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3D-CAD-Software Digitaler Zwilling unterstützt den Konstrukteur

| Autor/ Redakteur: Peter Kemptner / Stefanie Michel

Mit vorhandenen Lösungen war es nicht möglich, das Anlagenverhalten einer Produktionslinie für Fußbodenbretter im Vorfeld zu simulieren. Mithilfe einer neuen Software konnte ein digitaler Zwilling erstellt werden, über den die Konstruktion optimiert wurde.

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Mit Solid Edge schuf Willingshofer einen digitalen Zwilling der Produktionslinie.
Mit Solid Edge schuf Willingshofer einen digitalen Zwilling der Produktionslinie.
(Bild: Siemens PLM Software)

Auf einen Blick:

  • Ein Maschinen- und Anlagenbauer hatte den Auftrag, eine Hochgeschwindigkeits-Produktionslinie für Parkettbodenbretter zu entwickeln. Dafür war ein Simulationssystem notwendig, das den komplexen Materialfluss simuliert.
  • Mit 2D-Simulationssoftware für den Materialfluss war es nicht möglich, die schnellen Bewegungen im Raum abzubilden.
  • Mit einer neuen Software, die Elektrokonstruktion, Maschinenbau und Automatisierung verbindet, konnte ein digitaler Zwilling der Anlage aufgebaut werden. Damit konnte die Linie bereits vor dem Aufbau optimiert werden.

Die Willingshofer GmbH stellt schwere, kundenspezifische Maschinen und Anlagen wie Förderanlagen, Industrieöfen, Hebe- und Drehvorrichtungen her. Das Familienunternehmen wurde zwar 1908 als Schmiede gegründet, ist seit den 1980er-Jahren allerdings auf Industriekunden fokussiert und auch als Lohnfertiger tätig.

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Für die computergestützte Konstruktion (CAD) nutzen die Techniker bei Willingshofer Solid Edge von Siemens PLM Software. Die umfassende 3D-CAD-Software wird seit 2010 eingesetzt. Johannes Huber, Techniker bei Willingshofer: „Mithilfe von Solid Edge geschaffene und bearbeitete Modelle sind voll assoziativ und die Software hat weitreichende Kompatibilitäten zu anderen Systemen.“ Das ist auch bei der Programmerstellung für den heterogenen NC-Maschinenpark des Unternehmens von Vorteil. Mitarbeiter in der Produktion verwenden NX von Siemens für die computergestützte Fertigung (CAM). Auf Basis von 2D- und 3D-Daten aus Solid Edge sowie anderen CAD-Systemen erstellen und simulieren sie mit NX CAM die NC-Programme.

Von groß und langsam zu schnell und komplex

Der Erfolg von Willingshofer liegt unter anderem in der schnellen Auftragsbearbeitung. Im eigentümergeführten Familienunternehmen sind die Entscheidungswege kurz und eine Fertigung von der Einzelteilzerspanung ab macht unabhängig von externen Lieferzeiten.

Als die Anfrage von Weitzer Parkett über eine vollautomatische Produktionsanlage für Parkettbodenbretter ins Haus flatterte, stellte die Geschwindigkeit dieser Produktionslinie jedoch eine Herausforderung für die erfahrenen Maschinenbauer dar. Die Anlage verarbeitet große Platten aus verschiedenen Holzarten und hochdichte Faserplatten (HDF). Nach dem Spachteln werden Bretter in 15 Größen von 370 mm × 100 mm bis 1800 mm × 180 mm ausgesägt. Danach gehen diese zum Lackieren und werden anschließend strukturiert und am Ende aufgestapelt.

Ausgelegt ist die Linie für die Produktion von bis zu 360 Brettern pro Minute. „Abhängig von der Größe der Bretter bewegen sich diese zwischen den Stationen mit 20 bis 100 m/min“, so Huber. „Da herkömmliche Manipulatoren oder Roboter eindeutig zu langsam sind, mussten wir zum Ablenken oder Aufteilen des Materialflusses mit dem freien Fall arbeiten.“ Dabei beeinflussen Gravitations- und Fliehkräfte wesentlich das kinetische Verhalten der Bretter. Würde auch nur eines von 1000 Brettern fehlgeleitet, würde das bei dem gegebenen Durchsatz mehr als 20 Fehler pro Stunde bedeuten. Das wäre eindeutig inakzeptabel.

Nur Software kann Funktion der Konstruktion überprüfen

„Die erforderlichen Berechnungen lassen sich nicht mehr durch Kopfrechnen oder Tabellenkalkulationen durchführen“, erläutert Reinhard Pölzl, Techniker bei Willingshofer. „Deshalb sahen wir uns nach einem Softwaretool für das Überprüfen und Optimieren des zuverlässigen Funktionierens unserer Konstruktionen anhand eines digitalen Zwillings um.“

Das war eine Herausforderung, denn klassische 2D-Simulationssoftware für den Materialfluss ist konzeptionell nicht dafür geeignet, Probleme zu lösen, die durch schnelle Materialbewegungen im dreidimensionalen Raum entstehen.

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