04.02.2022 – Kategorie: Fertigung & Prototyping

Ingenieurausbildung: Umgang mit digitalen Zwillingen von Anfang an

IngenieurausbildungQuelle: KU Leuven

Die katholische Universität Leuven in Belgien nutzt Siemens-Lösungen für die Ausbildung künftiger Ingenieure in Produktdesign und Fertigung. Die Studenten werden so auf den digitalen Wandel in der Fertigungsindustrie vorbereitet.

Die Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven) ist die größte Universität in Belgien. An ihrem Hauptcampus in Leuven und 14 über das ganze Land verteilten Außenstellen sind mehr als 58.000 Studierende in 50 Fakultäten und Fachbereichen eingeschrieben. Mehr als 20 dieser Fachbereiche und Fakultäten bilden den Bereich für Wissenschaft, Ingenieurwesen und Technologie der Universität. Nach einer Umstrukturierung des belgischen Bildungssystems im Jahr 2013 sind die Ingenieurschulen, die eine praktischere Ingenieurausbildung auf akademischem Niveau bieten, nun Teil eines größeren Netzwerks der KU Leuven.

Ingenieurausbildung für die Industrie 4.0

„Innerhalb dieser Gruppe haben wir drei ingenieurwissenschaftliche Profile: Ingenieurwissenschaften, Ingenieurtechnologien und Biowissenschaften“, sagt Professor Dr. Ir. Bert Lauwers, Dekan der Fakultät für Ingenieurtechnik der KU Leuven, und führt fort: „Für uns bedeutet ‚akademisch‘ nicht nur, Studien zu produzieren, sondern wir betrachten es als eine Art des Denkens. Der Ansatz der Universität, Studierende der Ingenieurwissenschaften auf ihre berufliche Laufbahn und als Marktinnovatoren für Industrie 4.0 vorzubereiten, macht die belgische Universität wohl zu einer der besten in Europa.“

Lernen, wie man digitale Zwillinge baut

In den Kursen zur virtuellen Produktentwicklung verwenden die Ingenieurstudenten der beiden Fakultäten Solid Edge, eine Software für computergestütztes 2D/3D-­Design (CAD) von Siemens Digital Industries Software, um alltägliche Produkte zu modellieren. Wenn ihre Baugruppenstrukturen und Formen komplexer werden, wechseln die Bachelor- und Masterstudenten im dritten Jahr zu NX von Siemens, einer führenden integrierten Lösung für computergestütztes Design, Fertigung und Engineering (CAD/CAM/CAE). In diesen Kursen lernen die Studierenden die Anwendung verschiedener Konstruktionsmethoden – einschließlich parametrischer Modellierung. Sie lernen auch zu verstehen, welchen Einfluss der Fertigungsprozess auf das CAD-Modell oder das Produkt selbst haben kann.

Im Rahmen Ihrer Arbeit verstehen die Studenten den Informa­tionsverlust, der oft mit der Verwendung offener CAD-Dateiformate wie STEP oder IGES verbunden ist. Das Ergebnis ihrer Arbeit ist ein ­digitaler Zwilling des Produkts, das sie entworfen haben.

„Unsere Studierenden haben schon vor 15 Jahren damit begonnen, digitale Zwillinge zu erstellen, lange bevor Bezeichnungen wie die digitale Fabrik oder Industrie 4.0 geprägt wurden“, sagt Professor Lauwers. „Wir bringen ihnen unter anderem bei, dass ein digitaler Zwilling erst dann vollständig ist, wenn er das gesamte Verhalten eines Produkts abbildet.“

CAM in der Ingenieurausbildung

In einem Kurs zur computerintegrierten Fertigung lernen die Studierenden zunächst, wie man eine Werkzeugmaschine direkt programmiert. Ausgehend von einer mit Solid Edge erzeugten Datei erstellen sie einfache Objekte. Später verwenden die Studenten NX CAM, um Postprozessoren zu entwickeln und Programme für ­numerisch gesteuerte (NC) Werkzeug­maschinen mit fünf Achsen zu erstellen.

Außerdem validieren sie die NC-Programme durch Simulation, wobei die digi­talen Zwillinge ihrer Produkte und der Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen. Dabei nutzen sie Software aus dem Siemens-Simcenter-Portfolio. Schließlich veri­fizieren sie das Ergebnis dieser Simulationen durch die tatsächliche Bearbeitung.

Ingenieurausbildung
Die Studenten der KU Leuven im eClipse-Formula-Electric-Team bauen elektrische Rennwagen, die in der Formula Student zum Einsatz kommen. In einem Kurs zur intelligenten Fertigung nutzen sie Softwarelösungen wie NX, Simcenter und Teamcenter, um die gesamte Prozesskette der Produktentstehung abzudecken. Bild: KU Leuven

Vollständig skalierbare Software-Unterstützung

Im Rahmen eines Projekts zur Bearbeitung von Zahnrädern integrierten die Maschinenbaustudenten ein Laserwerkzeug in eine Fünfachs-Werkzeugmaschine, um die Vorbearbeitung, das Laserhärten und die Endbearbeitung auf derselben Maschine zu ermöglichen. Die Bewegung des Lasers von Position zu Position mit der Achse der Werkzeugmaschine ist zu langsam, was zu übermäßiger Erhitzung im Werkstück führt. In Zusammenarbeit mit ihrem Ausbilder und einem Doktoranden kombinierten die Studenten das Bewegen der Achse mit schnellem Laserscanning. Mit Hilfe von NX entwickelten sie einen Postprozessor für diesen integrierten Prozess, welcher die Zeit verkürzt, die für die Herstellung von Prototyp-Zahnrädern erforderlich ist.

Im Rahmen eines Postgraduierten­programms zur Förderung von innovativem Unternehmertum bauen Studierende der Fakultät für Ingenieurtechnik der KU Leuven und Studierende des ­Thomas More University College elektrische Rennwagen für die Formula Student. Das ­eClipse Formula Electric-Team der KU Leuven besteht aus einer großen Gruppe von Studenten, die unter engen Zeitvorgaben zusammenarbeiten. Neben NX CAD, NX CAM und Simcenter für verschiedene ­Simulationsaufgaben setzen sie auch Software aus dem Teamcenter-Portfolio von Siemens ein.

Offline-Nutzung für Projektarbeiten

„In einem so breit gefächerten Studiengang wie dem unseren variiert der Einsatz der verschiedenen Softwareprodukte je nach den Anforderungen der einzelnen Projekte“, sagt Professor Lauwers. „Doktoranden, die in die Tiefen des computergestützten Designs und der Fertigung vordringen, verwenden oft mehrere Produkte aus dem Portfolio von Siemens ­Digital Industries Software.“

Heute stellt die KU Leuven all ihren Ingenieurstudenten sowie den Studenten der verschiedenen Hochschulen innerhalb des KU-Leuven-Verbundes Siemens-Produkte zur Verfügung. Die Studenten können sich eine der fast 7.000 Siemens-Fertigungs­lizenzen für die Offline-Nutzung bei Projektarbeiten zu Hause ausleihen.

„Die Studenten in der Ingenieurausbildung der KU Leuven haben außer­dem unbegrenzten, kostenlosen ­Zugang zum einfach zu bedienenden, komfortablen E-Learning-Portal ‚Siemens Learning Advantage‘“, betont Professor Lauwers. „Sie benötigen nur einen Internet-Browser und können sich damit kostengünstig und zeitsparend Wissen über die Lösungen von Siemens Digital Industries Software aneignen.“ Die Studierenden haben darüber hinaus Zugang zu einer umfangreichen Bibliothek mit Kursen und Prüfungen zum Selbststudium.

Ingenieurausbildung: Fruchtbare Beziehung

Die großzügige Nutzung der Ingenieurssoftware basiert auf einer langjährigen, fruchtbaren Beziehung zwischen Siemens und der Universität, die mehr als 30 Jahre zurückreicht. LMS International, der Hersteller eines Teils des Simcenter-Portfolios für Simulation und Test, ist ein Spin-off der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der KU Leuven.

Teil der Kooperation ist ein so genanntes „Dual Desk“-Doktorandenprogramm. Dort promovieren bei Siemens angestellte Forscher unter gemeinsamer Betreuung eines akademischen Promotors und eines Industriepromotors. Darüber hinaus nimmt ­Siemens regelmäßig akademische Forscher für Abordnungen oder gemeinsame Experimente auf – ein Programm, das weithin als innovative Form der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft anerkannt ist.

„Unsere Partnerschaft mit Siemens stellt uns die Software-Ressourcen zur Verfügung, die wir benötigen, um Studierende zu Ingenieuren auszubilden, die für die Herausforderungen der Zukunft gerüstet sind“, resümiert Professor Lauwers. „Durch das Wachstum des Softwareportfolios dieses Unternehmens ergeben sich für uns viele Möglichkeiten, den Studierenden zu vermitteln, wie sie die Digitalisierung effizient für ihre Zwecke nutzen können.“

Der Autor Ralf Steck ist freier Fachjournalist in Friedrichshafen.

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