Flexibilität im Schiffbau 3D-Modellierung mit Siemens NX: "Die Qualität der Daten ist enorm gestiegen"

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Die Kooiman-Gruppe entwickelt und baut neue Schiffe oder baut bestehende Schiffe um und repariert und wartet diese. Um die Kunden frühzeitig in die jeweiligen Projekte zu integrieren und gegebenenfalls fehlendes nautisches Fachwissen auszugleichen, nutzt das zur Gruppe gehörende Konstruktionsbüro für die 3D-Modellierung die Software NX von Siemens Digital Industries Software.

Die Kooiman-Gruppe wurde vor annähernd 130 Jahren im niederländischen Dordrecht als Werft für den Bau von Binnenschiffen gegründet. Durch Zukäufe von Unternehmen und anderen Werften entstand in den letzten 30 Jahren eine Firmengruppe, die ein breites Spektrum an nautischen Dienstleistungen und Disziplinen anbietet. Die Gruppe verfügt heute über Standorte in Zwijndrecht, Dordrecht und Yerseke. Sie entwickelt und produziert maßgeschneiderte Schiffe, baut bestehende Schiffe um und repariert und wartet diese. 

Das Leistungsspektrum reicht vom Neubau bis zur Installation von Motoren, Rohrleitungen, elektrischen Systemen, Winden und Tischlerarbeiten. Beschäftigt werden rund 150 Mitarbeiter. Das Konstruktions- und Ingenieurbüro von Kooiman erbringt seine Dienstleistungen auch für andere Unternehmen der Gruppe und hat sich dabei nie auf eine bestimmte Art von Schiff oder einen bestimmten Markt spezialisiert. „Es ist diese Herangehensweise an Märkte und Produkte, die Kooiman auszeichnet und Kontinuität bietet“, sagt Peter Vrolijk, Projektleiter im Konstruktionsbüro von Kooiman. „Das erfordert ein hohes Maß an Flexibilität von der Organisation und von unseren Fachkräften. Das ist besonders wichtig bei neuen Schiffen und Änderungsprojekten, an denen unser Konstruktionsbüro beteiligt ist.“

Beispiele für Modifikationen, die Kooiman durchführt, sind die Verlängerung eines Schiffes, die Herstellung eines Doppelrumpfes, die Änderung des Transportzwecks, der Umbau eines Frachtschiffes in ein Baggerschiff, die Anpassung von Trawlern an neue Fangmethoden, der Einbau von Kränen und die Höhenverstellung des Steuerhauses.

Fachwissen im Schiffbau nimmt ab

In der Vergangenheit fertigte das Konstruktionsbüro 2D-Zeichnungen an, wobei es wichtig ist, dass die Werftarbeiter über die notwendigen Fachkenntnisse zum Ausarbeiten der Details verfügen. „Das Fachwissen im Schiffbau, um aus 2D-Zeichnungen 3D-Schiffe zu bauen, nimmt merklich ab“, sagt Vrolijk. „Erfahrene Mitarbeiter gehen in den Ruhestand und es gibt kaum noch Nachwuchs. Das macht es notwendig, die Werft mit detaillierteren und produktions­orientierten Informationen zu versorgen. Die Informationen sollten so gut sein, dass auch ein Nicht-Schiffbauer in der Lage ist, schöne Schiffe zu bauen. Wir wollen aber auch unsere Kunden frühzeitig über die von uns entwickelte Konstruktion informieren, um ein Feedback zu bekommen. Dafür brauchen wir Daten, die von Anfang an Details enthalten.“

Hinzu kommt, dass die Schiffe immer komplexer und die Anforderungen an den Einsatz immer höher werden. Wenn diese Überlegungen nicht in die Konstruktion einfließen, können die Anforderungen und die erwartete Funktionalität nicht erfüllt werden. Deshalb wird das Konstruktionsbüro von Anfang an in die Gespräche mit dem Kunden einbezogen.

„In der Regel sind unsere Kunden selbständige Unternehmer und sogar die Betreiber des Schiffes, das bestellt wird“, beschreibt Vrolijk. „Persönliches Engagement ist sehr wichtig. Wir haben daher spezielle Teams, die den Auftrag vom Vorentwurf bis zur Inbetriebnahme, Klassifizierung und Kostenberechnung bearbeiten. Der Kunde weiß es zu schätzen, dass er seine eigenen persönlichen Ansprechpartner hat.“

Das Team erstellt den ersten Entwurf mit der Software NX des PLM-Spezialisten ­Siemens Digital Industries Software. Das Konstruktionsbüro beschäftigt 15 Mitarbeiter und verfügt derzeit über 12 NX-Software­lizenzen. Vrolijk geht davon aus, dass er in naher Zukunft weitere Lizenzen erwerben wird.

3D-Modellierung als Grundlage

„Wenn wir mit dem Bau eines neuen Schiffes beginnen, sind 3D-Modelle ideal für die Kommunikation mit dem Kunden“, sagt Vrolijk. „Sie ermöglichen einen effektiven Ansatz, um Layout, Funktionalität und Form festzulegen. In dieser Phase werden keine geometrischen Details hinzugefügt, aber wir planen alle notwendigen Einrichtungen, wie die Maschinen- und Decksausrüstung, Tische, Stühle und die Waschmaschine. Dieser Entwurf ist die Grundlage für den Vertrag.“ Bei Schiffsmodifikationen ist 3D zudem wichtig, um schnell Konzeptentwürfe präsentieren zu können. Da in der Regel keine 3D-­Konstruktionsdaten des vorhandenen Schiffes zur Verfügung stehen, wird mithilfe von 3D-Fotografien ein digitales Modell erstellt. 

„Der Vorteil der 3D-Fotografie besteht darin, dass die Struktur des Schiffes sichtbar wird, die mit herkömmlichen Methoden bekanntermaßen schwer zu messen ist“, erklärt Vrolijk. „An der Außenseite des Schiffes werden an allen relevanten Punkten, wie Decks und Rahmenstruktur, Aufkleber angebracht. Mit einer speziellen 3D-Kamera und einer Computersoftware mit Triangulationsfunktion wird eine Punktwolke erstellt, die sich mit NX bearbeiten lässt.“

Kosten und Verzögerungen durch 3D-Modellierung minimieren

Innerhalb von NX wird das Rumpfdesign aus der Punktwolke abgeleitet. Anschließend werden Strukturen wie Spanten und Decks modelliert. Sogar die Holzverkleidungen im Schiff werden bis ins kleinste Detail mit NX entworfen. Auf der Grundlage des Schiffsvolumens und der Rumpfform werden mit einer speziellen Software hydro­statische Berechnungen durchgeführt. „Für die Rohrleitungsplanung verwenden wir immer noch Nupas-Cadmatic“, sagt Vrolijk. „Aber das ist nicht optimal, deshalb wollen wir alle Daten in einem integrierten Entwurf haben. NX bietet viele Vorteile, so dass wir hoffen, die Übertragung von Modellen auf ein anderes System in Zukunft vermeiden zu können.“

Kooiman profitiert vor allem von der verbesserten Datenqualität. „Schiffsrümpfe werden meist im Ausland gebaut“, sagt Vrolijk. „Mit NX Ship Design können wir automatisch die Produktionsdaten liefern, die die Werft benötigt. Das sind zum Beispiel abgewickelte Rumpfbeplankungen, Markierungen und Nummerierungen, Spantenlisten, Spantenbiegeformen und Spantenbearbeitung. Die Qualität der Daten ist enorm gestiegen, so dass das Outsourcing viel einfacher geworden ist.“ Vrolijk möchte die gleichen Ergebnisse für Rohrleitungen, Laufbahnen und Kanäle erzielen und gleichzeitig die Flexibilität bei der Konstruktion erhalten. „Eine integrierte Konstruktion ermöglicht kontrollierte Änderungen in einem späten Stadium des Prozesses“, sagt Vrolijk. „Und späte Änderungen aufgrund von Kundenwünschen wird es immer geben. Die Herausforderung besteht darin, diese Änderungen mit minimalen Kosten und Unterbrechungen zu implementieren. NX ermöglicht das. “

Der Prozess bei Änderungen und Reparaturen ist ähnlich. Das Design wird an die vorhandene Struktur des Schiffes angepasst. Die Stärke von NX besteht darin, dass 3D-Oberflächen des Schiffsrumpfs auf der Grundlage der Punktwolke erstellt und optimiert werden können. „Die technischen Einbauten werden mithilfe von NX im Rumpf platziert“, sagt Vrolijk. „Schneidedateien können für die Produktion generiert werden und die Produktion einer neuen Sektion kann beginnen, noch bevor die bestehende Struktur vom Schiff genommen wird. Nach der Modellierung beginnt die Konstruktion des Rumpfes, einschließlich der Verlegung des Rohrleitungssystems. Das Schneiden und Biegen der Rohrleitungen erfolgt auf der Grundlage der 3D-Routingdaten. Vorgefertigte Segmente verkürzen die Zeit für die Montage an Bord des Schiffes.“

Effizienz durch „tadellose“ Leistung

Die Produktion für Neubauten und Modifikationen findet ebenfalls in den Werften von Kooiman statt. Der Input für die Produktion basiert auf der schiffbauspezifischen Funktionalität von NX Ship Design.

„Dank NX Ship Design erhält die Werkstatt genaue Anweisungen, wie die Teile für die Produktion zusammenzusetzen sind“, sagt Vrolijk. „Der Output ist tadellos. NX ersetzt manuelle Facharbeit und gleicht den Mangel an nautischem Fachwissen teilweise aus. Die Tausende von Teilen passen perfekt zusammen und machen die Werkstatt so viel effizienter.“

Alle Arten von Aufträgen bearbeiten

Rückblickend auf dreizehn Jahre NX-Einsatz freut sich Vrolijk, dass das gesamte Unternehmen von der Investition in die Software von Siemens Digital Industries Software profitiert. „Dank der Vielseitigkeit von NX sind wir flexibler als je zuvor und können alle Arten von Aufträgen bearbeiten“, sagt Vrolijk. „Wir sehen eine frühere Einbindung und Zustimmung unserer Kunden auf der Grundlage der 3D-Konstruktion, was für uns kommerziell sehr interessant ist. Und durch die frühere Einbindung des Kunden wird die Anzahl der Änderungen im späteren Verlauf des Prozesses reduziert.“