Wie im Designprozess (falsch) digitalisiert wird

Märkte und Lieferketten verändern sich immer rascher. Fertigungsbetriebe müssen besonders flexibel reagieren. Einer der wirksamsten Hebel, um dies zu erreichen, ist die Investition in die Digitalisierung von Prozessen.

Digitalisierung endet nicht mit dem Kauf von Softwarelösungen. Auch dier Arbeitsweisen in den Unternehmen müssen sich grundlegend ändern.

Foto: Simcon

2020 war für viele Unternehmen ein turbulentes Jahr. In einem sich rasch verändernden Umfeld, in dem sich komplette Lieferketten überraschend auf schnelle Nachfrageverschiebungen einstellen müssen, ist es entscheidend, wie schnell man sich an neue Umstände anpassen kann – und zwar ohne dass die Qualität darunter leidet oder die Kosten explodieren.

Digitalisierung bedeutet Transformation

Doch Digitalisierung endet nicht mit dem Kauf von Softwarelösungen. Um das Potenzial der Technologie wirklich zu realisieren, müssen Unternehmen mehr tun, als ein Stück Software zu installieren und ein Training zu machen. Sie müssen ihre Arbeitsweisen grundlegend ändern. Auch die Interaktion zwischen Abteilungen und mit Kunden wird sich ändern. Es geht um nicht weniger als eine ganzheitliche Transformation!

Aber was heißt das konkret? Als Beispiel dient hier im Beitrag das Design von Spritzgießformteilen, -werkzeugen und -maschinenparametern. Wie sehen sinnvolle digitale Arbeitsabläufe aus? Wie sollten Teams und Abteilungen in Zukunft anders miteinander zusammenarbeiten?

Praktische Tipps von Praktikern

Um Unternehmen dabei zu helfen, ihre digitalen Prozesse effizient und effektiv auszulegen, haben die Softwareanbieter Volume Graphics und Simcon ein Whitepaper mit praktischen Tipps veröffentlicht. Dieses Whitepaper sammelt und destilliert die Erfahrungen aus tausenden von Beratungsprojekten zur Einführung von digitalen Lösungen bei ihren Kunden. Hierbei haben sich bestimmte „Dos und Don’ts“ herauskristallisiert, die für den Erfolg digitaler Transformation notwendig sind.

Erfolgreiche Digitalisierung erfordert eine moderne, agile Arbeitsweise. Diese zeichnet sich durch fünf wichtige Eigenschaften aus. Grafik: Simcon

Die wichtigsten Punkte lassen sich kurz und knapp zusammenfassen. Ein guter digitalisierter Prozess hat fünf Eigenschaften: Er ist front-loaded, smart iterativ, cross-funktional, hat eine konsistente Definition von Qualität und ist durchgängig digitalisiert. Nachfolgend werden diese Punkte besprochen. Im Whitepaper, das unter unter www.simcon.com aufgerufen werden kann, werden diese fünf Themen ausführlich und detailliert besprochen sowie mit praktischen Tipps untermauert.

Merkmal 1: Front-loaded

Designentscheidungen werden virtualisiert. Die Simulation wird genutzt, um auf Basis digitaler Zwillinge zu prüfen, welche Designalternativen Qualität, Kosten und Nachhaltigkeit optimieren. Anstatt erst bei der Bemusterung auf Fehler und Probleme zu stoßen, können sie antizipiert und gelöst werden, bevor der erste Span im Werkzeugbau fällt.

Merkmal 2: smart iterativ

Um im Design-Review-fundierte Entscheidungen zu treffen, sollte nicht nur eine Designvariante durchsimuliert werden, sondern systematisch viele alternative Varianten betrachtet werden. Denn nur wenn die Konsequenzen der Alternativen bekannt sind, kann faktenbasiert entschieden werden. Durch das systematische generieren und analysieren von Alternativen werden bessere Lösungen erkennbar, und zugleich auch die Robustheit von Lösungsansätzen testbar. Denn wenn kleine Änderungen an Maschinenparametern große Änderungen am Ergebnis verursachen, ist der Prozess nicht robust.

Um diese Erkenntnisse zu erlangen, muss man eine Vielzahl von Simulationsdurchläufen durchführen. Damit das schnell und effizient vonstattengeht, sollte diese Simulationen parallel statt nacheinander ablaufen. Das ist mit „smart iterativ“ gemeint: Geprüft werden viele Varianten, aber parallel, nicht sequentiell. Deshalb ist es wichtig, dass die Simulationssoftware entsprechend schnell ist. Genau hierauf ist die Software „CADMould“ des Würselener Anbieters optimiert. Auch das Aufsetzen und Analysieren von Simulationsvarianten lässt sich mit der Lösung „Varimos“ weitgehend automatisieren und beschleunigen.

Merkmal 3: Cross-Funktionalität

Damit Front-Loading gut funktioniert, müssen die Perspektiven von Werkzeugmachern, Maschineneinrichtern und Messtechnikern / Qualitätsmanagement-Beauftragten bereits beim Formteildesign einfließen. Das bedeutet, dass gemeinsame Design-Reviews stattfinden, bei denen die Simulationsergebnisse gemeinsam besprochen werden, um die wichtigsten Entscheidungen kooperativ zu treffen. Dafür sollten produktbezogene, abteilungsübergreifende Teams frühzeitig zusammengestellt werden. Das bedeutet nicht, dass alle Parteien Vollzeit nur an einem Projekt arbeiten – aber sie sollten bei Design-Reviews dabei sein, eine Stimme im Engineering haben, und gehört werden.

Merkmal 4: konsistente Erfolgsmaße

Damit Teams gut funktionsübergreifend zusammenarbeiten können, ist es essentiell, dass alle Parteien am selben Strang ziehen. Das wird nur gelingen, wenn Einigkeit darüber besteht, wie der Erfolg gemessen werden soll. Deshalb empfiehlt Simcon, dass die Spezifikation (wie Qualität) bereits am Anfang des Projekts gemessen werden sollte – während der CAD Konstruktion. Das lässt sich entweder via PMI (Product Manufacturing Information) oder via einer Software, zum Beispiel „VG Metrology““ von Volume Graphics, realisieren. Alle nachfolgenden Prozessschritte – insbesondere auch die simulative Optimierung – sollten anhand der hier festgelegten Qualitätsmaße evaluiert werden.

Merkmal 5: digitale Durchgängigkeit

Meist werden im Verlauf eines neuen Projektes mehrere Softwarepakete eingesetzt – vom CAD zur Simulation, zum Transfer auf die Maschine sowie zur Messtechnik. Damit die funktionsübergreifende Zusammenarbeit möglichst reibungslos und ohne Doppelarbeit abläuft, ist es wichtig, dass diese Software zueinander kompatibel ist. So ist zum Beispiel die Messtechnik-Software VG Metrology kompatibel mit CADMould und Varimos. Das hat den Vorteil, dass Qualitätsmaße für das Formteil nur einmal einheitlich festgelegt werden müssen. Schon beim Erstellen des CAD-Designs wird der Messplan definiert, anhand dessen die Qualität der Teile später geprüft werden soll. Hiermit werden sowohl die Simulationsergebnisse, als auch später die realen Teile vermessen. Diese Qualitätsmaße können dann in Varimos direkt als Optimierungsziele verwendet werden. So lassen sich simulativ genau die Maße optimieren, die später in der realen Welt, z.B. per industriellem Computertomografie (CT)-Scan, gemessen werden sollen.

Ein Praxisbeispiel untermauert die erfolgreiche Strategie

Ohne die beschriebene Software-Integration droht Doppelarbeit zwischen Abteilungen und Arbeitsschritten. Das ist fehleranfällig und verlangsamt den Entwicklungsprozess. So erkannte zum Beispiel Patrick Bertram, Principal Engineer of Molding Simulation beim führenden Steckverbindungs- und Sensorexperten TE Connectivity, eine Möglichkeit zur besseren digitalen Verkettung.

Nur wenn die genutzte Software entlang der Prozesskette nahtlos zusammenarbeitet, kann im Unternehmen der größtmögliche Effekt erzielt werden. Grafik: Simcon

In der Produktentwicklung für Kunststoffbauteile kamen bisher drei Software-Welten zum Einsatz: CAD, Spritzgießsimulation (CADMould, Varimos) und Qualitätsvermessung mittels Industrial CT-Scan-Software (VG Metrology). Es sollten zunächst Qualitätsmaße im CAD definiert werden, und zwar bereits beim Design des Bauteils. Dieselben Maße sollten dann als Zielgrößen für die simulative Spritzgießoptimierung genutzt werden, sowie später für die Qualitätskontrolle bei der Auswertung von industriellen CT-Scans mit Hilfe von VG Metrology. So entsteht entlang der gesamten Prozesskette, vom Design bis hin zur Produktion, ein einheitliches Verständnis von Qualität. Doch wie setzt man eine solche digitale Integration schnell und kostengünstig um?

TE Connectivity wählte einen pragmatischen Weg, um rasch voranzukommen. Es brachte seine Softwarepartner an einen Tisch und formte eine Entwicklungskooperation. Die Partner wurden gebeten, eine integrierte Lösung zu entwickeln – gemäß der eigenen Bedürfnisse. Das hat den Vorteil, dass rasch Fortschritte erzielt werden können. Dabei muss nicht signifikant Personal aufgebaut werden, und es sind keine organisatorischen Herausforderungen zu meistern. Die Kooperation war für alle Beteiligten von Vorteil – TE Connectivity erhielt zügig die nötige Lösung; die Softwareunternehmen konnten eine Partnerschaft aufbauen, eine Produktinnovation realisieren und sie direkt in der Praxis testen.