Mithilfe digitaler Simulation lassen sich heute ganze Produktionsanlagen im Vorfeld planen. Was viele Produktionsleiter jedoch nicht wissen: Auch im laufenden Betrieb können dank digitaler Simulation Fehler vermieden und damit Kosten gespart werden. Wir verraten Ihnen, wie es geht!

Immer mehr Maschinenbau-Betriebe gehen dazu über, vor der Installation neuer Fertigungsstätten zuerst ein virtuelles Abbild der geplanten Anlage einzurichten, auch als digitaler Zwilling bezeichnet. Auf diese Weise lassen sich bereits Abläufe testen und optimieren, bevor ein einziges Bauteil installiert wurde. Nun zeichnet sich aber ein weiteres Anwendungsgebiet der neuen Technologie ab: Durch die fortlaufende Simulation der Produktion kann während der gesamten Lebenszeit einer Anlage kostspieligen Produktionsfehlern vorgebeugt werden. Der Trend geht also zur ständigen Prozesssimulation, parallel zur Herstellung!

Zweistufiges Fehler-Management

Dieses laufende Fehler-Management kennt zwei Stufen. An erster Stelle steht die Fehler-Prävention. Werden Änderungen beim Produktionsprozess nötig, lassen sich mithilfe digitaler Simulationen verschiedene Optionen durchspielen. Der Vorgang ist vergleichbar einem Routenplaner im Auto, der verschiedene Alternativrouten anbietet. Zusammen mit Ihrem Produktionsteam können Sie dann entscheiden, welche der vorgeschlagenen Optionen das geringste Risiko beinhaltet. Gerade für Maschinenbau-Betriebe, die viele Kleinserien oder kundenspezifische Produkte umsetzen, lässt sich die Fehlerquote so schon im Vorfeld deutlich senken.

Die zweite Stufe bildet die Fehler-Nachsorge. Ist also bereits eine Störung aufgetreten, kann der digitale Zwilling automatisch verschiedene Abhilfevorschläge durchspielen und in Sekundenschnelle die beste Lösung auswählen. Auf diese Weise wird die Reaktionszeit deutlich verkürzt und der Maschinenstillstand möglichst gering gehalten – die digitale Fabrik korrigiert sich selbst.

Welche Fehler können durch digitale Simulation vermieden werden?

Es gibt ein ganzes Spektrum von Fehlern, von groben Prozessfehlern über kleinste Fertigungsfehler, die prinzipiell alle durch digitale Simulation vermieden werden können. Die folgende Einteilung leistet einen groben Überblick:

Crashs

Komplexe Produktionsanlagen, die aus Dutzenden von Robotern, Motoren, Pumpen und Ventilen bestehen, sind nur noch schwer zu überblicken. Mit der Komplexität steigt auch die Wahrscheinlichkeit für Maschinenkollisionen: Menschliche Fehleinschätzungen führen zu Fehlprogrammierungen und im schlimmsten Fall zu irreparablen Schäden an Ihrer Anlage.

Abhilfe schafft hier der digitale Zwilling: Durch die ständige Fütterung mit Betriebsdaten verhält sich das virtuelle Abbild exakt wie das Original. So kann man unter Realitätsbedingungen Neuprogrammierungen testen, ohne wertvolle Anlagen zu gefährden.

Fehler in der Anlagenlogistik

Auf den ersten Blick weniger dramatisch, aber langfristig folgenreich, sind Fehler bei der Anlagenlogistik. Wird z. B. beim Materialfluss in der Produktion an der falschen Stelle verzweigt, können sich bei Störungen Rückstaus ergeben. Diese haben zur Folge, dass Stationen blockiert werden, die eigentlich einsatzbereit sind. Über längere Zeit führen solche Fehler zu beträchtlichen Kapazitätsengpässen.

Auch hier erweist sich die digitale Simulation wieder als äußerst wertvoll. In unserem Beispiel können Sie die Verzweigungen im Materialfluss virtuell an beliebige Stellen verschieben und den digitalen Zwilling dann eine Langzeit-Hochrechnung durchführen lassen. So finden Sie schnell die optimale Verzweigungsstelle!

Fertigungsspezifische Fehler

Daneben gibt es auch Produktionsfehler, die aus bestimmten Fertigungsverfahren resultieren. Im Maschinenbau-Bereich sind das z. B. Verfahren wie Spritzgießen, Blechbearbeitung oder Fräsen und Drehen.

Beim Spritzgießen lassen sich durch die digitale Spritzguss-Simulation diverse Probleme vorwegnehmen. So ist es möglich, den gewählten Kunststoff  zuerst digital auf Eignung für das Bauteil zu testen. Oder Sie können herausfinden, wie die Bindenähte und die Faserorientierung ausfallen werden und ggf. nachbessern. Auch die Wahrscheinlichkeit für Oberflächenfehler und Lufteinschlüsse lässt sich berechnen ebenso wie die erwartete Schwindung und der Verzug.

Nicht weniger praktisch erweist sich die digitale Simulation bei Blechumformungsprozessen, insbesondere beim Design von Außenhautblechen in der Automotiv-Industrie. Entsprechende Software kann heutzutage sehr gut lokale Biegungen und wechselnde Materialeigenschaften simulieren. Dadurch lässt sich schon frühzeitig im Produktionsprozess erkennen, wo evtl. Risse und Falten auftreten könnten und wie sich das Rückfederungsverhalten gestaltet. Aber auch Oberflächenfehler wie Anhieb- und Nachlaufkanten sowie Einfallstellen lassen sich noch während der Produktion erkennen und korrigieren.

Und last but not least beugt die digitale Simulation auch beim Drehen und Fräsen Herstellungsfehlern vor. Durch dynamische Simulationen lässt sich leicht nachvollziehen, wie sich das Werkzeug am Werkstück entlang bewegt, ob hier z. B. unnötige Wege gemacht werden oder ob die Maschine zum Werkstück korrekt an- und abfährt. Auch Überschreitungsfehler sind leicht zu identifizieren und können direkt per Simulation behoben werden, indem z. B. ein Toleranzbereich eingerichtet wird.

Es ist also Zeit, umzudenken: Die digitale Simulation sollte sich nicht länger auf die reine Anlagenplanung beschränken. Stattdessen muss stärker vom Herstellungsprozess gedacht werden: Jeder Teilschritt sollte einzeln simuliert und ggf. optimiert werden, insbesondere wenn sich aufgrund externer Anforderungen die Prozessabläufe häufig ändern. So vermeiden Sie kostspielige Fehler schon im Vorfeld und beugen Störungen und Maschinenstillstand vor. Übrigens bietet auch TopSolid’Cam eine hervorragende Maschinensimulation: Simulieren Sie die programmierte NC-Bearbeitung, inklusive aller Maschinenwege!