Autodesk Factory Design Suite im Einsatz

Ob Kleber durch Wärme aktiviert, Gipsplatten und Isolierstoffe bei der Herstellung getrocknet, Filtermaterialien thermisch behandelt oder Gießformen getrocknet und abgekühlt werden müssen, die Konzeption der entsprechenden Anlagen setzt viel Fachwissen und Erfahrung voraus. Denn kein Anwendungsfall gleicht dem anderen, jedes Mal sind andere Materialien im Spiel und es herrschen unterschiedliche Anforderungen an Temperatur und Temperaturverlauf. Die Elpo GmbH hat sich auf die Herstellung thermoprozesstechnischer Anlagen zur Wärmebehandlung und Trocknung von bis zu 750 Grad Celsius spezialisiert. Der Anlagenbauer aus dem baden-württembergischen Backnang, nordöstlich von Stuttgart, konzipiert und baut individuelle Sonderlösungen für seine Kunden. Das sind beispielsweise Gießereien sowie Unternehmen aus der Automobil-, Dichtungs-, Baustoff- oder Filterindustrie. Zum Portfolio gehören nicht nur Trockner, Öfen und Kühler, sondern auch die vor- und nachgelagerte Handlings- und Fördertechnik. Die 36 Mitarbeiter des Unternehmens setzen ihr Know-how branchenübergreifend ein, um zweckorientierte Lösungen für nahezu jede Problemstellung zu entwickeln. Das bedeutet: Keine Anlage gleicht der anderen, jedes neue Kundenprojekt muss von Grund auf neu konzipiert und erstellt werden. Dabei haben die Konstrukteure mit Modellen zu tun, die durch die vor- und nachgelagerte Handhabungstechnik sehr komplex sind. Zudem müssen sie in bestehende Strukturen beim Kunden, beispielsweise bereits vorhandene Anlagen, eingepasst werden.

Zu 100 Prozent in 3D geplant und abgebildet

Um diese Herausforderungen zu meistern, kommen bei Elpo schon seit der Firmengründung im Jahr 1995 Softwarelösungen von Autodesk zum Einsatz. Das erste Produkt war das 2D-Konstruktionsprogramm AutoCAD. Seitdem baut das Unternehmen die verwendete Software kontinuierlich aus. So erfolgt seit 2009 die Konstruktion der Anlagen komplett in 3D mit Autodesk Inventor, das mittlerweile innerhalb der Autodesk Product Design Suite genutzt wird. Dieses Softwarepaket beinhaltet umfassende Werkzeuge, die speziell auf die Konstruktion, Simulation und Visualisierung mit dreidimensionalen Modellen ausgerichtet sind. „Wir haben seit 2009 jede unserer Anlagen zu 100 Prozent in 3D vorliegen – bis zur letzten Schraube“, verdeutlicht Uwe Junk, Geschäftsführer der Elpo GmbH. „Das sind oftmals mehrere tausend Teile, aus denen so eine Anlage besteht.“ Das Modell stellt eine Art digitalen Prototyp dar. Anhand dessen können die Konstrukteure die Eigenschaften der Anlage schon vor deren Produktion überprüfen und optimieren, beispielsweise, ob die Bauteile oder  -gruppen zueinander passen oder ob es zu Kollisionen kommt. Seit 2012 wird bei Elpo zusätzlich die Autodesk Factory Design Suite eingesetzt, ein Softwarepaket, mit dem sich Anlagen, Produktionshallen und sogar ganze Werke planen lassen. Damit kann auch das Umfeld der Anlagen, beispielsweise Deckenträger sowie Zu- oder Ableitungen, sinnvoll abgebildet und dokumentiert werden. Bei der Konzepterstellung lassen sich Proportionen dadurch realistischer darstellen. Auch können die Konstrukteure den Kunden beziehungsweise Projektbeteiligten mit nicht-technischem Hintergrund einen besseren Eindruck von der gesamten Anlage in ihrem Umfeld vermitteln. Während der Konstruktion hilft die Software, Fehlplanungen zu vermeiden. Es lassen sich beispielsweise Kollisionen mit der Anlagenperipherie bereits vor dem Bau erkennen – was gerade bei Elementen, die sich in die Höhe erstrecken, von großem Vorteil ist.

PDM mit Autodesk Vault

Um die Flut an Konstruktionsdaten, die während des Entwicklungsprozesses einer Anlage anfallen, in den Griff zu bekommen und besser strukturieren zu können, kommt seit 2009 auch Autodesk Vault zum Einsatz. Die Lösung für Produktdatenmanagement (PDM) ermöglicht zudem, die verwendeten Bauteile in einem gewissen Umfang zu standardisieren. Denn einmal erstellt, können die Modelle nun als Vorlagen in Vault hinterlegt, bei Bedarf abgerufen und entsprechend den spezifischen Anforderungen angepasst werden. „Die Einführung von Vault hat hinsichtlich unserer CAD-Systemlandschaft vielleicht den größten Effekt bewirkt“, verdeutlicht Uwe Junk. „Denn durch die Standardisierung sparen sich unsere Konstrukteure viel Arbeit und damit Zeit, da sie vermehrt auf bestehende Teile zurückgreifen können.“

Mit Simulation Funktionsweise prüfen

Obwohl die Visualisierungstools der Product Design Suite sowie der Factory Design Suite bereits viel dazu beitragen, den Kunden ihre Anlage in eindrucksvoller Weise zu visualisieren, bestand für Uwe Junk dennoch zusätzlich Bedarf, den Kunden auch die Funktionsweise der Konstruktionen besser vermitteln zu können: „Verständlicherweise bleiben die Kunden trotz all unserer Erfahrung zunächst skeptisch, da sie ja viel Geld in solch eine Sonderanfertigung investieren. Würde diese dann am Ende nicht so funktionieren wie geplant, wäre das für sie gewissermaßen der Super-GAU.“ Darum begann man im September 2013, Autodesk® Simulation CFD einzuführen. Damit lassen sich Strömungs- und Wärmeanalysen für ein breites Spektrum an Anwendungsbereichen durchführen. Elpo simuliert mit Simulation CFD die Wärmeentwicklung in den thermoprozesstechnischen Anlagen. „In der Regel schildern uns die Kunden ihren Anwendungsfall und wir entwickeln den passenden Prozess dazu“, erzählt Uwe Junk. „Mit Simulation CFD können wir den Kunden die Funktionsweise der geplanten Anlage zeigen und ihnen so beweisen, dass unsere Herangehensweise auch wirklich funktionieren wird.“ Die Lösung unterstützt die Konstrukteure natürlich auch bei der Konzeptionierung. Denn sie können ihre Ideen im Vorfeld verifizieren und optimieren, um Funktionsfehler, die ohne Simulation erst nach dem Bau entdeckt werden, bereits im Vorfeld zu erkennen und zu vermeiden. Denn Nachbesserungen sind teuer und kosten wertvolle Entwicklungszeit.
Noch steht man bei Elpo beim Einsatz von Simulation CFD ganz am Anfang. Es gilt zunächst, die Lösung noch besser in die Prozesse zu integrieren. In naher Zukunft kann sich Uwe Junk gut vorstellen, die Lösung nicht nur während der Konzeption und Konstruktion zu verwenden, sondern auch zur Problemlösung: „Wenn ein Prozess nicht funktioniert, gestaltet sich die Suche nach dem Fehler oft schwierig. Mit Simulation CFD wollen wir solche Probleme simulieren und abbilden, um so den Fehler zu finden und zu beheben.“

Gesteigerte Konstruktionsqualität

Wie bei Elpo mit den Autodesk-Lösungen die Produktivität und Konstruktionsqualität gesteigert werden konnte, zeigt ein Vergleich zweier Projekte: 2008 ließ ein Kunde eine thermische Behandlungsanlage für gefaltete Filterpapiere konstruieren. 2013 – fünf Jahre später – gab er den Auftrag für eine sehr ähnliche Anlage. Der Arbeitsaufwand scheint auf den ersten Blick relativ identisch zu sein: Während die Konstruktion der ersten Anlage etwa 750 Stunden in Anspruch nahm, fielen bei der zweiten Anlage 700 Konstruktionsstunden an. Doch bei der Konstruktion der Anlage gab es große qualitative Unterschiede, wie Uwe Junk erläutert. „Wir erreichen jetzt mit etwa dem gleichen Aufwand eine deutlich höhere Planungsqualität. Wo wir 2008 nur die reine Anlage konstruierten, wurden bei der jüngeren Anlage in etwas weniger Zeit zusätzlich noch Simulationen sowie das gesamte Anlagenumfeld erstellt.“ Und das wirkt sich auch auf die Kundenzufriedenheit aus, weiß der Geschäftsführer zu berichten: „Die Kunden sehen die Fortschritte natürlich auch und sind sehr zufrieden damit, wie sich unsere Arbeit entwickelt.“ (anm)