3D-Simulationen: Mechanische Ingenieurskunst trifft Digitalexpertise

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Die Vernetzung der automobilen Wertschöpfungskette macht vor der Produktion nicht halt. Im Gegenteil: Seit Jahren investieren Fahrzeughersteller konsequent in smarte Fabriken. Die aktuelle Transformation in Richtung Elektromobilität verschärft das Tempo.

3D-Simulationen in der Praxis: Digitalisierung, Robotik und künstliche Intelligenz verändern die industrielle Herstellung rasant und von Grund auf. Physische und virtuelle Prozesse greifen zunehmend ineinander. Mittendrin: der deutsche Maschinenbau. Firmen wie die MAG IAS aus Eislingen, Teil der taiwanischen FFG Group, haben ihr Portfolio erweitert und bieten nicht nur hochwertige Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren an. Sie unterstützen zudem Anlaufplanung und Start of Production (SOP) frühzeitig mit Datenkompetenz und Simulationsexpertise. „Die vollumfängliche Eingliederung unserer hochautomatisierten Fertigungslinien in die Produktionsplanungssysteme der Automobilhersteller hat sich zu einem handfesten Wettbewerbsvorteil entwickelt“, sagt Bernd Kornrumpf, Vice President Sales bei FFG MAG.

Digitale Planung gefragt wie nie

Aktuelle Aufträge deutscher Premium-OEMs bestätigen die große Nachfrage nach digital gestützten Planungsmethoden und -prozessen. Hierbei sorgen 5-Achs-Bearbeitungszentren der Specht-Duo-Baureihe für eine hochautomatisierte Komponentenproduktion für den elektrischen Antriebsstrang. Durch ihre Kompensationsfähigkeit in allen linearen Achsen garantieren die Maschinen eine optimale Teilequalität, manuelle Eingriffe der Maschinenführer bleiben auf ein Minimum beschränkt. Der Fertigungsprozess startet mit Entnahme der Rohteile aus Gitterboxen und endet mit der präzisen Abstapelung der bearbeiteten, gereinigten und geprüften Werkstücke.

Das Team von FFG MAG nimmt jede Maschine virtuell in Betrieb. Intensive Hardware-in-the-Loop-Tests helfen den Konstrukteuren, kritische Prozesse wie Werkzeugwechsel und Bewegungsabläufe abzusichern. Die Modellierungen aller mechanischen und elektronischen Steuerungssysteme ermöglichen aussagekräftige Fehlermöglichkeits- und Fehlereinfluss-Analysen und helfen, kostenintensive Nacharbeiten zu vermeiden. Dieses Vorgehen schweißt mechanische Ingenieurskunst und Digitalexpertise fest zusammen.

3D-Simulationen ermöglichen hochproduktive Präzision bei der Fertigung von E-Antrieben

Die Produktionslinie für Komponenten der E-Mobilität besteht aus einer zweistelligen Zahl an doppelspindligen, verketteten Bearbeitungszentren.

Pro Maschine und Arbeitsgang werden gleich zwei Werkstücke hergestellt, was mehr Produktivität auf gleicher Fläche bedeutet. Das Investitionsvolumen rechnet sich, weil die Leistungsparameter überzeugen: Pro Jahr werden mehrere hunderttausend E-Mobilitätskomponenten entstehen. Als Generalunternehmer zeichnet sich FFG MAG zudem für die Peripherie-Einrichtungen verantwortlich. Zum Beispiel die Bodenverkettung über Bänder, Roboterzellen sowie Portale zur Be- und Entladung der Bearbeitungszentren, die Teilemarkierung und Sichtprüfung sowie die Werkstückreinigung gehören zur schlüsselfertigen Lösung dazu.

Der große Anspruch an die mechanische Präzision in einer hochproduktiven Serienfertigung ist eine Sache, die absolut präzise Prozessauslegung durch Simulation der Gesamtanlage die vorgelagerte Herausforderung. „Durch eine vollständige digitale Abbildung der Prozesskette ergeben sich sowohl Vorteile im Konstruktionsprozess als auch im realen Betrieb“, verdeutlicht Bernd Kornrumpf. Er weiß durch seine tägliche Arbeit, dass die Verfügbarkeit von Daten und ihre professionelle Auswertung zu einer unverzichtbaren Kompetenz für alle Maschinen- und Anlagenbauer geworden ist.

Devise: First Time Right

Viele Produktanläufe, die bei den Automotive-Kunden von FFG MAG in den kommenden Jahren anstehen, sind Premieren. Die Devise lautet: „First Time Right“. Gleich beim Job No. 1 sollen vernetzte und integrierte Produktionssysteme für einen maximalen Automatisierungs- und Digitalisierungsgrad sowie für Exzellenz in der Fertigung sorgen. Deshalb haben nicht nur die Entwicklungsingenieure alle Hände voll zu tun. Auch Fertigungsplanung und Betriebstechnik nutzen neue, innovative Lösungen, damit auf dem Shopfloor alles perfekt ineinandergreift.

Um die effektivste und wirtschaftlichste Anordnung von Arbeitsplätzen, Maschinen und Robotern zu finden, sind heute 3D-Simulationen State-of-the-Art. Nur mit diesen Planungswerkzeugen lassen sich Montage- und Fertigungsstraßen effizient und realitätsnah planen. Die dreidimensionale Darstellung liefert als sogenannter Prozesszwilling akkurate und zuverlässige Ergebnisse und macht produktionstechnische Abläufe und kundenindividuelle Details transparent. Auf Basis der 3D-Konstruktionsdaten entsteht zudem ein digitaler Produktzwilling – er visualisiert die technischen Spezifikationen sowie die Auslegung der einzelnen Maschinen.

Virtuelles Eintauchen in die Produktionsplanung mit 3D-Simulationen

Aus der intelligenten Kombination dieser beiden Informationsstränge geht schließlich ein digitaler Anlagenzwilling hervor: Er stellt das Gesamtsystem dar, mit dem alle Planungen, Änderungen und Einspielungen virtuell umgesetzt und vor Inbetriebnahme getestet werden können. „Wir können sprichwörtlich in die Produktions- und Materialflussplanung eintauchen und eine Vielzahl von Was-wäre-wenn-Szenarien durchspielen“, erklärt Bernd Kornrumpf. Das eröffnet tiefe Einblicke in die Abläufe, minimiert Investitionsrisiken und spart Kosten.

Ebenfalls berechnen und simulieren lässt sich übrigens auch der Energieverbrauch der Maschinen und Anlagen in unterschiedlichen Produktionssituationen. Erklärtes Ziel ist eine stets ressourceneffiziente Fertigung. Motorspindel, Maschinenkühlung, Druckluft – es gibt zahlreiche Ansatzpunkte, um den Energiebedarf von Werkzeugmaschinen zu senken. FFG MAG nutzt sie, um bei höchster Performance maximale Ressourcenschonung zu gewährleisten. „Bei der Realisierung energiesparender Lösungen verstehen wir uns als Vorreiter. Vor allem eine intelligente Softwaresteuerung wie mithilfe der 3D-Simulationen möglich hilft, den CO2-Abdruck pro produziertem Bauteil niedrig zu halten und den Betrieb ganzer Fertigungssysteme nachhaltig zu gestalten“, so Bernd Kornrumpf.

Der Autor Thomas Walker ist geschäftsführender Redakteur bei walkerbretting in Stuttgart.

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