Keyboard ALT + g to toggle grid overlay
Egy 100 éves vállalat új termékfejlesztési technológiák segítségével készül fel a gyártás jövőjére
A Claudius Peters, amely 113 éve foglalkozik az ömlesztettanyag-feldolgozó berendezések gyártásával, 21. századi, digitális vállalattá való átalakuláson megy keresztül. A generatív tervezés mindent megváltoztat a vállalat működésében, radikálisan új megközelítést kínálva a terméktervezéshez és -optimalizáláshoz. Ennek az általában 3D nyomtatáshoz kapcsolható technológiának a hagyományos gyártási eljárásokba való átvételével a vállalat költséghatékonyabb termékeket készíthet egy olyan iparági piacra, ahol a költségek központi szerepet játszanak. A generatív tervezés a nehézgépészetben segít csökkenteni az anyag- és energiaköltségeket, valamint az átfutási időt, növelve a Claudius Peters versenyképességét ebben a változásokkal teli korszakban.
Egy régi stílusú vállalat nyit a változás felé
A német Claudius Peters tökéletes példa a nehézgépészeti gyártókra: nagyméretű ipari berendezéseket és feldolgozóüzemeket készít a cement-, acél-, gipsz- és alumíniumipar számára. „Az ömlesztett anyagok kezelésének szakértői vagyunk” – mondja Thomas Nagel, a Claudius Peters (CP) műveleti igazgatója. Hamburghoz közeli központja mellett a vállalat 12 regionális irodával is rendelkezik Észak-, Közép- és Dél-Amerikában, Európában és Ázsiában.
Az 1906-ban alapított CP több mint 100 éve foglalkozik hatalmas méretű, nagy tőkeigényű ipari termékek, például szállítószalagok, silók és őrlőberendezések gyártásával. A vállalat történelmi múltjába való kapaszkodás helyett azonban Nagel informatikai igazgatóként szeretné elérni, hogy a vállalat a digitális innováció egyik globális vezetőjévé váljon. A Claudius Peters 2014-ben lépett az innováció útjára a költségekkel, minőséggel, szállítási idővel és ügyfél-elégedettséggel kapcsolatos jobb üzleti eredmények elérése érdekében. A vállalat azonban felismerte, hogy a versenyképesség megtartása a 21. században nem csupán új szoftverek vásárlásából áll. A CP 2018-ban kezdte meg rugalmas vállalattá való további átalakulását, amelynek keretében új digitális készségekre, valamint a tervezői gondolkodásra, kísérletezésre és az iterációkra összpontosító vállalati kultúra kialakítására volt szükség.
Az innováció útjának kezdete
A Claudius Peters innováció felé vezető útján fontos szerepet játszik az Autodeskkel és más technológiai partnerekkel való együttműködés. A CP a folyamatok összekapcsolása érdekében új eszközöket (például BIM 360 (angol)) vezetett be az értékesítés, a mérnöki tevékenység, a tervezés, a gyártás és az összeszerelés között. A vállalat emellett az Inventor és a végeselemes (FEM) vizsgálat segítségével új módszereket talált a gyártási folyamatok zökkenőmentesebbé tételére. A gépek üzembe helyezéséhez a CP 3D valóságrögzítést kezdett el használni, a ReCap és a Navisworks segítségével rögzítve az adatokat az ügyféllétesítményekben, majd gyorsan átadva a fájlokat a németországi mérnöki és tervezői csapatoknak. „Ennek köszönhetően gyorsabban, jobb minőséggel végezzük a munkánkat, alacsonyabb költségek mellett, ami pedig magasabb ügyfél-elégedettséget eredményez – mondja Nagel,
– Azonban az innovációnk ennél is többet jelent.” – teszi hozzá. A Fusion 360 egy generatív tervezéshez kapcsolódó bemutatójától megihletve Nagel négy órás műhelyfoglalkozást szervezett a CP csapatának, hogy megismerhessék ezt a fejlődő technológiát.
Az Autodesk generatív tervezési (angol) szoftvere a tervezési célok és kényszerek alapján vizsgálja meg egy tervezési megoldás lehetséges változatait, a választható lehetőségek tucatjait generálva rövid idő alatt. Néhány általános alkatrésszel való kísérletezést követően a csapat úgy döntött, megpróbál generatív tervezés segítségével optimalizálni egy klinkerhűtőből, azaz a CP egyik cementipari alaptermékéből származó alkatrészt.
Mi a klinkerhűtő?
A cementipari termékek gyártása a Claudius Peters tevékenységének egyik alappillére volt egészen a kezdetektől. A cementgyártók őrölt követ kevernek össze, és kemencében 1 450°C-ra hevítve üveggolyó méretű rögökké egyesítik azokat, amelyek neve „klinker”. Az izzó klinker a klinkerhűtőbe kerül, amely egy hatalmas, 50 x 25 méteres berendezés. A klinkert a levegő nagyjából 100°C-ra hűti le, miközben az anyag áthalad a hűtőn. Ezután összezúzzák, és más alapanyagokkal keverik a cement létrehozásához.
A CP a korai 1950-es években kezdett el klinkerhűtőket gyártani az ipar számára, és több mint 700 hűtőt gyártott a következő 60 év során. A klinkergyártás azonban nagyon energiaigényes, ami a cementipart a világ egyik legnagyobb CO2-kibocsátójává teszi.
A korai 2000-es években a CP belekezdett egy következő generációs, az energiatakarékosság szem előtt tartásával tervezett klinkerhűtő fejlesztésébe: ez lett az ETA hűtő, a görög „η” (éta) szimbólum után, amely az energiahatékonyságot jelöli. „Az ETA hűtő egyik legnagyobb előnye a kiváló hőhatékonysága – mondja Nagel. – Az általa biztosított energiatakarékosság segít csökkenteni a cementgyártás negatív környezeti hatását.” Ma a CP fő célja a meglévő klinkerhűtők ETA hűtőkre cserélése a cementgyártó üzemek hatékonyságának növelése érdekében.
Meglepő eredmények a generatív tervezéssel
A CP úgy döntött, generatív tervezéssel optimalizálja az ETA hűtő egyik alkatrészét, egy nehéz fémalkatrészt, amelyet a felesleges anyag eltávolítása érdekében nemrégiben terveztek újra a hagyományos tervezési módszerekkel. Mindegyik hűtő 50–60 darab ilyen alkatrészt tartalmaz az olvadt klinkert az ETA hűtőn keresztülszállító szállítószalagokra csavarozva. „Ezt az öntvénydarabot újra és újra optimalizáltuk – mondja Maximilian Lerch, a CP tervezőmérnöke. – A cél a fém tömegének és a kapcsolódó költségnek a csökkentése volt.” Már kis mértékű optimalizáció is nagy hatással jár.
„Fantasztikus volt látni, ahogy a mérnökök a számítógép képernyője köré gyűlve nézték, hogyan jön létre a generatív tervezés révén egy optimalizált, erős alkatrész szinte a semmiből, pusztán a kényszerek alapján – teszi hozzá Lerch. – A legjobb megoldás megtalálásához szükséges összes iterációt a szoftver végzi el.”
Az első, négy órás generatív tervezési munkamenet után meglett az első eredmény is: „‘Földönkívüli alkatrésznek’ neveztük el – mondja Nagel. – Az eredmény meglepett minket – hogyan lehetséges, hogy ennyire különbözik a mi optimalizált alkatrészünktől? Ráadásul 30–40%-kal könnyebb is?”
-
A cementgyártási folyamat során az izzó klinker a kemencéből az ETA hűtőbe kerül, amely naponta akár 13 000 tonna klinkert is képes feldolgozni.
-
A klinkert szállítószalagok szállítják keresztül az ETA hűtőn, miközben a levegő nagyjából 100°C-ra hűti le az olvadt kőzetet.
-
Az ETA hűtők mindegyike nagyjából 60 szállítóalkatrésszel rendelkezik, amelyek a forró klinkert a hűtőn keresztülszállító szállítószalagokon vannak elhelyezve.
-
Az eredeti szállítóalkatrészt (balra) 2016-ban tervezték újra, és 14 klinkerhűtőben teljesített sikeresen.
-
Az új, generatív tervezésen alapuló alkatrész (jobbra) több mint 50%-kal könnyebb az eredetinél – ami jelentős anyagköltség- és energiamegtakarítást jelent.
-
A rendereléseken látható a klinkerhűtő-alkatrész fejlődése az eredeti, nehéz, geometrikus kialakítástól (felső sor, bal szélen) a generatív tervezéssel, illetve visszafejtéssel készült változatokon át.
A képek a Claudius Peters tulajdonai.
Generatív tervezéssel készült alkatrész alkalmazása a hagyományos gyártásban
A Claudius Peters kétkedő mérnökei számításokat és FEM-elemzést végeztek a „földönkívüli alkatrészen”, és megdöbbenve tapasztalták, hogy hatékonyabb az alkatrész hagyományos módszerrel optimalizált változatánál. A csapat megkezdte a terv elemzését, hogy kitalálják, hogyan tudnák legyártani azt. „A generatív tervezésű termékek esetében általában 3D nyomtatással vagy más additív gyártási módszerrel gyártják le a terméket – mondja Nagel. – A mi iparágunkban a 3D nyomtatás nem alkalmazható, mivel túl drága lenne.” A generatív tervezésből és a hagyományos optimalizálásból származó ötleteket felhasználva azonban „mindössze egy hét alatt sikerült visszafejtéssel rájönnünk, hogyan gyárthatjuk az alkatrészt hagyományos módszerekkel.”
Az Inventor és a FEM-elemzés segítségével a csapat a Claudius Peters öntödéjében megvalósítható különféle gyártási megoldásokat tesztelt. „Úgy döntöttünk, az alkatrész öntéséről átállunk egy lézerrel vágott lemezeken és hegesztésen alapuló megoldásra – mondja Nagel. – Az alkatrész további 25%-kal lett könnyebb, továbbá gyorsabbá és költséghatékonyabbá is vált a gyártása.” A csapat folytatja a szállítóalkatrész tervezési lehetőségeinek tanulmányozását, újabb fejlesztési és költségcsökkentési lehetőségeket fedezve fel. „Rövid időn belül bele tudunk majd kezdeni a gyártásába – folytatja Nagel. – Úgy vélem, az alkatrész még ebben az évben munkába állhat valahol a világon.”
A generatív tervezés előnyeinek kihasználása
A CP a generatív tervezéssel készült alkatrésznek köszönhetően jelentős mennyiségű pénzt takaríthat meg minden összeállított klinkerhűtő esetében. A szállítóalkatrész tömege nagyjából 20 kilogrammal csökkent, így a vállalat várhatóan nagyjából 100 eurót takarít majd meg alkatrészenként, hűtőnként pedig 60-szor vagy még többször ennyit, az alkatrészek számának megfelelően. Az alacsonyabb tömeg emellett alacsonyabb szállítási költséget is jelent. „Az első kifejlesztett prototípustól fogva hittük, hogy a generatív tervezés segíteni fog költséghatékonyabbá tenni a termékeinket és növelni a versenyképességünket – mondja Nagel.
A generatív tervezés nagyobb mértékű fenntarthatósággal is jár. „Áttérhetünk az indiai és török öntödékben használt nehezebb alkatrészöntvényekről a könnyebb alkatrészekre – egy hegesztett dizájnra, amelyet még az itteni műhelyben is meg tudunk csinálni – mondta Nagel. – Anyagot, energiát, szállítási időt és a környezetre gyakorolt egyéb negatív hatásokat takaríthatunk meg.”
A Claudius Peters már ott tart, hogy a generatív tervezés válik a meglévő alkatrészek optimalizálásának, illetve az új alkatrészek tervezésének bevett folyamatává. „Meg fogjuk állapítani, hogy a jövőben melyik alkatrészeken alkalmazhatjuk az optimalizálást és az anyagcsökkentést – mondta Nagel. – Alkatrészről alkatrészre haladva próbáljuk kideríteni, hogy a generatív tervezésnek minden esetben ugyanolyan előnyei vannak-e.”
Kapcsolódó termékek
Jelenleg nem tudjuk megjeleníteni a keresési eredményeket. Kérjük, látogasson vissza később.