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Digital Prototyping als Brückenschlag zur Fertigung

Den Aufprall in der Arbeitsvorbereitung dämpfen

Wenn das virtuelle Modell eines neuen Produkts die Rechner der Konstruktionsabteilung verlässt und in Form von Werkstattzeichnungen oder digitalen Daten in die Fertigung oder Arbeitsvorbereitung gelangt, gibt es vielfach ein böses Erwachen. Nicht immer können Bauteile so gefertigt werden, wie die Konstruktion es geplant hatte – zwei Welten scheinen aufeinander zu prallen. Softwarelösungen können diesen Aufprall abfedern: Digital Prototyping erleichtert auch Fertigungsabläufe.

Grafik: Mensch und Maschine, Bild: Martin Brunner GmbH, CH-Lauterbrunnen

Das Material, das die Konstrukteure ausgewählt haben, verhält sich beim Biegen so, dass sich die vorgesehene Form nicht fertigen lässt, die vorhandene Fräse kann den gewählten Radius nicht herstellen, Bleche oder Rohre sind nicht in den vorgesehen Maßen am Lager, und die Arbeitsvorbereitung verwendet ‚eigenmächtig‘ das vorhandene Material. „Alles Theoretiker“, schimpft es aus der Werkstatt. Und die Konstrukteure mokieren sich über die Werkstatt: „Die könnten schon, wenn sie nur wollten.“ Zwar muss nicht jeder Interessenkonflikt eskalieren, doch Anlässe für solche Auseinandersetzungen gibt es in Fertigunsbetrieben genug. Ein Weg zur Verbesserung der Abteilungskommunikation mögen Trainings sein, als effiziente Alternative bietet sich jedoch der Einsatz von Software-Lösungen für ‚Digital Prototyping‘ an.

Arbeitsabläufe zuverlässig unterstützen

Natürlich wissen Konstrukteure grundsätzlich, welche Fertigungsmaschinen im eigenen Haus eingesetzt werden und welche Werkzeuge vorhanden sind. Doch sobald Fertigungsaufträge an Dienstleister vergeben werden, wird es kompliziert, vielfach fallen die Kenntnisse über die eingesetzten Maschinen und Anlagen und deren Möglichkeiten eher theoretisch aus. Als Konsequenz muss sich die Arbeitsvorbereitung bestimmte Freiheiten herausnehmen und Konstruktionen unter Umständen so ändern, dass sich das Werkstück effizienter oder überhaupt produzieren lässt. Das geschieht in der Arbeitsvorbereitung regelmäßig. Damit das Produkt am Ende funktioniert, sind Erfahrung und Know-how essenziell.

Digital Prototyping sorgt hier für klare Prozesse: So kann der Auftraggeber den Konstrukteuren dreidimensionale Modelle etwa von Greifern, Spannern, Förderern und sogar der Verfahrwege der Werkzeuge zur Verfügung stellen. Die Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung verfügen wiederum über intelligente Anzeigeprogramme oder ‚Viewer‘, mit denen sie das virtuelle 3D-Modell des Werkstücks überprüfen und notwendige Änderungen per E-Mail zurückmelden können. Zudem kann das digitale Festschreiben von Arbeitsabläufen in so genannten Workflow sichere Prozesse unterstützen, damit das Modell fertigungsgerecht geändert wird und die Änderungen an der passenden Stelle dokumentiert werden. 3D-Modelle bieten darüber hinaus den Vorteil, dass auch physikalische Eigenschaften wie Gewicht oder Schwerpunkt übertragen werden – Größen, die in der Arbeitsvorbereitung beim Konzipieren des Produktionsprozesses benötigt werden.

Von der Zeichnung auf die Maschine

IT-gestützes Design und Fertigungsvorbereitung (CAD/CAM) werden seit vielen Jahren in einem Atemzug genannt. Doch lange war in erster Linie der Wunsch Vater des Konzepts, der Weg vom 2D-Plan zum CNC-Programm war steinig. Inzwischen stehen Softwarelösungen bereit, um vom dreidimensionalen CAD-Modell zum CNC-Programm zu gelangen, einschließlich des Postprozessors, den die Fertigungsmaschine braucht. Unternehmen, die aufeinander abgestimmte CAD- und CAM-Software einsetzen, profitieren dabei von niedrigem Implementierngsaufwand und wenigen Medienbrüchen. Auch wenn die meisten 3D-CAD-Systeme Daten so ausgeben könne, dass gängige CAM-Programme sie einlesen können, spielt Fachwissen weiterhin eine zentrale Rolle. Dabei gestattet der Softwareinsatz dem erfahrenen Arbeitsvorbereiter, sich ganz auf die ‚Tücken‘ seiner Aufgabe zu konzentrieren. Die Abwicklung von Routinetätigkeiten durch IT-Systeme bringt so mehr Sicherheit und stärkt in den meisten Fällen die Motivation.

Simulation in Engineering und Arbeitsvorbereitung

Konstrukteure simulieren mit 3D-CAD und nachgelagerten Animations- und Simulationslösungen, wie sich ein Produkt in seiner späteren Umgebung verhält: Zerdrückt der Nussknacker alle harten Schalen von der Hasel- bis zur Paranuss? Dreht der Drucker auch Karton um, so dass man ihn beidseitig bedrucken kann? Klebt die Maschine den Verschluss auch dann fest auf den Getränkekarton, wenn die Fläche nicht ganz eben ist? Die Arbeitsvorbereitung kann mit den gleichen Werkzeugen die komplette Produktionsumgebung simulieren: Lässt sich auch ein 15 Zentimeter längeres Rotorblatt um die enge Kurve fördern? Kommt der Stapler noch durch, wenn man die Qualitätsüberwacherinnen an diesem Förderband platziert? Welche Temperaturen herrschen hinter dem Abfüller, und kann dort ein Mensch längere Zeit arbeiten, ohne Gesundheitsschäden zu erleiden?

Hier sind natürlich nicht nur CAD-Systeme gefragt, sondern Software-Lösungen, die die CAD-Modelle weiterverarbeiten. Dazu gehören die genannten Animationen, Berechnungsprogramme oder spezielle digitale Simulatoren, die beispielsweise Strömungen oder Temperaturverhältnisse virtuell testen. Die Grenze zwischen Arbeitsvorbereitung und Fabrikplanung ist hier eher fließend. Denn die Anforderungen an die Planung einer kompletten Fabrik oder eines Produktionsprozesses sind ähnlich, und können mit spezialisierten und durchaus erschwinglichen Softwarelösungen abgedeckt werden.

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