Bei der Produktentwicklung im Trial-and-Error-Verfahren wirkt sich jeder Fehler zulasten der Entwicklungszeit und der Qualität aus. Zusätzlich bringen Themen wie Globalisierung und kürzere Time-to-Market-Zyklen eine wachsende Komplexität mit sich, sowie die Forderung nach Funktionsintegration. Inwieweit können Simulations-Tools helfen?

Durch Simulations-Tools lässt sich die Trial-and-Error-Methode größtenteils ablösen. Wie stabil ist mein Produkt? Wo wirken welche Kräfte? Wie verhält sich das Material beim Spritzgussvorgang im Werkzeug? Kommt es zu Einschlüssen oder Einfallstellen? All das lässt sich bereits berechnen, bevor der erste Prototyp gebaut wird. Bemusterungen anhand echter Prototypen sind natürlich noch notwendig. Jedoch macht es einen Unterschied, ob man eine oder fünf Korrekturschleifen mit Prototypenwerkzeugen hat. Optimalerweise sollten Simulationen standardmäßig während der Produktentwicklung von den Konstrukteuren verwendet werden und nicht nur durch wenige Spezialisten. Zugegeben – es gibt noch einige Barrieren, die dem im Weg stehen. Doch die überwinden wir gerade.

Die Anforderungen an Kunststoffbauteile und Spritzgießwerkzeuge steigen zunehmend. Artikel- und Werkzeugkonstruktion sowie Werkzeugbau müssen oft parallel betrieben werden. Sind hier PLM-Systeme sinnvoller als Simulationstools?

Weder das eine noch das andere ist so gesehen sinnvoller. Die Kunst ist, eine aufgabenübergreifende Plattform zu schaffen. Das heißt konkret: Das CAD-Programm zur Artikelkonstruktion, die Simulationssoftware zur Werkzeugauslegung und das CAM-Tool zur CNC-Fertigung des Werkzeugs müssen die Daten barrierefrei austauschen können.

Das sollte nicht nur linear, also nacheinander, ablaufen. Beispielsweise sollte der Konstrukteur bereits bei der Produktentwicklung Rückmeldung darüber erhalten, ob sein Modell tatsächlich produzierbar wäre. Bei alldem kommt es auf eine zentrale Datenhaltung und vereinheitlichte Prozesse für alle Projektbeteiligten an. Grundlage dafür sind gut funktionierende und integrierte PDM- und PLM-Systeme. Die Lösungen sollten möglichst nahtlos zueinander und zu anderen Softwareprodukten kompatibel sein.

Die Vielfalt der verwendeten Kunststoffe erschwert die Auslegung von Formen, Werkzeugen und Temperierung. Kann ein Simulationstool hierfür mehr leisten oder ist der Erfahrungsschatz eines Werkzeugmachers hier wertvoller?

Ich denke, die beste Lösung ist die Kombination aus beidem. Denn ohne gut geschulte und qualifizierte Anwender ist die beste Simulationssoftware nutzlos. Der Erfahrungsschatz von Werkzeugmachern ist eine wichtige Voraussetzung, um gute erste Entwürfe zu erhalten. Die Simulationssoftware hilft dabei, diese weiter zu optimieren. Denn ohne einen virtuellen Check geht man bei vielen Konstruktionsentscheidungen oftmals auf Nummer sicher oder stellt grobe Schätzungen an. So wird beispielsweise lieber eine etwas zu große Wanddicke gewählt, anstatt die Stabilität des Produkts zu gefährden, was aber wiederum zu eventuell unnötigem Gewicht und Materialverbrauch führt. Mithilfe von Simulationssoftware kann hier der optimale Kompromiss zwischen Wanddicke und Stabilität getroffen werden. Auch bei der Fehlersuche ist die Software hilfreich.

Lassen sich mit einem Simulationstool über alle Kunststoffformprozesse und modernen Prozessanwendungen simulieren?

Jede Simulation ist immer nur so gut, wie die zugrunde liegenden Daten. In Autodesk Moldflow gibt es eine inte-grierte Datenbank mit tausenden von Materialien. Wir übernehmen daher nicht nur die Angaben der Materialhersteller, sondern validieren sie auch durch eigene Tests und passen die Daten bei Bedarf an. Dadurch steht den Anwendern eine wirklich herstellerbezogene und damit realitätsnahe Materialdatenbank zur Verfügung. Denn obwohl einige Kunststoffe dieselbe Bezeichnung haben, unterscheiden sie sich durch feinste Abweichungen, wodurch es bei der Simulation oft zu ungleichen Ergebnissen kommt.

Lassen sich mit Simulationstools auch der Energieverbrauch im Fertigungsprozess und ein späteres Recycling optimieren?

Der Energieverbrauch beim Spritzgussvorgang hängt von vielen Parametern ab. Doch grundsätzlich wirkt sich eine kürzere Zykluszeit positiv auf den Energieverbrauch aus. Zum einen können so mehr Artikel pro Maschinenstunde produziert werden, was umgerechnet weniger Verbrauch pro einzelnen Artikel bedeutet. Ein weiterer Ansatzpunkt für ressourcenschonende Fertigungsprozesse ist, den Materialverbrauch zu reduzieren, sprich, die Wanddicken zu minimieren. Auch der Ausschuss und unnötiger Materialverbrauch für viele Prototypen lässt sich so verringern.

Vor der Investition in ein Simulationstool schrecken kleinere Unternehmen oft zurück, weil sie diese in Verbindung mit mächtigen PLM-Systemen sehen. Sind sogenannte Insellösungen überhaupt sinnvoll?

Bevor komplett auf Simulation verzichtet wird, ist es natürlich besser, eine isolierte Insellösung zu nutzen. Auch wer nur ab und zu einzelne Berechnungen durchführt, muss nicht zwingend eine große IT-Landschaft um das Simulationswerkzeug aufbauen. Fakt ist aber: Sind Softwarelösungen miteinander verknüpft statt isoliert, können die Workflows bei der Produktentwicklung deutlich gestrafft werden.

Was muss ich im Vorfeld beachten, bedenken und abwägen, wenn sich ein entsprechendes Simulationstool integrieren möchte?

Man sollte sich bewusst machen, dass Simulation viel Rechenleistung erfordert und somit hohe Anforderungen an die Hardware stellt. Denn was nutzt die beste Lösung, wenn die Berechnung viele Stunden oder sogar Tage dauert und währenddessen der Computer voll ausgelastet ist? Das stellt für viele, gerade kleinere und mittelständische Unternehmen immer noch eine große Hürde dar. Diese Hürden müssen abgebaut werden. Unsere cloudbasierte Lösung Simulation 360 kann hier helfen. Denn die Unternehmen können von den nahezu unbegrenzten Rechenkapazitäten in der Cloud profitieren. Die Ressourcen stehen dann zur Verfügung, wenn sie gebraucht werden.

Das heißt, es muss keine eigene IT-Infrastruktur mit Hochleistungsrechnern unterhalten werden, die auch Kosten verursacht, wenn gerade kein Bedarf an Rechenkapazität besteht. Ein weiterer Aspekt ist der Preis von Simulationslösungen. Einzelne Lizenzen von Desktoplösungen sind oft teuer und die Anschaffung ist unter Umständen nicht immer rentabel. Hier bieten eventuell Miet-Modelle einen neuen Ansatz: Statt hoher Anfangsinvestitionen für Soft- und Hardware erwerben die Anwender das Nutzungsrecht für die Simulationsanwendung und die Rechenleistung für einen bestimmten Zeitraum. Das vermeidet Kapitalbindung und bedeutet mehr Flexibilität.

 

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Über den Autor

Harald Wollstadt ist Chefredakteur des Plastverarbeiter. harald.wollstadt@huethig.de