Ressourcenschonende Produktion: Wettbewerbsfähig dank Simulation

Doch in jeder noch so großen Herausforderung liegt auch das Potenzial zur positiven Veränderung. Statt passiv in der Situation zu verharren, gilt es jetzt für Unternehmen, die richtigen Stellschrauben zu finden – um sich so für die Zukunft aufzustellen. Doch wie sehen praktische Lösungen aus, um Material und damit Kosten einzusparen? Wie finden Unternehmen geeignete alternative Werkstoffe für die ressourcenschonende Produktion – und können dabei weiterhin die Qualität und Stabilität ihrer Produkte gewährleisten? Hier hilft der strategische Einsatz von Digital Engineering mittels Simulation.  

Zwar setzen viele Unternehmen entsprechende Simulations-tools punktuell in der Produktentwicklung ein – das volle Potenzial nutzen aber nur wenige. Denn der Einsatz von Simulation im Sinne digitaler Entwicklungslösungen hilft, vielfältige Herausforderungen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg zu meistern – gerade im Hinblick auf die Materialverfügbarkeit. Aktuelle Beispiele aus der Industriepraxis belegen das.

Ressourcenschonende Produktion: Höhere Qualität bei geringerem Materialverbrauch

Geringerer Materialverbrauch und gleichzeitig höhere Produktqualität. Das ist das Ergebnis eines Projekts der Krones AG, in dessen Mittel­punkt eine automatisierte, simulationsgestützte Prozess­kette steht. Mit ihr können Konstrukteure in wenigen Schritten das mechanische Verhalten von PET-Behältern vorhersagen und sie so optimieren, dass sie unter anderem erheblich stabiler sind. Gleichzeitig lässt sich ein wesentlicher Anteil an wertvollen Kunststoff-Ressourcen einsparen.

Ein großer Aufwand in der Simulation steckt vor allem darin, den gesamten Lebenszyklus einer Flasche zu betrachten. Angefangen beim Streckblasprozess über das Befüllen und Etikettieren bis hin zur Lagerung und zum Transport. Darüber hinaus sind Haptik und Optik der Flasche sowie das verwendete Material wichtige Kriterien für die Flaschenauslegung. Mit dem „Bottle-Wizard“, einem speziell für derartige Aufgabenstellungen konzipierten digitalen Entwicklungswerkzeug, ist es nun möglich, Designanforderungen einfacher und schneller zu erfüllen. Ein wesentlicher Aspekt bei den Anforderungen ist, dass vor allem der Materialeinsatz minimiert werden soll. Durch das gemeinsame Projekt von Krones und Cadfem zur Standardisierung und Automatisierung der Prozesse sind auch Nicht-Spezialisten dazu in der Lage, den Materialeinsatz zu optimieren.

Simulation ist bei Krones schon seit Jahrzehnten fester Bestandteil der Produktentwicklung. „Die Anforderungen sind jedoch stetig gestiegen, so dass wir heute auf dem Weg von physischen zu digitalen Bemusterungen sind“, erklärt Thomas ­Albrecht, der bei Krones die Abteilung CRD Analytics and Simulations leitet. „Wenn wir das Verhalten der Flasche durch Simulation voraussagen können, sind wir in der Lage, sie nachhaltiger, schneller und effizienter zu produzieren, abzufüllen und zu transportieren.“

Systematische Werkstoffauswahl durch digitale Werkzeuge

Bei der Funktion und Lebensdauer von Bauteilen kommt es auf die optimale Auswahl von Werkstoffen an. Entwicklungsingenieure müssen im Alltag verschiedene Materialvorgaben unter einen Hut bringen: robust, aber leicht; hochwertig, aber wirtschaftlich; speziell, aber verfügbar; langlebig, aber nachhaltig. Ohne Kompromisse beim Werkstoff geht das nicht. Aber welcher ist der beste? Die traditionelle Auswahl auf Basis von Erfahrungswerten kann dazu führen, dass Potenziale für die Entwicklung neuer Produkte ungenutzt bleiben, beispielsweise Material- und Kosteneinsparungen oder der Einsatz alternativer Werkstoffe. Abhilfe schafft hier eine individuell abgestimmte, digitale Werkstoffauswahl, wie sie das Unternehmen Schunk in einem gemeinsamen Projekt mit Cadfem entwickelt hat.

Gestützt auf digitale Werkzeuge ist es möglich, Anforderungen, Expertenwissen und exakte Materialdatenmodelle miteinander zu verknüpfen. „Ansys Granta Selector hilft uns durch die schnelle Übersicht über Werkstoffsorten und -familien sowie die gute Vergleichbarkeit vieler unterschiedlicher Eigenschaften mehrerer Werkstoffe eine optimale Werkstofflösung zu finden“, betont Daniel Barta, Werkstoffspezialist und Entwicklungsingenieur bei Schunk. Das Unternehmen kann so ungenutzte Potenziale heben, alternative Materialien einsetzen und bessere, ökologischere und durch Materialeinsparungen wirtschaftlichere Produkte für seine Kunden herstellen.

Leichtbau: Weniger Kosten und Ressourcenbedarf

Der Leichtbau verbindet Ressourcenschutz und Wirtschaftlichkeit miteinander. Jede Gewichtseinsparung bedeutet geringere Kosten und weniger Material, das verfügbar sein muss. Unternehmen wie Schwarzmüller, der größte europäische Nischenanbieter für Anhänger und Aufbauten im Güterverkehr, setzen für die Lösung komplexer physikalischer Fragestellungen im Leichtbau auf Simulation. Um möglichst schnell und unabhängig zu agieren, nutzt das Unternehmen Inhouse-Simulation. Es entwickelte dafür mit Cadfem die passenden Lösungen. Neben Topologieoptimierungen zur Gewichtsreduktion der Trägerstrukturen sind Schwingungsanalysen ein wichtiges Thema.

„Die Topologieoptimierung ist ein sehr gutes Beispiel, wie das Verständnis für unsere Baugruppen verbessert wird. Mit den daraus generierten Informationen können wir noch zielgerichteter optimale Konzepte ableiten,“ erläutert Harald Bruhns, Head of Digital/Orga bei Schwarzmüller. Das Ergebnis: Oft erzeugen fundierte Simulationen nicht nur eine ressourcenschonende Produktion, sondern tragen sogar zu Leistungssteigerungen bei. Für Schwarzmüller bedeutet der Einsatz von Simulation ein besseres Verständnis für die Physik in den eigenen Produkten. Das führt zu gezielten Optimierungen und somit auch zu Material- sowie Kosteneinsparungen.

Ressourcenschonende Produktion: Der richtige Partner für Digital Engineering mittels Simulation

Diese Beispiele verdeutlichen, welche Potenziale im strategischen Einsatz von Digital Engineering mittels Simulation liegen. Dabei sind neben den passenden Tools oftmals integrierte Workflows notwendig. So lassen sich Daten aus verschiedenen Bereichen zusammenführen und allen Beteiligten zur Verfügung zu stellen. Cadfem befähigt seine Kunden hier über den gesamten Prozess hinweg. Vom Aufdecken möglicher Simulationspotenziale, über geeignete Konzepte, die Erarbeitung integrierter Lösungen bis hin zur Bereitstellung der passenden digitalen Entwicklungswerkzeuge steht Cadfem seinen Kunden bei. Zudem hebt Cadfem mit Schulungen und zertifizierten Ausbildungen die Produktentwicklungskompetenz der Kunden auf das nächste Level.

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Die Autorin Bianca Willhauck ist freie Texterin.

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