erstellt. Hier wurde auch mit dem Befehl „Reihe“ gearbeitet, da viele Bauteile im Original einen annähernd gleichen Abstand aufweisen.

2D-Skizze des Seitenansicht
Modell mit noch nicht verschnittenen Flächen
Grundkörper mit geschlossenem Volumen

4. Schritt: Schrittweiser Aufbau der inneren Bootdetails, wie z.B. Sitzbänke, Beplankung, Mast, etc.
Die Bodenplanken sind in gleichmäßigen Abständen über die ganze Schiffslänge verteilt. Daher können diese im CAD-System einfach per Reihenfunktion mit dem gleichen Abstand modelliert werden. Weiterhin kann man im Bild die Begrenzungsflächen erkennen, aus denen später die Sitzflächen generiert werden.

So entstand nach und nach der gesamte Körper des Prahms. Anschließend wurde der Mast vermessen und ebenfalls im Programm aufgebaut. Das passende Segel und ein Fass ergänzen das Modell.

Boot, Mast, Segel und Fass sind jeweils eigene Objekte (Parts) und wurden abschließend in einem Gesamtmodell (Produkt) zusammengeführt und zueinander ausgerichtet.

Modellierung von Bodenplanken und Sitzflächen
Das fertige Modell als 3D-Renering
Luisa Lessel, 20. Februar 2017