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3D-CAD-Software im Fahrzeugbau

 18.02.2011,

Der Gießmodellbau von Ford in Köln hat in Zusammenarbeit mit Dassault Systèmes (DS) und dem Einsatz von Catia V5 NC seine Prozesse optimiert. Das Ergebnis: Eine Verkürzung der Anfertigungszeit von Gießmodellen – und eine Lösung, die in die Zukunft trägt.

Autor: Marc Voland Wenn die neuen Modelle des Ford Focus in den Showrooms der Autohändler stehen, dann haben sich Andreas Solberg und Arnd Lauer schon längst neuen Aufgaben zugewandt. Die beiden NC-Spezialisten sind bei Ford zuständig für die Programmierung von Gießmodellen, die in der Werkzeugherstellung eingesetzt werden – eine Aufgabe mit engen Zeitvorgaben.

„Die Produktion ist darauf angewiesen, dass sie so schnell wie möglich die Werkzeuge erhält, mit denen sie die Türen, Seitenwände oder Motorhauben tiefziehen, beschneiden und umformen können“, sagt Solberg. Lauer ergänzt: „Jeder Tag, den die Produktion später beginnt, führt zu immensen Mehrkosten.“

Gegossen werden die Werkzeuge − für die Seitenwand des Ford Galaxy sind sie bis zu fünf Meter lang − in der verlorenen Form. Für dieses Gussverfahren wird ein Styropor-Modell der Werkzeugkonstruktion im Maßstab 1:1,02 gefertigt.

Dieses wird in Sand eingebettet, der mit Bindemittelnverfestigt wird. So entsteht eine Form, die die Werkzeughersteller schließlich mit Stahl ausgießen; das Styropor verdampft, an die Stelle des Styropor-Modells tritt das Gussstück aus Metall.

NC-Programmierung mit 3D-Modellen

Um das Styropor-Modell zu erhalten, arbeiten Solberg und seine Kollegen heute mit einem komplett virtuellen 3D-Modell der zu fertigenden Werkzeugkonstruktion. Anhand dieses virtuellen Modells programmieren sie offline die NC-Programme, welche an die Fräsmaschinen gesendet werden, die schließlich die realen Modelle aus dem Styropor herausarbeiten.

Bis vor kurzem hat die Abteilung für die NC-Programmierung dazu das NC-Modul des unternehmensweiten C3P-Programms (CAD-CAM-CAE-PIM) verwendet.

Dieses Programm hat Ford Mitte der 1990er-Jahre eingeführt, um Entwicklung und Produktion effizienter zu gestalten – dieser Anspruch besteht freilich auch heute noch, nur dass Ford mittlerweile im Rahmen des Nachfolgeprogramms C3PNG (Next Generation) für die Konstruktion Catia V5 einsetzt; das bisherige System hatte sein End of Life erreicht.

Weniger Korrekturen dank durchgängigem Prozess

Für den Leiter der Gießmodell-Abteilung Ralph Hoffstadt stellte sich deshalb die Frage, mit welchen Software-Anwendungen seine Mitarbeiter künftig die Fräs-Programme erstellen. Da Ford seit geraumer Zeit für die Konstruktion seiner Fahrzeuge Catia einsetzt, lag es nahe, die Vorteile eines durchgängigen Prozesses zu nutzen.

„So werden die verschiedenen Abteilungen von der Produktentwicklung über Stamping Engineering und den Werkzeugbau effizienter mit einander verknüpft; die Daten müssen nicht manuell von einer Anwendung in die andere übertragen werden“, so Hoffstadt.

„Je weniger Schnittstellen es gibt, desto weniger Informationsverlust tritt auf. Die Folge sind weniger Nacharbeiten.“ Verwenden alle Abteilungen die gleiche Software, sinken außerdem die Kosten für Hardware und Training, und die Komplexität in der IT wird insgesamt reduziert.

Doch es gab eine Hürde: Ford hat das bisherige CAD/CAM-Werkzeug und dessen Entwicklung im Bereich der Gießmodellerstellung erheblich vorangetrieben und beeinflusst. „Unsere Gießmodellprogrammierer arbeiteten hochproduktiv mit der bestehenden Anwendung.

Die Messlatte für ein neues Tool lag deshalb sehr hoch.“ Hinzu kam, dass Catia NC für die Metall-, nicht aber für die Styroporverarbeitung vorgesehen war. „Styropor besitzt ganz andere Eigenschaften. Wir mussten das neue System deshalb ausgiebig testen, um die Vor- und Nachteile kennenzulernen. Dabei haben wir auch einiges an Feedback zurückgespielt.“

Enge Entwicklungspartnerschaft

Im Rahmen einer weltweiten Entwicklungspartnerschaft mit Ford hat Dassault Systèmes zusammen mit der Abteilung Gießmodell das NC-Modul ausgebaut und optimiert.

Dies mit großem Erfolg: Nach nur eineinhalb Jahren hat die Abteilung, die als Profit Center aufgestellt ist und Gießmodelle für die gesamte Ford-Gruppe, aber auch für externe Kunden herstellt, die Gewinnschwelle erreicht. „Innerhalb recht kurzer Zeit konnten wir mit der neuen Anwendung die Fräsbahnen genauso schnell programmieren, wie mit der alten Software“, erklärt Hoffstadt.

Ziel war es aber von Anfang an, die Zeit der Programmierung noch weiter zu verkürzen − was ebenfalls gelang. Je nach Größe und Komplexität des zu fertigenden Gießmodells konnten die Anfertigungszeiten um bis zu 20 Prozent verkürzt werden. Das ist ein enormer Schritt zu mehr Effizienz und bringt uns vor allem Wettbewerbsvorteile in einem Markt, in dem die Zeitvorgaben immer enger werden.“

Tempo zählt. Und das erreichte Ford zusammen mit Dassault Systèmes, in dem das gemeinsame Optimierungs-Team, zu dem neben den Ford-Experten DS-Mitarbeiter aus den Bereichen Service und Produktentwicklung gehörten, wiederkehrende Programmier-Aufgaben standardisierte automatisierte und in Schablonen (Templates) hinterlegte.

So lassen sich beispielsweise über voreingestellte Parameter, etwa zu Vorschub und Drehzahlen, Spannschlitze schneller programmieren. Außerdem kann das NC-Modul Verrundungen, die die Programmierer bisher aufwendig von Hand in das virtuelle Modell einfügen mussten, automatisch berechnen.

Diese vordefinierten Schablonen führen aber nicht nur dazu, dass die Programmierer schneller und fehlerfreier vorgehen, sondern sie können sich auch an einem standardisierten Vorgehen orientieren. So kann ein Mitarbeiter nahtlos die Aufgabe eines Kollegen, etwa bei einem Schichtwechsel, übernehmen, da heute alle der gleichen Programmier-Methode folgen.

Keine Crashs mehr dank Videosimulation

Im Zug der Standardisierung haben das Team von Ford und Dassault Systèmes außerdem die Produktionsstrategien verbessert, etwa indem sie die Wege, die die Fräser unproduktiv in der Luft zurücklegen, verkürzt haben.

Ein weiterer Faktor für mehr Geschwindigkeit ist die mit Catia NC neueingeführte Foto- und Videosimulation. Mit deren Hilfe können die Programmierer im Voraus überprüfen, ob der Rohling sauber gefräst wird, oder ob noch Restmaterial verbleibt. Bisher hatten die NC-Programmierer keine Möglichkeit zu analysieren, ob alle zu bearbeitenden Bereiche auch wirklich erfasst wurden.

Heute wird dieser Kontrollschritt durch die komplette Simulation am PC ersetzt. Weiterer Vorteil der Simulation: Mit ihr lässt sich die Gefahr eines Crashs, bei dem der Fräser mit dem Maschinentisch der Fräsmaschine kollidiert, nahezu ausschließen.

Für den Leiter des Werkzeugbaus Köln, Paul Weissenberg, hat sich der Umstieg voll und ganz gelohnt: „Catia V5 NC ist so leicht zu bedienen, dass wir, auch dank des hervorragenden methodenbasierten Training von DS, kaum Schwierigkeiten bei der Umstellung hatten − auch was die Implementierung betrifft, die innerhalb kurzer Zeit abgeschlossen wurde.

Ich bin in jeder Hinsicht positiv überrascht“, sagt Weissenberg, der die Umstellung auf das neue System verantwortete. Mindestens genauso wichtig wie die bisher erreichten Erfolge ist für ihn jedoch das Potenzial, das er in der Software sieht. „Mit Catia sind wir auf einer Technologie-Plattform, die uns in die Zukunft trägt.“

www.3ds.com

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