7/15 September/Oktober www.digital-engineering-magazin.de Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure D, A, CH: Euro 14,40 | ISSN 1618-002X Industrie 4.0 | Internet der Dinge ANZEIGE Ne u e s C A M -Lö su ng spaket von O PEN MIN D Schruppen und Schlichten neu erfunden Kommunikation Neue Potenziale Grafiklösungen OPC UA in der Automatisierung: Wie Geräte miteinander sprechen Zerspanungswerkzeuge additiv fertigen Fotorealistisches Echtzeit-Rendering ersetzt Produktfotos | EDITORIAL | 003 Faszination Automobilentwicklung Liebe Leser, alle zwei Jahre wird die Main-Metropole Frankfurt im September zum Mekka der Automobilisten. Dann öffnet mit der IAA die weltgrößte Automobilausstellung für zehn Tage ihre Pforten und lockt wieder hunderttausende Besucher an, die sich über die neuesten Fahrzeuge, Trends und technologischen Highlights informieren wollen. Dieses Jahr ist es am 17. September soweit. Auf der weltweit wichtigsten Mobilitätsmesse zeigen dann rund 1.000 Aussteller ihre Innovationen. Das Motto der diesjährigen IAA lautet „Mobilität verbindet“ und weist auf den Mega trend des vernetzten und automatisierten Fahrens hin, der neben der Elektromobilität die Automesse prägen dürfte. Mit verbesserten Reichweiten von 250 bis 400 Kilometern steht in Frankfurt auch eine neue Generation von Elektroautos mit leistungsstärkeren Batterien am Start. Die Hersteller möchten mit den neuen Fahrzeugen so mehr Flottenbetreiber für die E-Mobilität begeistern. Damit aber Elektroautos in den nächsten Jahren weiter aus der Nische fahren können, müssen sie meiner Meinung nach deutlich günstiger werden. Der Schlüssel dazu liegt in der Batterietechnologie. Zu einem weiteren großen Trend entwickelt sich das autonome Fahren. Auch wenn hier Sen soren, Kameras und Steuerungssysteme einen wichtigen Kern dieser Technologie bilden, rmöglicht das digitale Kartenmaterial erst die e Navigation von autonomen Autos. Denn damit ein autonomes oder hochautomatisiertes Fahrzeug sicher fahren kann, muss es erst einmal wissen, wo es sich befindet. Das bisherige Kartenmaterial reicht hier nicht aus, vielmehr sind hochaufgelöste Karten erforderlich. Das haben auch die drei deutschen Premium-Hersteller Audi, BMW und Daimler erkannt und sich vor kurzem auf den Erwerb des Kartendienstes Nokia Here geeinigt. Dafür machen sie immerhin 2,8 Milliarden Euro locker. Die drei Partner wollen so unabhängiger von IT- und Internetunternehmen wie Apple und Google sein. Konstrukteure und Entwickler jedenfalls stehen in den nächsten Jahren vor großen Herausforderungen. In das Automobil zieht nämlich immer mehr IT- und Automatisierungstechnologie ein. Durch vernetzte, über das Internet verbundene Systeme entstehen aber auch spezielle Sicherheitsrisiken. Vor kurzem machte hier das Beispiel zweier Software-Experten die Runde, die sich in einen Jeep Cherokee gehackt hatten und unter anderem das Gaspedal des Fahrzeugs über das Internet steuern konnten. Hier sind wirkungsvolle Schutzmechanismen dringend erforderlich. Rainer Trummer Chefredakteur Ihr Rainer Trummer, Chefredakteur PDM.PLM. Produkte im Team besser und schneller entwickeln CIM DATABASE steht für hervorragendes Produktdatenmanagement und Product Lifecycle Management – von der Konzeption und Planung bis zur Industrialisierung. Das System unterstützt Unternehmen und deren Ingenieure dabei, ihre wichtigste Arbeit noch besser zu machen: erfolgreiche, innovative Produkte zu entwickeln. CO ProduNTACT Hanno ct Day s ver | 2 3.–24.0 Stuttg art | 2 9. 0 .– 21.10. Zürich | 04.11. Hamb urg Jetzt k | 12.11. ost anme enlos lden! www.contact-software.com 004 | INHALT | Titelstory: Das CAM-Paket hyperMILL MAXX Machining von OPEN MIND ermöglicht seinen Kunden mehr Performance beim Fräsen. Zwei unabhängige Module innerhalb des Paketes beschleunigen sowohl das Schruppen als auch das Schlichten. Eines der Highlights ist die Schlichtstrategie „Tangentiales Ebenen schlichten“. 18 AKTUELL Wirtschaftsticker Macher und Märkte Die Automobil-Branche ist einer der Motoren unserer Wirtschaft. Wir schauen hinter die Kulissen – wie Audi seinen Karosseriebau in Halle N60 in Ingolstadt automatisiert hat (S. 30), wie das Wissen von Wissenschaftlern, Dienstleistern und Softwareentwicklern seinen Weg in die heiligen Simulationshallen der Autobauer findet (S. 32) und wie ein Rennstall seinen Boliden mit 3D-Druck fit für die neue Saison macht (S. 28). Bilder: Bosch Rexroth, Porsche, Stratasys und KU e-Racing Messe-Duo für durchgängige Prozesse Motek und Bondexpo in Stuttgart Im Bereich der Automation beschäftigen wir uns diesmal in zwei Artikeln (S. 40 und S. 44) mit dem Kommunikationsstandard zur Maschinenanbindung OPC-UA – ein Enabler in Sachen Industrie 4.0. Als solcher gilt auch RFID (S. 42), hier in der Funktion eines Prozessoptimierers in der Steckdosenproduktion. RFID hilft auch im Kampf gegen die Produktpiraten (S. 50) – die, neben China – wer hätte es gedacht – insbesondere aus Deutschland kommen. Die hohen Kräfte für die Werkzeugmaschine erzeugen besonders effizient Hydraulikaggregate (S. 48). Und Kabel, die sogar im Meer überleben, gibt es ab Seite 46. > Additive Fertigung bahnt sich ihren Weg in den Mainstream. Wir sprechen mit einem Dienstleister über seine Erwartungen (S. 52), schauen bei einem Industrie-Designer rein, wie er den 3D-Druck nutzt (S. 54) und zeigen, dass sich sogar Hochleistungswerkzeuge additiv fertigen lassen (S. 56). DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 Bilder: LMD, Supernova Design, Mapal Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress Bilder: Siemens, Lapp, Hawe Hydraulik, Turck < 6 10 Mehr Prozesseffizienz Bei der Version 4.0 von Tebis wurde unter anderem die Benutzeroberfläche verbessert 12 Trends und Technologie Neue Produkte und Verfahren 13 Veranstaltungskalender Was, wann, wo? 16 CAD & DESIGN Titel: Schruppen und Schlichten neu erfunden Das CAM-Paket hyperMILL MAXX Machining ermöglicht einen Performance-Sprung 18 Zehn Experten nehmen Stellung CAM-Spezialisten erläutern, was die wichtigsten Trends in diesem Bereich sind 20 Direkt ins Cockpit CAD-Direktmodellierer in der Entwicklung mechatronischer Systeme für die Luftfahrt 24 Weltweit verteilt CAD-Daten mittels automatischer Konvertierung weltweit nutzen 26 BRANCHE: AUTOMOTIVE Der Platzhirsch von Silverstone Kingston University erleichtert ihren Formula-Student-Boliden durch 3D-Druck 28 Wie Audi schweißt In Halle N60 produzieren 850 Roboter Audi-A3-Karosserien 30 Wissenstransfer: Methoden zum Erfolg Das Automotive Simulation Center verknüpft Wissen zu neuen Entwicklungsmethoden 32 | INHALT | 005 SIMULATION & VISUALISIERUNG SPECIAL: ADDITIVE FERTIGUNG Numerischer Schlepptank als Alternative Strömungssimulation unterstützt Schleppversuche35 „Wir brauchen Leuchtturmprojekte“ Im Interview: Die Sicht eines AMKonstruktions- und Fertigungsdienstleisters 52 Auf Sieg ausgelegt Analyse eines Weltmeisterschaftsstadions mit Multiphysics-Tools spart Zeit und Geld Design- und Produktionswerkzeug Erfahrungen eines Industriedesign-Studios mit einem Desktop-3D-Drucker 54 Die neuen Potenziale Selbst widerstandsfähige Zerspanungswerkzeuge lassen sich additiv fertigen 56 38 ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION Optimierung von Strukturen OPC UA: Mächtiges Protokoll mit unzähligen Funktionen und Freiheitsgraden 40 HARDWARE & PERIPHERIE In den richtigen Kanälen RFID sichert die automatisierte Montage von Kanalsteckdosen 42 Mehr Performance auf der Rennpiste Formel-1-Rennstall Sauber setzt bei der CFDAnalyse auf das Moonshot-System von HP 58 44 Reiseziel Mars US-Raummission erreicht hohe Effizienz – auch dank professioneller Grafiklösungen 60 Kabel für Meer und Eis Robuste Kabel für Meeresanwendungen auch in der Arktis 46 Visualisierung statt Produktfotos Aktuelle Grafikkarten und Software machen Produkte schneller „echt“ 62 Energieeffizient und hochverfügbar Hydraulik-Aggregate für die Werkzeugmaschinen der Automobilindustrie 48 Wie Geräte miteinander sprechen OPC-UA auf dem Weg zum globalen Standard der Gerätekommunikation Wider die Ersatzteilpiraterie RFID verhindert den Einsatz illegal nachgebauter Ersatzteile EDITORIAL3 50 MARKTPLATZ65 IMPRESSUM66 VORSCHAU66 Titelthemen Dokumentenvielfalt? Massenverarbeitung? Batchprozesse? Automatisierung? Nicht so einfach, meinen Sie? Da können wir Sie beruhigen ... ganz einfach mit Standardprodukten, servergestützt von SEAL Systems: Bestempeln Mit dynamischen Inhalten Konvertieren Aller benötigten Formate aus der CAD- und Office-Welt Drucken/Plotten Alle Geräte und Formate optimal angesteuert und verwaltet Elektronisch verteilen Email, Web, Fax, Mobile, Transmittals, ... Dokumentationen erstellen Siemens Mit automatischen PLM Connection Prozessen Erfahren Sie mehr: www.sealsystems.de/plm REDAKTIONELL ERWÄHNTE FIRMEN UND INSTITUTIONEN AMD [S. 60], Ansys [S. 15, 38], Audi [S. 30], Automotive Simulation Center Stuttgart [S. 32], Bosch Rexroth [S. 30], Brunner Elektronik [S. 24], CAMTECH [S. 20], Camtek [S. 21], CD-adapco [S. 35], Cenit [S. 13], Cideon [S. 6], Concept-Laser [S. 56], Dassault Systèmes [S. 6], DP Technology [S. 21], EDAG [S. 8], Harting [S. 44], HAWE Hydraulik [S. 48], HP [S. 58], Inneo Solutions [S. 26], InterCAM [S. 21], KU e-Racing [S. 28], Lapp [S. 46], Liqui Moly [S. 6], LMD [S. 52], Makerbot [S. 54], Mapal [S. 56], Mecadat [S. 9], Mesago [S. 8], Missler Software [S. 22], MSC Software [S. 14], MVTec [S. 13], National Instruments [S. 14], NSK [S. 13], Nvidia [S. 62], Open Mind [S. 18, 22], Orbital ATK [S. 60], P. E. Schall [S. 10], Perspectix [S. 8], Phoenix Contact [S. 40], PTC [S. 6], Rittal [S. 14], Sauber Motorsport [S. 58], Schott Systeme [S. 13, 22], Sescoi [S. 23], Siemens [S. 13, 24, 42], Siko [S. 15], Simufact [S. 13], SolidCAM [S. 23], Stratasys [S. 9, 28], Supernova Design [S. 54], Tebis [S. 12, 23], Transcat PLM [S. 14], Transtec [S. 8], Turck [S. 50], VDMA [S. 52], Yaskawa [S. 15]. Vorträge, Workshops 5.–6. Mai 2015 Seeheim Teamcenter | Enovia | Windchill Lösungen von SEAL Systems erfüllen alle Anforderungen, die sich in den täglichen Geschäftsprozessen Ihres Unternehmens durch die Vielfalt und das große Volumen verschiedener Daten, Dokumente und Formate stellen. sealsystems the digital paper factory 006 | AKTUELL | Macher & Märkte TITEL: OPEN MIND Mit dem neuen CAM-Software-Paket, hyperMILL MAXX Machining, verschafft OPEN MIND seinen Kunden einen Performance-Sprung beim Fräsen. Zwei unabhängige Module innerhalb des Paketes beschleunigen sowohl das Schruppen als auch das Schlichten. Eines der Highlights ist die Schlichtstrategie „Tangentiales Ebenenschlichten“. Dabei kommt der neue konische Tonnenfräser zum Einsatz, der sehr große Bahnabstände ermöglicht. So sind Bearbeitungszeit-Einsparungen von bis zu 90 Prozent möglich. Und das bei gleicher oder besserer Oberflächengüte als beim Abzeilen mit Kugelfräsern. Die neue Strategie ist einfach zu programmieren, schafft kollisionsgeprüfte Fräsbahnen und ist prozesssicher umzusetzen. Erste Einsätze in der Praxis bestätigen die Testangaben des Herstellers. Auf der EMO 2015 in Mailand wird das neue Paket hyperMILL MAXX Machining vorgestellt und mit dem kommenden Release hyperMILL 2016.1 verfügbar sein. D A S S A U LT S Y S T È M E S Dassault Systèmes überarbeitet Solidworks-Online-Gateway Dassault Systèmes, Lösungsanbieter für 3D-Design, 3D-Digital Mock-Up und Product Lifecycle Management (PLM), hat „MySolidWorks“ erweitert. Das ist ein Online-Gateway mit zentralem Zugang zu allen Solidworks-Communities und -Inhalten und wurde im vergangenen Jahr eingeführt. Dank der jetzt zur Verfügung stehenden Funktionen können die 2,7 Millionen Solidworks-Nutzer ihre Konstruktionsfähigkeiten vertiefen und Know-how austauschen. Zudem erhalten sie über das Portal Antworten auf Fragen rund um Solidworks. Auf MySolidWorks lässt sich über mobile Endgeräte oder direkt vom Desktop aus zugreifen. Neben den bereits vorhandenen umfangreichen Inhalten (Foren, Blogs, Videos und 3D ContentCentral) OPEN MIND Technologies AG Argelsrieder Feld 5 D-82234 Weßling Tel.: +49 8153 933 – 500 Fax: +49 8153 933 – 501 [email protected] www.openmind-tech.com kommen folgende neue Services hinzu: MySolidWorks Training – 120 neue OnlineSchulungsmodule plus Vorbereitungskurse für die Solidworks-Zertifizierung. My SolidWorks Drive verbindet cloudbasierte Dateispeicherdienste wie Dropbox und Google Drive mit MySolidWorks. My Var ermöglicht Fachhändlern die Weitergabe von Informationen und technischen Inhalten an ihre Anwender. Fachhändler können ihre Inhalte für Blogs, Videos und Nachrichten bereitstellen und einen Veranstaltungskalender veröffentlichen, beispielsweise für Webinare und Seminare. MySolidWorks Manufacturing Network zielt darauf ab, ein Netzwerk unter Solidworks-Anwendern und Fertigungsunternehmen zu knüpfen, die über Know-how in den Bereichen 3DDruck, Blechbearbeitung, CNC-Bearbeitung und Spritzgießen verfügen. Dassault hat die zentrale Anlaufstelle seiner OnlineCommunity überarbeitet. RICHTIGSTELLUNG KURZ NOTIERT In der Ausgabe 5/2015 ist uns im Artikel „Standard für die Fertigungsindustrie“ (Seite 50-51) leider ein Fehler unterlaufen. Die Zeile über der Überschrift verweist fälschlicherweise auf das „Requirements Interchange Format (RIF)“ anstatt auf den internationalen Standard ReqIF, um den es im Artikel geht. Wir bitten den Fehler vielmals zu entschuldigen. Der Schmierstoff-Anbieter Liqui Moly baut sein Geschäft für Boots- und Schiffbedarf aus. In diesem Zuge wird Jan Volk Director Business Development (Boat and Marine). Laut dem Unternehmen verfügt er über die nötige Erfahrung, damit das Unternehmen in diesem speziellen Segment national und international stärker wachsen kann. Cideon, Unternehmen der Friedhelm Loh Group, verstärkt mit Reno Sta- DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 schinski die Geschäftsführung beim SAP-Lösungsanbieter Cideon Software. Staschinski soll insbesondere die Zukunft im Bereich CAD-Schnittstellenlösungen für SAP-PLM bei Cideon mitgestalten. Jane Wachutka, Executive Vice President und Chief Technology Officer (CTO) bei PTC, ist als eine der Top-CIO/ CTO-Führungskräfte in den Vereinigten Staaten für ihr Engagement im Bildungsbereich, insbesondere für die MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) vom „StemConnector“, einem Konsortium aus über 152 Unternehmen, Verbänden, politischen Organisationen, Regierungsbehörden, Universitäten und akademischen Institutionen gewürdigt worden. Seit Jahren unterstützt PTC den MINT-Bereich mit Programmen wie First und dem IoT Academic Program. ()3 (QJLQHHUHG ZLWK 7,$3RUWDO SIMATIC S7-1500 plus TIA Portal 'DVXOWLPDWLYH3OXVLQGHU$XWRPDWLVLHUXQJ²IU6WDQGDUGXQG6DIHW\$QZHQGXQJHQ +|FKVWH/HLVWXQJVIlKLJNHLW²K|FKVWH %HQXW]HUIUHXQGOLFKNHLW'LH&RQWUROOHU )DPLOLH6,0$7,&6PLWGHU +LJK(QG&38LVWGLHQHXH&RQWURO OHU*HQHUDWLRQLP7,$3RUWDOXQGHLQ 0HLOHQVWHLQLQGHU$XWRPDWLVLHUXQJ)U GLH8PVHW]XQJIHKOHUVLFKHUHU$SSOLNDWLRQHQ VWHKHQDOOH66WDQGDUG&RQWUROOHU MHW]WDXFKDOVIHKOHUVLFKHUH9DULDQWHQ ]XU9HUIJXQJ'DVEHGHXWHW6WDQGDUG XQGIHKOHUVLFKHUH$XWRPDWLVLHUXQJLQQXU HLQHP&RQWUROOHU ,KU3OXVDQ3RZHU +HUDXVUDJHQGH6\VWHPSHUIRUPDQFH IUNU]HVWH5HDNWLRQV]HLWHQXQG K|FKVWH5HJHOJWH ,KU3OXVDQ(IIL]LHQ] ,QQRYDWLYHV'HVLJQXQGOHLFKWHV +DQGOLQJIUHLQIDFKVWH%HGLHQXQJ XQG,QEHWULHEQDKPHVRZLHVLFKHUHQ %HWULHE ,QWHJULHUWH6\VWHPGLDJQRVHIUYROOH 7UDQVSDUHQ]EHUGHQ$QODJHQVWDWXV DXWRPDWLVFKJHQHULHUWXQGHLQKHLWOLFK DQJH]HLJW 7,$3RUWDOIUK|FKVWH(QJLQHHULQJ HIIL]LHQ]]XU6HQNXQJGHU3URMHNW NRVWHQ ,QWXLWLYHIIL]LHQWEHZlKUW7RWDOO\ ,QWHJUDWHG$XWRPDWLRQ3RUWDO7,$ 3RUWDOGHILQLHUWGDV(QJLQHHULQJQHX (UOHEHQ6LHGLH+LJKOLJKWVGHVQHXHQ &RQWUROOHUVRQOLQHVLHPHQVGHV 7HFKQRORJ\,QWHJUDWHGIUSHUIHNWH $QWULHEVLQWHJUDWLRQYLD0RWLRQ &RQWURO)XQNWLRQHQXQG352),GULYH 6HFXULW\,QWHJUDWHG²GXUFKJlQJLJ LQWHJULHUWIUJU|WP|JOLFKHQ ,QYHVWLWLRQVVFKXW] VLHPHQVGHV 008 | AKTUELL | Macher & Märkte FORMNEXT Neue Messe am Start Die formnext, Messe und Kongress für additive Technologien und den Werkzeugbau, findet vom 17. bis 20. November in Frankfurt am Main statt. Die formnext zeigt unter dem Dach der eindrucksvoll gestalteten Messehalle 3 aktuelle Entwicklungen der additiven Technologien im Zusammenspiel mit konventionellen Verfahren und einem Fokus auf dem Werkzeug- und Formenbau. Im Bereich des 3D-Drucks haben sich bereits führende Unternehmen wie Alphacam, Arburg, Arcam, Concept Laser, EOS, Envisiontec, Materialise, Prodways, Realizer, Renishaw, Ricoh, Sisma, SLM, Stratasys und viele andere als Aussteller angemeldet. Auch der Werkzeug- und Formenbau ist auf der formnext 2015 prominent vertreten. Audi Werk- PERSPECTIX Die formnext findet vom 17. bis 20. November in Frankfurt statt. zeugbau zeigt mit einer großen Sonderschau sein weltweit führendes Know-how und gewährt einen Ausblick in die Zukunft der Automobilproduktion. Der Schreibgeräte-Hersteller Lamy gibt mit seinem Werkzeugbau detaillierte Einblicke in die Kompetenz des deutschen Marktführers. Zahlreiche weitere Werkzeug- und Formenbauunternehmen aus Deutschland und dem Ausland werden zudem ihr Leistungsspektrum präsentieren. Da rüber hinaus haben renommierte und innovative Unternehmen und Organisationen aus den Bereichen Forschung, Materialien, Maschinenbau, Messtechnik, Prototypenbau, Service, Weiterverarbeitung und Zubehör ihre Messeteilnahme als Aussteller bestätigt. Aluca optimiert Angebotserstellung Aluca, Anbieter in der Herstellung hochwertiger Einrichtungen für Nutzfahrzeuge, setzt im Vertrieb auf die Konfigurationssoftware „P’X5 Sales Solution“ des Züricher Softwareanbieters Perspectix. Damit spart Aluca bis zu 50 Prozent Arbeitszeit bei der Angebotserstellung. Der Aufwand zur Kontrolle und zum Einspielen von Produkten in das Warenwirtschaftssystem sinkt um bis zu 30 Prozent. Die Kommunikation zwischen Vertriebsaußen- und Innendienst wurde durch die Austauschmöglichkeiten der Software deutlich verbessert. Die P’X5 Sales Solution unterstützt die technische Industrie in der Konfiguration, Projektierung und Preiskalkulation von variantenreichen Die 3D-Ansicht in der P’X5 Sales Solution vermittelt eine gute Vorstellung von der fertigen FahrzeugeinBild: Aluca richtung. Produkten. Die Geschäftsleitung hat sich bereits im Mai 2013 zu einer Zusammenarbeit mit Perspectix entschlossen. Das Angebot des etwa 120 Mitarbeiter starken Unternehmens richtet sich vor allem an Kunden diverser Branchen mit eigenen Fuhrparks. Sonderbauten sind bei Aluca keine Seltenheit, da das Unternehmen viel Wert auf kundenindividuelle Betreuung legt. EDAG TRANSTEC Auto in Wolfshaut Sieben-Millionen-Auftrag vom KIT erhalten Bei Leichtbauprojekten im Automobilbau geht es derzeit überwiegend um den Einsatz von leichten Materialien wie Aluminium, Carbon, Magnesium oder Faserverbundwerkstoffe. Doch diese Ansätze im PKW-Leichtbau genügen nicht mehr, um die ambitionierten Gewichtsund Emissionsziele für die Fahrzeuge der mobilen Zukunft zu erreichen. Lösungen zeigt beispielsweise der Entwicklungsdienstleister EDAG Leichtbau der Zunkunft: Neue MaBild: EDAG terialien und Bionik. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 auf der 66. Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) (17. bis 27. September in Frankfurt am Main). Das Unternehmen präsentiert dort als Deutschland-Premiere ihr PKW-Konzept „Light Cocoon“. Der Cocoon ist komplett in einer bionisch inspirierten Skelettstruktur gestaltet, generativ im 3D-Druck gefertigt und mit einer ultraleichten Stoffhaut des Outdoor-Spezialisten Jack Wolfskin überzogen. Dass die Kombination von bionischem Design und generativer Fertigung mehr als eine Utopie ist, zeigt das Wiesbadener Entwicklungsunternehmen mit weiteren, konkreten Technologiebeispielen, die zeitnah Realität werden könnten. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) baut für den „Forschungshochleistungsrechner“ (ForHLR) bis Ende 2015 einen High-Performance-Cluster mit über 1.100 Rechenknoten auf. Den Zuschlag für diesen Auftrag – Gesamtvolumen 6,9 Millionen Euro – hat der HPCSpezialist Transtec erhalten. Es ist der größte Einzelauftrag der Geschichte des Unternehmens. Das KIT ist Technische Universität des Landes BadenWürttemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft. Es betreibt unter anderem Grundlagen- und angewandte Forschung in Bereichen wie Materialwissenschaften, Umwelt, Energie oder Nanotechnologie. Wegen zahlreicher, rechenintensiver Datenanalysen und komplexen Simulationen entschied sich das KIT zum Aufbau einer HPC-Cluster-Lösung im eigenen Rechenzentrum. Trans tec konnte sich in dem EU-weiten Ausschreibungsverfahren ForHLR Phase 2 (TED 2014/S 162-290100) gegen namhafte und international agierende Wettbewerber behaupten. Ausschlaggebend war, dass trans tec gemeinsam mit seinem Technologiepartner Lenovo eine integrierte Gesamtlösung anbieten konnte, die neben der hohen Performance vor allem eine extrem hohe Energieeffizienz bietet. Macher & Märkte | AKTUELL | 009 S T R ATA S Y S M E C A D AT 3D-Druck im Schiffbau Auf Euromold und Fakuma Die Hamburgische SchiffbauVersuchsanstalt (HSVA) nutzt nun additive Fertigungstechnologie von Stratasys zur Herstellung maßgeschneiderter Prototypen-Komponenten für Schiffsmodelle. Der Bedarf an 3D-Druck wurde zunächst extern gedeckt, bis HSVA erkannte, dass mit der Verwendung der Technologie im eigenen Haus weitere Zeit- und Kosteneinsparungen erzielt werden konnten. Nach der Installation des Objet Eden 350V im Jahr 2013 war das Unternehmen in der Lage, schnell und kostengünstig stabile HochleistungsPrototypenteile aus Kunststoff zu erzeugen. „Ein Schiff ist eine komplexe geometrische Form mit vielen komplizierten Formstücken, die maßstabsgetreu erzeugt werden müssen“, er- Mecadat, Hersteller von CAMSoftware, stellt auf der Euromold (22. bis 25. September in Düsseldorf) und auf der Fakuma (13. bis 17. Oktober in Friedrichshafen) Visi als CAM-Branchenlösung für den Werkzeug- und Formenbau in den Mittelpunkt des Messeauftritts. „Visi setzt auch in der neuen Version 21 wieder den Fokus auf maßgeschneiderte Funktionen für die Werkzeugerzeugung“, unterstreicht Ralph Schmitt, Vorstand der Mecadat AG. Serienspritzgusswerkzeuge für höhere Stückzahlen besitzen in der Regel Mehrfachkavitäten – sogenannte Formnester – und können je Spritzzyklus gleich mehrere Teile aus Kunststoff zur gleichen Zeit produzieren. Diese Werkzeuge stellen Der Druck eines Schiffsruders-Prototypen schlägt herkömmliche Fertigungsstrategien um Längen. Bild: Stratasys klärt Michael Neumeier, Konstrukteur bei HSVA. „Die traditionelle Anfertigung eines Schiffsruder-Prototypen aus Holz oder Plastik ist ein sehr anspruchsvoller und arbeitsintensiver Vorgang und dauert normalerweise bis zu drei Wochen. Mit unserem Stratasys-3D-Drucker können wir innerhalb eines Tages Teile produzieren, die nach dem Reinigen bereit sind für die Endmontage.“ Elektrische Automatisierung Systeme und Komponenten Internationale Fachmesse Nürnberg, 24. – 26.11.2015 Answers for automation Besuchen Sie die SPS IPC Drives und erleben Sie die einzigartige Arbeitsatmosphäre auf Europas führender Fachmesse für elektrische Automatisierung: • umfassender Marktüberblick • mehr als 1.600 Aussteller mit allen Keyplayern • Produkte und Lösungen • Innovationen und Trends [email protected] www.sps-messe.com tskarte lose Eintrit rten Ihre kosten /eintrittska esse.com m sp .s w ww spezielle Anforderungen an das CAD-System, da trotz der oft großen Anzahl von Formnestern – bis zu 64 – ein einfaches Handling und schnelles Ändern möglich sein sollte. Hier setzt nun die Solidgruppentechnologie von Visi an. Die integrierten Solidgruppen wurden in der Version 21 nochmals erweitert. Nun lassen sich sogenannte Abbilder einer identischen Geometriestruktur in einer Werkzeugbaugruppe festlegen. Visi 21: Mehrfachkavitäten besser Bild: Mecadat handeln. 018 | CAD & DESIGN | Titelstory: OPEN MIND hyperMILL MAXX Machining Anzeige NEUE ÄRA DES FRÄSENS Schruppen und Schlichten neu erfunden hyperMILL MAXX Machining ist das neue Performance-Paket für hocheffizientes Schruppen und Schlichten der OPEN MIND Technologies AG. Mit der innovativen CAM-Lösung lässt sich viel Zeit einsparen bei gleichzeitig hoher Qualität. VON KARL OBERMANN Schruppen mit hyperMILL MAXX Machining: großer Material abtrag in kurzer Zeit. I n Technik und Wirtschaft werden Verbesserungen von einigen Prozentpunkten bejubelt, zum Beispiel ein System, das um zehn Prozent schneller läuft oder ein Motor, der einige PS mehr hat. Dass es aber bei Fräsarbeiten möglich ist, um Faktoren schneller zu werden – was bereits Anwender bestätigten –, das ist außerordentlich und lässt sich nur mit einem echten Technologiesprung begründen. OPEN MIND macht einen solchen Sprung nach vorne. Mit dem neuen Performance-Paket hyperMILL MAXX Machining beginnt gewissermaßen eine neue Ära des Fräsens. Alles, was man bisher über Fräszeiten aus der Praxis wusste, muss neu gedacht werden: Es geht viel, viel schneller. Power mal zwei hyperMILL MAXX Machining ist ein hocheffizientes Power-Paket für das Schruppen und Schlichten. Beide Module ermöglichen ein großes Einsparpotenzial bei gleichzeitig hohen Qualitätsansprüchen. Das Schruppmodul ist die Lösung für High-Performance-Cutting-Bearbeitun- DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 HPC-Bearbeitung in trochoidalen Werkzeugbahnen. gen (HPC) in trochoidalen Werkzeugbewegungen. Diese Operationen sind nicht nur deutlich schneller als konventionelles Schruppen, sondern bieten auch weitere Vorteile. Das Schlichtmodul umfasst die Bearbeitung von Ebenen und Freiformflächen mit unterschiedlichen Tonnenfräsern. Beim Vorschlichten und Schlichten sind deutliche Beschleunigungsfaktoren möglich, die man gerne mit sechs-, acht- und zehnmal schneller oder gar noch höher ansetzen darf – bei besserer Oberflächenqualität gegenüber der Bearbeitung mit Kugelfräsern. Schneller schruppen Bereits seit über vier Jahren bietet OPEN MIND Strategien für die HPC-Bearbeitung an, die es erlauben, deutlich höhere Spanvolumina pro Zeiteinheit zu erzielen und gleichzeitig Werkzeuge und Maschinen zu schonen. Die Zyklen lassen sich für 2D-, 3D- und 5-Achs-Simultanaufgaben einsetzen und zwar voll integriert in das Gesamtsystem. Für die Erzeugung der trochoida- len Werkzeugbahnen wird im Gleichlauf gearbeitet, Vollschnitte und abrupte Richtungswechsel lassen sich vermeiden. Die Bearbeitung beginnt mit dem Eintauchen des Werkzeugs und dem annähernd spiralförmigen Abfahren von Werkzeugbewegungen, die sich am Ende immer mehr der Sollkontur nähern. Der Fräser arbeitet hierbei weitgehend mit der Mantelseite. Ein innovativer Algorithmus des Systems sorgt dafür, dass immer das gleiche Volumen pro Fräszahn abgetragen wird. Damit kann man das Werkzeug optimal auslasten, aber nicht überlasten und es entsteht ein insgesamt großes Spanvolumen pro Zeiteinheit. Mit anderen Worten, es lässt sich innerhalb kürzester Zeit ein sehr hoher Materialabtrag erzielen. Voraussetzung für eine optimale Bearbeitung ist auch eine dynamische Anpassung des Vorschubs an die vorhandenen Schnittbedingungen. Der Anwender gibt also keine festen Werte für den Vorschub an, sondern „Best-case“-Eckdaten, die die jeweilige Werkzeugmaschine und das Werkzeug fahren können. Der Werkzeugweg wird dann unter Berücksichtigung des Spanvolumens und eines harmonischen Verlaufs automatisch berechnet. Die Schrupp-Strategien sind sowohl für weiche als auch für sehr harte Werkstoffe geeignet. Die Praxistauglichkeit steht mittlerweile außer Frage, wie sich schon bei zahlreichen Anwendern gezeigt hat. Die zu erzielenden Geschwindigkeitsvorteile liegen zwischen 20 und 70 Prozent, je nach Aufgabe. Im Durchschnitt werden oft 30 bis 50 Prozent erreicht. Daneben gibt es weitere Vorteile: Durch den „sanften“ Eingriff der Werkzeuge werden diese geschont, wodurch die Standzeit steigt. Titelstory: OPEN MIND hyperMILL MAXX Machining | CAD & DESIGN | 019 Anzeige Schneller schlichten „Als einer der ersten CAM-Hersteller hat sich OPEN MIND mit der Bearbeitung durch spezielle Fräser auseinandergesetzt, die sehr große Radien nutzen“, so Peter Brambs, Principal Engineer of Product Innovation bei OPEN MIND. Das Ergebnis ist das Schlichtmodul in hyperMILL MAXX Machining. Eine hocheffiziente Methode für das Vorschlichten und Schlichten von Ebenen und Freiformflächen mit verschiedenen Tonnenfräsern. Erst im Zusammenspiel mit den richtigen CAM-Strategien können diese Werkzeugtypen ihr volles Potenzial in der industriellen Anwendung entfalten. Das Optimierungspotenzial ist so groß, dass Bearbeitungen mit Tonnenfräsern jetzt für zahlreiche Fertigungsunternehmen von großem Interesse sein dürften. Bis zu 90 Prozent Zeiteinsparung Speziell für die Ebenen-Bearbeitung hat OPEN MIND die neue Strategie „Tangentiales Ebenenschlichten“ entwickelt. Wird diese zusammen mit dem neuen konischen Tonnenfräser eingesetzt, lassen sich Zeiteinsparungen von bis zu 90 Prozent realisieren. Aufgrund der großen Radien der konischen Tonnenfräser, zum Beispiel R = 500 Millimeter, sind Bahnabstände von sechs und acht Millimetern durchaus machbar. Daraus resultieren stark verkürzte Fräszeiten. „Bei einem aktuellen Praxisbeispiel geben unsere Kunden eine Laufzeitverkürzung von drei Schichten auf drei Stunden an“, sagt Peter Brambs, „da steckt locker der Faktor acht drin.“ Und das bei optimalen Oberflächenqualitäten. Die CAM-Innovation „Tangentiales Ebenenschlichten“ ist sowohl für einfache als auch für schwer zugängliche Ebenen einsetzbar. Da alle Werkzeugbahnen nicht nur automatisch, sondern auch kollisionsgeprüft erzeugt werden, ist eine hohe Prozesssicherheit gegeben. Bauteile mit vielen unterschiedlichen Ebenen, wie sie beispielswiese im Werkzeug- und Formenbau vorkommen, bieten ein großes Potenzial. Peter Brambs arbeitet als Principal Engineer of Product Inno vation bei OPEN MIND. Werkzeugradius und Zustellung Wie sind die hohen Oberflächenqualitäten bei reduzierten Bearbeitungszeiten zu erreichen? Im Wesentlichen geht es hierbei um das Zusammenspiel zweier Aspekte: dem Werkzeugradius und der Zustellung. Diese beiden Größen bestimmen die Oberflächengüte eines Werkstücks. Die Qualität der Oberfläche sinkt mit der Größe des Bahnabstandes und steigt mit zunehmendem Werkzeugdurchmesser. Das drückt auch folgende Tabelle aus: Werkzeugdurchmesser Zeilensprung Rautiefe 10 mm 0,2 mm 0,001 µm 10 mm 1,0 mm 0,025 µm 150 mm 0,2 mm 0,066 µm Wer also eine kurze Bearbeitungszeit erreichen möchte, zum Beispiel mit einem Zeilensprung von 5 anstatt 0,5 Millimeter, muss den Werkzeugradius um ein Viel faches vergrößern, um gleichzeitig eine geringe Rautiefe zu erreichen. Zur Veranschaulichung ein Zahlenspiel: Wird für eine bestimmte Rautiefe ein Fräser mit 500 Millimetern Radius benötigt, muss im Arbeitsraum ein Werkzeug mit 1.000 Millimeter Durchmesser zum Einsatz kommen. Man kann schnell erkennen, dass dies keine Lösung ist. Wesentlich bessere Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn nur ein Teil des Kreises, ein sogenanntes Kreissegment, am Fräser abbildet wird. Im hyperMILL MAXX Machining-Schlichtmodul kommen unterschiedliche Werkzeugtypen in Tonnenform zum Einsatz: • allgemeine Tonnenfräser • tangentiale Tonnenfräser und • konische Tonnenfräser „Alle genannten Fräsertypen werden in hyperMILL komplett unterstützt und sind zudem kollisionsgeprüft, wie man es sonst auch von unserem System kennt“, erläutert Peter Brambs. Die Werkzeugdefinition in hyperMILL ist schnell und einfach. Bei der Simulation lassen sich die neuen Fräsertypen genauso einsetzen wie konventionelle Werkzeuge. „Die Programmierung gestaltet sich einfacher als bei Kugelfräsern“, betont Peter Brambs. Aus der Praxis ist zu hören, dass die Programmierung der Tonnenfräserbahnen nur halb so lange dauert als beim Einsatz von Kugelfräsern. Bis jetzt unterstützen folgende 5-AchsZyklen die automatische Ausrichtung der genannten Fräser: Hocheffiziente Schlicht-Strategie: „Tangentiales Ebenenschlichten“ im Werkzeug- und Formenbau. Schnelle Ebenenbearbeitung von schwer zugänglichen Stellen am Beispiel eines Strukturteils. Schlichten mit hyperMILL MAXX Machining: Schnell und komforBilder: OPEN MIND tabel zu perfekten Oberflächen. • tangentiales Ebenenschlichten • Tangentialfräsen • 5-Achs-Nachbearbeitung • 5-Achs-Bearbeitung von Impellern, Blisks und Turbinenschaufeln Weitere Zyklen sind in der Planungs- und Testphase und ermöglichen die kontinuierliche Erweiterung des Anwendungsspektrums. Die beiden Module des Pakets sind voneinander unabhängig und können separat erworben werden. hyperMILL MAXX M achining wird mit der kommenden hyperMILL-Version 2016.1 verfügbar sein und erstmalig auf der EMO in Mailand (5. bis 10. Oktober) in Halle 4 am RT | Stand C10 gezeigt. Karl Obermann ist freier Fachjournalist in Groß habersdorf bei Nürnberg. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 030 | BRANCHE | Automotive MODERNE SCHRAUB- UND SCHWEISSTECHNIK SCHAFFT BEIM AUDI A3 SICHERE VERBINDUNGEN Starke Verbindung Die Halle N60 bei Audi in Ingolstadt gilt als eine der modernsten und effizientesten Karosseriebauten weltweit. 850 Roboter fertigen täglich ebenso viele A3. Beim Schweißen und Schrauben setzt Audi auf Rexroth-Systeme. VON HORST BIEDENBÄNDER Technologieentwicklungen. Allerdings muss unser extrem hoher Automatisierungsgrad gleichzeitig ausgereift und beherrschbar sein. Deshalb setzen wir gern bereits bewährte Systeme ein, die durch fortschrittliche Technologie, Qualität und hohe Verfügbarkeit überzeugen. Bosch Rexroth ist hier ein zuverlässiger Partner für die Verbindungstechnik aus einer Hand. Im Detail heißt das für uns automatisierte Schrauberwechsel an Robotern zur Unterstützung der kurzen Taktzeiten sowie vollautomatisch und prozesssicher erzeugte Schweißpunkte, die den hohen Audi-Qualitätsstandards entsprechen.“ Audi setzt bei den Verbindungstechniken Schrauben und Schweißen im Karosseriebau durchgängig auf Rexroth-Lösungen. K eine Frage: Die 2012 von Audi neu in Betrieb genommene Halle N60 ist eine Glanzleistung in Sachen progressiver Technik und ein hochmodernes Industriegebäude, das seinesgleichen sucht. Auf rund 60.000 Quadratmetern Nutzfläche mit vier Kilometern Fahrstraßen gliedert sich die Halle in zwei Fertigungsebenen plus Fördertechnik und darüber liegenden Versorgungsstegen für alle relevanten Leitungen. Der hohe Technologiestand basiert auf dem Audi-Produktionssystem APS, das mit Takt, Fluss, Pull und Perfektion eines der flexibelsten und effizientesten der Automobilindustrie ist. Lorenz Mittel, zuständig für Technologiethemen im Karosseriebau des A3 in Ingolstadt, verweist nicht ohne Stolz auf den Umlauf und die hohen Stückzahlen: „Wir produzieren hier seit rund zweieinhalb Jahren in Serie. Den großen Stückzahlensprung von anfänglich rund 400 auf die heutigen 850 Fahrzeuge pro Tag haben wir in nur wenigen Wochen geschafft und DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 fertigen seither im Drei-Schicht-Betrieb täglich unterschiedliche, den Kundenwünschen entsprechende Modelle des Audi A3 in freiem Mix.“ Hochautomatisierte Fertigung Der A3 gilt durch puristisches Design und Funktionalität als Premium-Fahrzeug der Kompaktklasse. Dieser Erfolg basiert nicht zuletzt auf der hochautomatisierten Fertigung. Die komplette Karosseriebaulinie ist in 130 Einheiten unterteilt und beschäftigt rund 800 Mitarbeiter. Unter den insgesamt 850 Industrierobotern sind 429 Schweißroboter, 335 Handlingroboter und 86 Kleberoboter. Viele Roboter, die Einzelteile wie zum Beispiel den Radhauskasten zusammenschweißen, sind in Gruppen zusammengefasst. Audi setzt in puncto der Verbindungstechniken Schrauben und Schweißen im Karosseriebau durchgängig auf RexrothLösungen. Mittel begründet diese Entscheidung: „Bei der Planung einer Halle verfolgen wir konsequent die neuesten Qualität an 4.500 Schweißpunkten Bei der Fertigung von täglich 850 Karosserien spielen die Faktoren Präzision, Zeit, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit dominierende Rollen. Der A3 hat je nach Modell rund 4.500 Schweißpunkte bei unterschiedlichsten Blechkombinationen. „Das vielfach felderprobte Rexroth-Mittelfrequenz-/Gleichstrom-Schweißsystem PS6000 erfüllt an den hier eingesetzten 510 Schweißzangen unsere hohen Ansprüche an prozesssichere Schweißqualität und Wirtschaftlichkeit. Mit dem adaptiven Strom-/Spannungsregler und der integrierten Prozessüberwachung nutzen wir zwei wichtige qualitätssichernde Module dieser Schweißsteuerung“, erläutert Mittel. „Durch die integrierte Prozessüberwachung konnten die Prüfzyklen erweitert werden“, betont er und bestätigt die Vorzüge im alltäglichen Einsatz: „Die Wiederholgenauigkeit des Schweißvorgangs ist sehr gut, mögliche Störgrößen werden eliminiert und die Qualität der Schweißpunkte überzeugt. Wir profitieren somit von der Qualitätsverbesserung und geringeren Betriebskosten bei gleichzeitig hoher Flexibilität des Produktionssystems, die notwendig ist, um die unterschiedlichen Blechkombinationen sicher zu verschweißen.“ Rexroth-Schweißsteuerungen PS6000 zum Erzielen von prozesssicherer Schweißqualität. Vollautomatischer Schrauberwechsel Qualität ist auch das wichtigste Stichwort, wenn es um die zahlreichen Schraubverbindungen des Audi A3 geht, von denen am gesamten Fahrzeug 250 in die oberste Kategorie „sicherheitsrelevant“ einzuordnen sind. Damit wächst die Bedeutung der richtigen Auswahl der Verschraubung sowie der dafür am besten geeigneten Montagetechnik. Mittel bringt die Herausforderung auf den Punkt: „Unser hoher Automatisierungsgrad, kurze Taktzeiten und möglichst geringer Platzbedarf erfordern in Halle N60 automatisierte Wechsel von Schraubern an den Robotern. Wir sparen zusätzliche Roboter ein, indem wir in der laufenden Produktion innerhalb weniger Sekunden verschiedene Schrauberkombinationen an den Robotern an- und abdocken können.“ Diese anspruchsvolle Aufgabe übernimmt das Rexroth-Schraubsystem 350. Es ermöglicht den schnellen, verwechslungssicheren Werkzeugtausch und wird anhand des intuitiven Bediensystems BS350 programmiert und gesteuert. Die Schraubspindeln sind modular aufgebaut, so dass Audi sie exakt an den jeweiligen Das Rexroth-Mittelfrequenz-/Gleichstrom-Schweißsystem PS 6000 erfüllt an 510 Schweißzangen die hohen Ansprüche an prozesssichere Schweißqualität und Wirtschaftlichkeit bei Audi. Schraubfall anpassen kann. Zudem können Messwertgeber redundant ausgelegt werden und erfüllen somit die hohen Ansprüche der VDI2862-Richtlinien an sicherheitskritische Verschraubungen. So bietet das Rexroth-Schraubsystem beim Anbau der Türen und der Heckklappenscharniere hochgenaue Schraubergebnisse – und das mit hohen Standzeiten, da die Spindeln auf eine Million wartungsfreie Zyklen unter Volllast ausgelegt sind, so dass Audi von den hohen Standzeiten profitiert. Technik-Highlight und Allrounder Eines der Highlights im Karosseriebau des A3 ist der Anbau der Türen, bei dem die Verschraubung vollständig automatisiert ist. Die Karosserien werden in eine Station gefahren, fixiert und gemessen, so dass die beidseitig anfahrenden Schraub roboter jederzeit die exakte Position der Karosserie und somit der Schraubstellen kennen. „Die Schrauber arbeiten wegen ihrer zuverlässig hohen Qualität und langen Standzeiten sehr unauffällig. Bei jeder Schraubverbindung werden Größen wie Drehmoment und Drehwinkel überwacht und dokumentiert. Durch Zusammen- Rexroth-Schraubsystem 350 mit vollautomatisiertem Schrauberwechsel. führung des Schraubergebnisses und der fahrzeugbezogenen Schraubverbindung können diese Daten in unsere Dokumentationsdatenbank integriert werden. Somit werden sämtliche Daten automatisch auf unserem eigenen Datenserver in der Halle abgespeichert“, betont Mittel. Und dann verweist der Experte für die Technologieentwicklung noch auf einen weiteren Aspekt der Audi-Fertigungsphilosophie: „Unsere Straßenführer, also die Anlagenbediener, sind Allrounder. Sie müssen alle angewandten Techniken von den Schraubsystemen bis hin zu den Überwachungssystemen kennen, Teile bestellen, auf die Qualität achten und die Wartung selbst durchführen. Da ist es sehr hilfreich, dass wir mit Bosch Rexroth einen kompetenten Lieferanten haben, der Schraub- und Schweißtechnik aus einer Hand liefert und mit dem wir sowohl langfristig als auch international an anderen Audi-Standorten arbeiten JBI | können.“ Dipl.-Inf. Horst Biedenbänder ist Produktmanager für den Bereich Widerstandsschweißen und Schraubsysteme bei der Bosch Rexroth AG. Eines der Highlights im Karosseriebau des A3: Der Anbau der Türen, bei dem die Bilder: Bosch Rexroth Verschraubung vollständig automatisiert ist. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 038 | SIMULATION & VISUALISIERUNG | Multiphysics M U LT I P H Y S I K - A N A LY S E D E S S TA D I O N S I N B R A S Í L I A F Ü R O P T I M I E R T E S S Y S T E M D E S I G N Auf Sieg ausgelegt Analyse eines Weltmeisterschaftsstadions mit Multiphysics-Tools von Ansys erforderte nur ein Zehntel der Zeit von bis dato gängigen Windkanaltests. VON PAULO DE MATTOS PIMENTA D as Estádio Nacional Mané Garrincha, ein Fußballstadion mit 70.000 Sitzplätzen in Brasília, wurde 2013 grundlegend renoviert und war Austragungsort für sieben Spiele des FIFA World Cups 2014 in Brasilien, darunter auch ein Viertelfinale. Die Validierung einer Stadionkonstruktion dieser Größe für Windlasten erfordert normalerweise Windkanaltests, die zeit- und kostenintensiv sind und das Risiko von Skalierungsfehlern mit sich bringen. Ein maßstabsgerechtes Modell, das in einen Windkanal passt, zeigt nicht exakt das gleiche Verhalten wie ein extrem großes Gebäude. Mit Unterstützung von CFD-Simulationsspezialisten nutzte der technische Berater des Projekts die Multiphysics-Simulationsfunktionen von Ansys, um die Sicherheit des Stadions nachzuweisen. Verwendet wurden CFD-Tools, um die Luftströmung um das Stadion herum Strömungslinien und Luftdruck am Dach gemäß der CFDBerechnung. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 und den Druck auf das Stadiondach vorherzubestimmen. Anschließend führte der Ingenieur eine Strukturuntersuchung durch, um die kombinierten Effekte von Wind, Stadion-Infrastruktur und Zuschauern zu ermitteln. Die Analytiker empfahlen mehrere Änderungen, unter anderem eine Erhöhung der Anzahl der Seile und der Seilspannung. Dies ist wahrscheinlich das erste Mal, dass die CFD-Analyse bei der Konstruktion eines großen Stadions in Brasilien als Ersatz für Windkanaltests eingesetzt wurde. Die Analyse dauerte nur zwei Wochen. Die Simulation kostete lediglich ein Drittel der Windkanaltests und benötigte nur ein Zehntel der Zeit. Große Renovierung Errichtet wurde das Estádio Nacional Mané Garrincha ursprünglich 1974 und nach dem brasilianischen Fußballspieler Mané Garrincha benannt. 2011 erfolgte ein nahezu Komplettabriss durch Sprengung, um für das heutige Stadion Platz zu schaffen. Das neue Stadion ist mit einer neuen Fassade, einem Metalldach und Tribünen sowie einem tiefer liegenden Spielfeld ausgestattet, das von jedem Platz aus eingesehen werden kann. Beim Wiederaufbau wurde die untere Sitzreihe entfernt und die obere Sitzreihe in eine neue rechteckige „Schüssel“ integriert. Das Spielfeld wurde verkleinert, um das Stadion an seine alleinige Verwen- Das 2013 grundlegend renovierte Estádio Nacional Mané Garrincha bietet Platz für 70.000 Fußball-Fans und war während der WM 2014 Austragungsort für sieben Spiele der Weltmeisterschaften. Bild: iStock.com/mtcurado dung als Fußballstadion anzupassen. Die Renovierung kostete etwa 500 Millionen US-Dollar. Novacap, ein staatliches brasilianisches Unternehmen mit Bauprojekten in Brasília, fragte an, um die Sicherheit der Stadionkonstruktion im Hinblick auf die Windlast zu überprüfen. Traditionell erfolgt dies, indem man ein maßstabsgetreues Modell baut und dieses im Windkanal testet, wobei die Belastungen am Modell gemessen werden. In letzter Zeit wurden Projekte durchgeführt, bei denen die Belastungen der Struktur mit Hilfe von CFD vorhergesagt und anschließend die CFDSimulation im Windkanal validiert wurden. Inzwischen ist die Entwicklung der CFD-Simulation eines Stadions jedoch an einem Punkt angekommen, wo die Validierung im Windkanal nicht mehr obligatorisch ist, was viel Zeit und Kosten spart. In diesem Fall musste die Validierung in nur 15 Tagen erfolgen, wesentlich schneller, als es dauern würde, ein maßstabsgerechtes Modell zu bauen und dieses im Windkanal zu testen. Die Simulation Novacap lieferte ein Architekturmodell der Konstruktion. Das Stadion besteht aus Multiphysics | SIMULATION & VISUALISIERUNG | 039 Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure zwei unabhängigen Strukturen: Das Dach wird von Stützen getragen und ist unabhängig vom Stadion, das aus Sitzen, Treppen und Rampen besteht. Das Dach hat einen Durchmesser von 309 Metern und ist das größte Runddach der Welt. Der CFDDesignraum hat eine Ausdehnung von 6 Kilometern in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung und ist damit etwas 20mal größer als das Stadion. Das Modell verwendet Hexaeder, Tetraeder und pyramidenförmige Elemente und umfasst 20 Millionen Rechenzellen und 120 Millionen Freiheitsgrade. Das Simulationsteam entfernte in mehreren Durchgängen Details der Geometrie, die keinen Einfluss auf die Strömung haben, wodurch die Simulation ohne Einbußen bei der Genauigkeit beschleunigt wurde. Die Windgeschwindigkeiten wurden der brasilianischen Bauordnung entnommen, die eine Geschwindigkeit von 35 Metern pro Sekunde vorsieht. Das Team definierte den Wind aus zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen als Randbedingung am Rand des Lösungsbereichs und verwendete das k-epsilonTurbulenzmodell. Vier Stunden dauerte die Simulation auf einem Hochleistungs-Rechencluster mit 12 Knoten, 24 Prozessoren und 96 Gigabyte Arbeitsspeicher. Das Resultat der Analyse lieferte die (positiven und negativen) Drucklasten, die der Wind auf die verschiedenen Elemente der Struktur ausübt. Strukturanalyse Für die Strukturanalyse wandelte der Ingenieur das Design in ein Finite-Elemente-Modell mit 100.000 Stab- und Flächenelementen um. Mit Hilfe der Ansys-Workbench-Umgebung wurden die vom CFD-Modell berechneten Drücke in Ansys Mechanical übertragen. Ebenfalls berücksichtigt wurden durch Zuschauer auf den Tribünen verursachte Gewichtsbelastungen. Zunächst führte der Ingenieur eine lineare statische Analyse mit allen ausgeübten Strukturmodell. Bild: fotolia.com Gesamtverformung bei 0,432 Hertz. Belastungen in Seilen und Dachträgern gemäß Berechnung durch die Strukturanalyse. Bilder: Ansys Belastungen durch. Eine dynamische Analyse berechnete die Eigenschwingungsformen und Schwingungsfrequenzen der Konstruktion. Die Modalanalyse wurde an der vorgespannten Konstruktion durchgeführt. Die niedrigste Frequenzmode war eine Drehschwingung bei unter 0,5 Hertz. Diese Schwingungsart stellte ein Problem dar, da die ursprüngliche Konstruktion keine große Steifigkeit gegen Verdrehen besaß. Akzeptabel war die niedrigste Biegeschwingung, die bei 0,8 Hertz lag. Durch manuelle Berechnungen bestimmte der Ingenieur den Verstärkungsfaktor der Konstruktion. Nun folgte die Beurteilung verschiedener Designänderungen mithilfe des CFDModells, um das Problem der Drehschwingung zu lösen. Die Simulation zeigte, dass durch zusätzliche Seile und durch Erhöhen der Zugkraft in einigen der vorhandenen Seile die Drehsteifigkeit der Konstruktion verringert und die Frequenz der Drehschwingung auf über 0,8 Hertz erhöht werden konnte. Diese Änderungen wurden beim Bau berücksichtigt und die Konstruktion 2013 fertiggestellt. Erstmals kam das Stadion beim Eröffnungsspiel des Confederations Cup zum Einsatz, das Brasilien gegen Japan gewann. Neben den Spielen der Weltmeisterschaft 2014 wird es auch Schauplatz einiger Fußballspiele der Olympischen Sommerspiele 2016 sein, JBI | die in Rio de Janeiro stattfinden. Paulo de Mattos Pimenta ist Professor am Polytechnikum der Universität São Paulo, Brasilien. weil Qualität entscheidend ist DIGITAL ENGINEERING MAGAZIN – denn Erfolg ist buchbar! • Technische Innovationen für Konstrukteure und Entwickler aus erster Hand • Denn die Zukunft in Konstruktion und Entwicklung ist digital! • Weil 85 % der professionellen Entscheider Fachmedien lesen • Die crossmediale Plattform für Ihre Werbebotschaften • Seit über 15 Jahren die zuverlässige Informationsquelle für Entscheider Digital Engineering Magazin Probeabo Digital Engineering Magazin ePaper & App www.digital-engineering-magazin.de 046 | ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION | Kabellösungen ROBUSTE KABEL FÜR MEERESANWENDUNGEN AUCH IN DER ARKTIS Kabel für Meer und Eis Im Meer und am Meer müssen Kabel Nässe, aggressiven Salzen und (unter Wasser) auch hohem Druck widerstehen. Maßgeschneiderte Kabel- und Verbindungstechnologie für diese extremen Bedingungen liefert beispielsweise die Lapp-Gruppe. VON IRMGARD NILLE Die russische Firma Technomarin aus St. Petersburg verdrahtet Leuchtfeuer und Navigationssysteme in der Arktis mit LappKabeln. B uchstäblich mit allen Wassern gewaschen ist die Lapp-Tochter Lapp Muller SAS in Grimaud in Südfrankreich an der Côte d’Azur. Das Unternehmen entwickelt und fertigt unter anderem Sonderleitungen für Unterwasser-Applikationen, zum Beispiel für die Bereiche Öl & Gas oder für die Sicherheitsund Militärtechnik. Jede Leitung wird nach Kundenwunsch und der jeweiligen Anforderung entworfen und produziert. Beispielsweise hat Lapp Muller Sonderleitungen für ferngesteuerte Tiefseefahrzeuge (ROV, remotely operated vehicle) entwickelt, Kombinationen aus Steuerleitungen und Koaxial-Kabeln für die Videoüberwachung, schwimmende ROV-Kontroll-Leitungen oder Kontroll-Leitungen zum Steuern der Bagger auf dem Meeresgrund. Für die französischen Firmen Comex und Comanex, beide projektieren bemannte und unbemannte Tiefseeeinsätze, hat Lapp Muller Versorgungssysteme entwickelt, die in bis zu 1.500 Metern Tiefe funktionieren. In einer druckgeschützten Leitung mit einem Durchmesser von rund 90 Millimetern stecken neben dem Beatmungssystem bis zu 20 verschiedene Anschluss-, DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 Steuer- und Datenleitungen. Ähnliche Systeme wurden auch für das italienische Unternehmen Saipem entwickelt. Saipem stellt Maschinen, Plattformen und weitere Produkte für die Erdölgewinnung, das Legen von Pipelines und das Bohren nach Gas- und Ölvorkommen her und installiert diese. Marine-Anwendungen Auch in den nationalen Marinen werden Sonderleitungen gebraucht. Beispielsweise hat Lapp Muller schwimmende Unterwasser-Antennenkabel für U-Boote entwickelt. Für einen Weltkonzern, der unter anderem Über- und Unterwassertechnologie für die Marine liefert, produzierte Lapp Muller ein stahlummanteltes Unterwasser-Sonarkabel, das einem Druck von bis zu 60 bar standhält sowie eine Kontrollleitung, die bis zu 700 bar widersteht. Ein weiteres Beispiel ist die SBM-Gruppe aus Monaco – sie entwickelt, baut und installiert so genannte Mooring-Systeme. Das sind verankerte Bojen, die am Meeresboden mit einer Pipeline verbunden sind. Von dort aus können die Tanker mit Öl beladen werden. Lapp Muller hat für diese Systeme Steuerleitungen geliefert, die Signale zum Öffnen und Schließen der Ventile zuverlässig auf dem Meeresboden übermitteln und Transportleitungen, die den besonders extremen Bedingungen widerstehen. „Heat“ für die Arktis In der Arktis herrschen im Winter manchmal Temperaturen von unter -50 Grad Celsius. Deshalb ist die Seefahrt in diesen eisigen Gebieten mit großem technischem Aufwand verbunden. Nautische Geräte müssen hier dauerhaft zuverlässig funktionieren. Die russische Firma Technomarin aus St. Petersburg, die auf die Entwicklung und Produktion von Funknavigationsausrüstungen für die See- und Luftfahrt Ölflex-Heat-Leitungen kommen nicht nur mit Hitze, sondern auch tiefen Temperaturen gut zurecht. Kabellösungen | ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION | 047 Ferngesteuerte Tiefseefahrzeuge erforschen den Meeresgrund. Lapp-Kabel bringen Steuersignale auf Bilder: Lapp bis zu 1.500 Meter Tiefe. spezialisiert ist, nutzt zur Verkabelung ihrer Leuchtfeuer und Navigationssysteme in der Arktis ausschließlich Produkte von Lapp: „Da wir unsere Ausrüstungen angesichts der extremen Einsatzorte höchstens alle ein bis zwei Jahre warten können, brauchen wir sehr hochwertige und zuverlässige Kabel. Deshalb haben wir uns für Lapp entschieden“, erklärt der Leiter von Technomarin. Das Unternehmen braucht insbesondere auch Kabel, die einfach zu installieren sind. Sie werden zum Anschluss von Solarsystemen, Batterien und Power-Modulen für die Leuchtfeuer und Navigationssysteme verwendet. Ein Beispiel findet sich in der Meerenge Jugorstraße zwischen Karasee und Barentssee im Norden Russlands: Dort ist ein Windgenerator mit automatischem Schmiersystem, Solarmodulen, ein Akkumulatorsatz, ein Rundum-Positionslicht und ein Gerät, das es erlaubt, Schiffe und Flugzeuge bei Notfällen schneller zu finden, mit Kabeln von Lapp ausgestattet. Ähnliche nautische Ausrüstungen wurden in der Nähe von Dikson, Ausgangspunkt vieler Polarexpeditionen, oder für die Deckpeilungsbake in der Nähe des Hafens Tiksi an der Nordpolarmeerküste installiert. Für diese extremen Einsatzorte wurden Kabel der Serie „Ölflex Heat“ verwendet. Diese Leitungen kommen nicht nur mit Hitze gut zurecht, sie sind vielmehr Alleskönner in den extremen Temperaturbereichen. Die Heat 180 EWKF beispielsweise ist eine Silikonleitung mit erhöhter mechanischer Festigkeit. Sie zeichnet sich durch gute Hydrolyse- und UV-Beständigkeit sowie Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Ölen, Alkoholen, pflanzlichen und tierischen Fetten und anderen chemischen Substanzen aus und hält Temperaturen bis zu -50 Grad Celsius aus, was für den Einsatz in der Arktis am Wichtigsten ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Silikonleitungen weist sie eine längere Lebensdauer im rauen Einsatz auf. Kerb- und einreißfeste Silikonmischungen reduzieren Beschädigungen durch mechanische Einwirkung und durch die Verwendung spezieller Additive in EWKF Silikon kann sogar teilweise auf armierte Leitungsversionen verzichtet werden. Ihre gute Flexibilität vereinfacht die Verlegung bei limitierten Platzverhältnissen und nach der Beflammung zurückbleibendes SiO2-Aschegerüst besitzt isolierende Eigenschaften. Wenn noch niedrigere Temperaturen zu erwarten sind, verwendet Technomarin die Heat 205 SC. Diese Leitung eignet sich für Temperaturen bis -100 Grad Celsius und funktioniert auch in aggressiven chemischen Medien zuverlässig. Sie hat eine hohe Durchschlags- und Verschleißfestigkeit, Reißfestigkeit und ist beständig gegenüber Hydraulikflüssigkeiten und Mikroben. Es handelt sich um eine Aderleitung aus Fluorethylenpropylen (sprich: FEP), das heißt, das Isoliermaterial ist aus Teflon. Dieses Material ermöglicht den extremen Temperaturbereich. Darüber hinaus hat FEP sehr gute Eigenschaften im Blick auf die Beständigkeit gegen UV-Licht, Öle und andere Flüssigkeiten. Für die Außen-Verkabelung der Positionslichter vertraut Technomarin auf Heat 180 SiF mit Litzenleitern und einer Temperaturbeständigkeit von -50 Grad bis +180 Grad Celsius. Herkömmliche Aderisolierwerkstoffe würden bei den extremen Temperaturschwankungen in der Arktis nach kurzer Zeit verspröden. Die Isolation auf Silikon-Basis ist bestens gewappnet und schützt gegen eine Vielzahl chemischer Substanzen. Robuster Außenmantel Für Unternehmen der Öl- und Gas-Industrie oder des Bergbaus besteht die Möglichkeit, diese Leitungen mit einer zusätzlichen Armierung zu versehen, um einen erhöhten mechanischen Schutz zu gewährleisten. Darauf hat sich Camuna Cavi in Italien, ebenfalls ein Unternehmen der JBI | Lapp Gruppe, spezialisiert. Irmgard Nille ist freie Journalistin aus Hamburg. Federnvielfalt ab Lager oder individuell federnshop.com/vielfalt (+49) 07123 960-192 052 | SPECIAL | Additive Fertigung INTERVIEW: DIE SICHT EINES AM-KONSTRUKTIONS- UND FERTIGUNGSDIENSTLEISTERS „Wir brauchen mutige Kunden und Leuchtturmprojekte“ Michael Hümmeler, Geschäftsführer von LMD, spricht über die Erwartungen seiner Kunden in Sachen Additive Manufacturing und über das Verbesserungspotenzial bei den AM-Anlagen. Digital Engineering Magazin (DEM): Welchen Teil der Wertschöpfungskette im Additive Manufacturing deckt LMD ab? Hümmeler: Unser Angebot reicht von der Ideenfindung und Beratung über die Konstruktion und Fertigung bis hin zur Nachbearbeitung. Wenn Montagearbeiten zu leisten sind oder Kunden Unterstützung bei der Inbetriebnahme wünschen, sind wir auch zur Stelle. Wir decken die komplette „Produktzeitreise“ ab; meist geht es um Maschinenkomponenten, Greifer oder Prototypen. Schwerpunkte liegen in den Bereichen Verpackung – insbesondere von Lebensmitteln – Kunststoffe und Robotik sowie Automation. Wir fertigen additiv ausschließlich Kunststoffteile und setzen als Werkstoffe Polyamid 12 und 6, Alumide oder das Polyurethan TPU ein. Wir arbeiten aber daran, unser Werkstoff-Spektrum zu erweitern. Seit wir vor 10 Jahren anfingen, ist zwar einiges vorangegangen. Doch es gibt noch viel zu tun. LMD zeigt sein Dienstleistungsspektrum mechatronischer Komponenten und Systeme für die Verpackungs- und Lebensmittelindustrie, die Automotive-Branche, die Luft- und Raumfahrt sowie den Maschinenbau auf der Euromold 2015 in Düsseldorf in Halle 15, Stand G58. Bilder: LMD DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 DEM: Additive Manufacturing reift. Werden auch die Erwartungen von Neukunden reifer und realistischer? Hümmeler: Auch daran arbeiten wir! Oft beginnt die Kundenbeziehung damit, dass wir den Kunden besuchen, seine Fertigung ansehen und Problemstellungen erörtern. Dann steigen wir in den kreativen Austausch ein – darüber, ob und wie ihn additiv gefertigte Lösungen weiter bringen. Von den ersten Skizzen arbeiten wir uns dann zu einer Konstruktion vor, die das ganze Potential der additiven Fertigung nutzt. Die Lösung kann auch in einer Kombination von additiven und herkömmlichen Metallbearbeitungsverfahren liegen. Neue Kunden für Additive Manufacturing zu begeistern, ist eine sehr beratungsintensive Angelegenheit. Die Möglichkeiten sind einfach noch nicht in Additive Fertigung | SPECIAL | 053 den Köpfen verankert. Wir laden deshalb regelmäßig zu kostenlosen Schnupperworkshops ein, um aufzuklären. DEM: Welche Gründe führen die Anwender zur additiven Fertigung? Hümmeler: Die meisten Kunden starten erst einen Versuchsballon – das sind dann oft „Fummel-Aufträge“, wie wir sie nennen. Wenn wir diese Hürde überzeugend nehmen, kommen in der Regel Folgeaufträge. Dabei finden wir oft Lösungen für Probleme, mit denen sich Kunden schon lange abgefunden haben, weil sie unlösbar schienen und die der Kunde eventuell gar nicht mehr im Fokus hatte. Sowas spricht sich herum. Mancher Neukunde kommt denn auch, weil wir ihm empfohlen wurden. Und das ist auch wichtig: Es braucht mutige Kunden und Leuchtturmprojekte, um unsere junge Technologie voranzubringen. Leider ist es oft so, dass wir erst gerufen werden, wenn ein Projekt auf Grund gelaufen ist und unter hohem Zeitdruck mit knappem Budget eine Lösung her muss. DEM: Wie steht es um die Bereitschaft von Kunden, den Konstruktionsaufwand zu vergüten? Hümmeler: Es ist schwer, Kunden zu vermitteln, was wir leisten müssen, um ein Bauteil zu realisieren. Wir bieten keine 0815-Kataloglösung, sondern suchen eine individuelle Konstruktion für ganz konkrete Fälle. Das ist ein kreativer Prozess, der mit Brainstormings und Skizzen beginnt. Dann prüfen wir, ob und wie sich unsere Ideen additiv fertigen lassen. Die Freiheitsgrade sind in den schichtenden Verfahren enorm. Kanäle, Hohlräume, komplexe Geometrien, frei variierende Wanddicken – alles ist möglich. Wenn die Machbarkeit geklärt ist, beginnt die CAD-Konstruktion, die Übersetzung in Fertigungsdaten und erst dann kommen Fertigung und Nachbearbeitung. Der Fertigungsprozess selbst ist keineswegs trivial, da heutige Anlagen ein Eigenleben haben, obwohl sie eine halbe Millionen Euro kosten. Auf Knopfdruck Einzelteile zum Spottpreis? – Das gibt es nicht. Leider haben euphorische Medienberichte falsche Erwartungen geschürt. Anlagen von der Stange liefern erst dann brauchbare Ergebnisse, wenn wir sie optimiert haben. Zusätzlich müssen wir die Konstruktionen und Dokumentationen in gesicherten Rechenzentren verwahren und stehen rechtlich für Bauteile Um mit der heutigen AnlagenTechnik Brauchbares zustande zu bringen, müssen Sie den kompletten Prozess durchdringen“, MICHAEL HÜMMELER, LMD. gerade, die wir liefern. Gerade bei Bauteilen für Serienprozesse sind die Anforderungen hoch. Wir bewegen uns in einem hochinnovativen Feld mit hohen Risiken, die wir in sicheren Prozessen beherrschen müssen. Dafür sind oft einige iterative Durchläufe nötig, in denen wir Teile optimieren. Das alles verursacht Kosten, die kein Mensch sieht. Strittig ist oft auch, wem der Datensatz der Konstruktion gehört. Gebe ich den raus, geht der Kunde zum Massenfertiger, der das dadurch natürlich billiger anbieten kann – er spart sich ja die Mühen der Konstruktion. Doch ihren Wert bekommen die Teile erst durch unsere kreative Konstruktion. Es ist schwer, Kunden zu vermitteln, wie aufwändig der Gesamtprozess ist. DEM: Wo sehen Sie als Anwender den größten Optimierungsbedarf der heutigen Anlagentechnik? Hümmeler: Prozesssicherheit und Produktivität lassen sehr zu wünschen übrig. Die Anlagenbauer profitieren vom Hype. So lange Kunden für ihre Anlagen Schlange stehen, haben sie wenig Optimierungsdruck. Doch die Anlagen können nicht halten, was ihre Hersteller versprechen. Damit sie unsere Anforderungen erfüllen, müssen wir sie anhand unserer Erfahrungen umbauen und optimieren. Bei gefertigten Produkten stellen wir oft fest, dass die technischen Eigenschaften auf den drei Bauteilachsen XYZ variieren. Und da es keine Formen gibt, erfordert es feinste Einstellung der Parameter, damit die Bauteile im Zuge der Fertigung nicht „wegschwimmen“. Uns hilft hier unsere Erfahrung. Wer aber eine Anlage bestellt und gleich loslegen möchte: das klappt nicht. Denn jede Maschine hat ihr Eigenleben: der Laserfokus variiert, die Laserleistung, die Einstel- lungen. Wir bekommen aus zwei gleichen Anlagen mit den gleichen Parametern und dem gleichen Datensatz nicht zwei exakt gleiche Teile mit den gleichen technischen Eigenschaften heraus. Um mit der heutigen Anlagen-Technik Brauchbares zustande zu bringen, müssen Sie den kompletten Prozess durchdringen. Damit ist noch nichts über Nebenprozesse wie MaterialHandling und Reinigung, sowie Auswahl und Kosten der Materialien gesagt. Wir betreiben hier selbst Materialkunde, damit es irgendwie vorwärts geht. DEM: Vielen Dank, Herr Hümmeler, für dieJBI | ses interessante Gespräch! Die Fragen stellte Peter Trechow, freier Journalist aus Berlin – im Auftrag des VDMA. ADDITIVE FERTIGUNG IM VDMA Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing (AG AM) befasst sich innerhalb des VDMA mit industriellem 3D-Druck. Ziel ist, die Wertschöpfungskette zusammenzubringen: Anwender aus Automotive und Maschinenbau, Materiallieferanten und AM-Anlagenbauer, Dienstleister und Forscher. Die über 90 Mitglieder erarbeiten in den Feldern Automatisierung und Maschinenabnahme für Additive Manufacturing Know-how, um davon zu profitieren. Branchentreff Am 2. Dezember findet in Frankfurt beim VDMA der Branchentreff „Industrielle Fertigung mit Additive Manufacturing“ statt. Experten berichten im Zusammenhang mit AM zu Konstruktionssoftware, Engineering und Fertigung sowie zur Veredelung von Bauteilen. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 060 | HARDWARE & PERIPHERIE | Grafiklösungen für Ingenieure US-RAUMMISSION ERREICHT HOHE PROZESSEFFIZIENZ – AUCH DANK PROFESSIONELLER GRAFIKLÖSUNGEN VON AMD Reiseziel Mars Orbital ATK ist einer der US-Dienstleister, der Systeme und Komponenten für die zivile und militärische Luft- und Raumfahrt entwickelt. Bei den turnusmäßigen Upgrades der Workstation-Hardware fällt seit Jahren die Wahl wiederholt auf Grafiklösungen von AMD. VON ANTOINE REYMOND fahrt. Hierzu zählen Täuschkörper für den militärischen Bereich sowie Komponenten aus Verbundwerkstoffen für die militärische und zivile Luft- und Raumfahrt. In den Anlagen mit einer Gesamtfläche von annähernd 50 Hektar entwerfen, fertigen, testen und liefern hochspezialisierte Teams Bauteile für eine breite Palette an Kunden wie etwa das US-Verteidigungsministerium, die NASA und diverse andere Unternehmen. Rendering des NASA-Space-Launch-Systems inklusive zweier von Orbital ATK (OA) entwickelter Feststoff-Boosterraketen beim Abheben von der Startrampe. Die SLS-Trägerrakete soll Raumschiffe zu einer Mond- und später eventuell sogar zur Marsmission in den Orbit befördern. W enn in Zukunft Astronauten an Bord des neuen SpaceLaunch-Systems der NASA in den Weltraum aufbrechen, dann werden hierzu nicht zuletzt die von Orbital ATK entwickelten und gefertigten Feststoff-Boosterraketen beitragen. Die Orbital ATK Flight Systems Group stellt neben Feststoff-Antriebssystemen auch die Raketentriebwerke für das Notfall-Rettungssystem her, das sich oben auf der Orion-Raumkapsel befindet und bei eventuellen Problemen während des Starts die Besatzung in Sicherheit bringen soll. Die Orbital ATK Flight Systems Group gehört zu Orbital ATK (OA), einem langjährigen Lieferanten und Geschäftspartner von Regierungen und militärischen Einrichtungen. Das Unternehmen beschäftigt in den USA mehr als 14.000 Mitarbeiter. Im Bundesstaat Utah entwickeln über 2.000 Beschäftigte Feststoffraketen für die zivile Raumfahrt sowie für militärische beziehungsweise wehrtechnische Anwendungen. Zudem fertigt OA auch zahlreiche andere Produkte für die Luft- und Raum- DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 Performance auf Abruf Orbital ATK sieht sich häufig mit der Herausforderung konfrontiert, komplexe Werkzeuge für nur einen ganz bestimmten Zweck anfertigen zu müssen. Hierzu verwenden die Konstrukteure und Fertigungstechniker modernste CAD/CAM/CAE-Software, vor allem NX von Siemens PLM. „Bei NX handelt es sich um ein CAD-Werkzeug der höchsten Klasse, das dementsprechend grafikintensiv ist“, erläutert Nathan Christensen, Leiter der Abteilung für ingenieurtechnische Werkzeuge und Analysen. „Als Modellierungsanwendung ohne Multithreading- Unterstützung stellt NX hohe Anforderungen an die Grafikkarte.“ Deshalb werden die Dell-3600-Workstations der OA-Ingenieure mit für den professionellen Einsatz konzipierten AMDFirePro-W5000-Grafikkarten ausgestattet. Jim Maul, führender Ingenieur der Abteilung für ingenieurtechnische Werkzeuge und Analysen, entwickelte konkret eine standardmäßige, für CAD optimierte Workstation-Konfiguration basierend auf einem 1620er Prozessor mit vier Kernen sowie 32 GByte Arbeitsspeicher. „Zwar verfügen wir für anspruchsvollste Berechnungen über einen Hochleistungs-Rechnerverbund, aber viele Ingenieure führen ihre strukturellen, thermischen und fluiddynamischen Simulationen auch auf ihrer IngenieursWorkstation durch. Außerdem stellen wir so sicher, dass jedem Mitarbeiter die nötige Rechenleistung zur Verfügung steht, wann auch immer er sie braucht. Die Kombination aus Dell-Workstation und einer professionellen AMD-Grafikkarte garantiert genau das.“ Erste statische Testzündung der von OA entworfenen Feststoff-Boosterrakete für das neue Space-LaunchSystem der NASA. Die Rakete erzeugt eine Schubkraft von etwa 16.000 Kilonewton, die Kraft von 14 Boeing 747-400 beim Start mit maximaler Schubkraft. Grafiklösungen für Ingenieure | HARDWARE & PERIPHERIE | 061 AKT entwickelt eigene Software Die Ingenieure und Programmierer von Orbital ATK entwickeln auch spezielle Simulationssoftware für die US-Regierung, die US-Luftwaffe, andere kommerzielle Unternehmen sowie für den Gebrauch im eigenen Haus. Ein Beispiel hierfür ist „Hero“, ein hoch spezialisiertes Programm zur Simulation von Wärmeübertragung, Verschleiß und Abschmelzung (Ablation). Die selbst entwickelten Programme nutzen die Vorzüge des OpenCL-Protokolls und profitieren von der Leistungsfähigkeit des AMD-FirePro-W5000-Grafikprozessors. Dieser Verbund aus OpenCL und W5000 bietet eine deutliche Beschleunigung der Berechnungen im Vergleich zum ausschließlichen Einsatz des Hauptprozessors. „Die Rechenleistung des Grafikprozessors ist beeindruckend, wir erzielen damit hervorragende Ergebnisse“, kommentiert Christensen. „Bei einigen Analysearten zahlt sich OpenCL besonders aus, weshalb sich die AMD-Grafikkarten beispielsweise ideal für statistische Auswertungen und komplexe thermische Analysen eignen. Gegenüber der alleinigen Verwendung des Hauptprozessors hierfür haben wir einen deutlichen Leistungsschub verzeichnet. Die Hero-Software für die Ablationssimulation nutzt die spezifische Performance von Grafikprozessoren besonders effektiv und liefert mit dieser Technologie schneller Ergebnisse.“ Heath Dewey, leitender Programmierer und Entwickler von GPU-spezifischem Quellcode für die Software Hero, fügt hinzu: „AMD-FirePro-W5000-Grafikkarten beeindrucken in Kombination mit unserer hausintern entwickelten Software mit sehr hoher Leistung und Zuverlässigkeit. Der üppige Grafikspeicher und die enorme Rechenleistung der Grafikkarten erlauben es, mit Hero an extrem umfangreichen Finite-Elemente-Modellen Sichtfaktorberechnungen mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.“ Optimale Nutzung des IT-Budgets Da Ingenieure unbedingt Hardware zur Verfügung haben müssen, die ihren Aufgaben gewachsen ist, arbeitet Orbital ATK an einem Drei-Jahres-Zyklus für die Hardwareaktualisierung. Angesichts Hunderter Workstations in den Ingenieurabteilungen des Unternehmens stellt die Aktualisierung der Hardware jedoch einen erheblichen Kostenfaktor dar. Maul merkt hierzu an: „Wann immer wir eine solche Aktualisierung vornehmen, spielt der Regelmäßig aktualisiert OA hunderte Workstations. Auch diesmal fiel die Wahl auf AMD-Grafiklösungen: Die W5000 bringt mit 2 GByte viermal so viel Arbeitsspeicher wie ihre Vorgängerin mit; bei der bereits verfügbaren Nachfolgerin W5100 sind es sogar 4 GByte. Preis eine wichtige Rolle, da wir unsere Kaufentscheidungen gegenüber dem Management des Unternehmens und der IT-Abteilung rechtfertigen müssen. Folglich legen wir großen Wert auf ein gutes Preis-Leistungsverhältnis der Grafiklösungen. Auch und gerade in dieser Hinsicht bietet AMD Vorteile, denn wir erhalten die benötigte Leistung zu einem relativ erschwinglichen Preis. Deshalb haben wir uns bei jeder der drei letzten Hardwareaktualisierungen für AMD-Karten entschieden.“ Maul ergänzt, dass er vor der letzten Aktualisierung der Workstations die Kosten einer anderen Grafiklösung mit praktisch identischer Leistung betrachtet hat. „Wir nutzen einige Anwendungen, bei denen je nach Fall die eine oder andere Grafikkarte eine geringfügig höhere Leistung erbringt. Beispielsweise verwenden einige unserer Ingenieure Citrix XenDesktop für den CAD-Fernzugriff, weshalb wir auch die Karte eines anderen Anbieters in Augenschein nahmen. Sie kostete etwa 200 USDollar mehr. In Anbetracht der Tatsache, dass wir gleich Hunderte Grafikkarten zu beschaffen hatten, schien uns der enorme Aufpreis gegenüber einer eher marginalen Leistungsverbesserung – speziell bei dieser einen Anwendung – im Rahmen unserer Budgetgrenzen nicht gerechtfertigt.“ Zuverlässigkeit und kontinuierliche Optimierung AMD-Grafikkarten kommen bei Orbital ATK seit 2009 zum Einsatz und laut Christensen sind die Ingenieure und Anwender mit der Grafikleistung überaus zufrieden: „Die Grafikkarten sind für viele der von uns verwendeten Anwendungen zertifiziert und auch die Zuverlässigkeit der FireProLösungen ist beeindruckend.“ Maul führt weiter aus: „Wir arbeiten gemeinsam mit Lieferanten kontinuierlich an der Versorgung unserer Ingenieure OA entwickelt auch eigene Software, beispielsweise „Hero“ zur thermischen Analyse. Das Simulationsergebnis gibt das Wärmedämmverhalten nach der Einwirkung eines erosiven Gases bei Bilder: AMD und Orbital ATK 2.760 Grad Celsius wieder. AMD-FIREPRO-W5000 IN KÜRZE Arbeitsspeicher: 2 GByte GDDR5. Rechenleistung: 1,3 TFlops Rechenleistung bei einfacher Genauigkeit und 79,2 GFlops Gleitkomma-Rechenleistung bei doppelter Genauigkeit. Technologien: AMD-Eyefinity-Technologie unterstützt bis zu drei Monitore. AMD-PowerTune-Technologie optimiert den Stromverbrauch des Grafikprozessors. AMD-ZeroCore-Power-Technologie: reduziert den Stromverbrauch im Leerlauf. mit den besten und zugleich kosteneffizientesten Werkzeugen, und AMD hat sich als unser Partner inzwischen bestens bewährt. Unsere Ansprechpartner bei AMD unterstützen uns nach Kräften. Mit jeder Aktualisierung verzeichnen wir einen deutlich Leistungsschub. So hat sich beispielsweise alleine der integrierte Grafikspeicher im Rahmen der letzten Aktualisierung von 512 MByte auf 2 GByte verJBI | vierfacht.“ Antoine Reymond ist ISV Alliances Manager bei AMD in Irvine, Kalifornien, USA. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 Digital Engineering-Marktplatz | MARKT | 065 invenio Virtual Technologies GmbH Parkring 31 85748 Garching bei München Tel.: 089-318276-13 E-Mail: [email protected] Internet: www.invenio.net InterCAM-Deutschland GmbH Am Vorderflöß 24a D-33175 Bad Lippspringe Tel.: +49 5252 98 999 0 E-Mail: [email protected] Internet: www.mastercam.de Perfektion für schnelles, effizientes und produktives Arbeiten! Die InterCAM-Deutschland GmbH ist der deutsche Distributor der leistungsstarken CAD/CAM-Lösung Mastercam. Der modulare Aufbau ermöglicht den zielgenauen Einsatz der Software, abgestimmt auf die Bedürfnisse des Anwenders. Mastercam bietet Fräsen in 2 bis 5 Achsen, Drehen, Drahten, künstlerische Reliefbearbeitung, 2D- und 3D-Design, Flächen- und Solidmodeling und somit alles für den Werkzeug-, Formen- und Maschinenbau sowie für die Holz-, Stein- und Kunststoffbearbeitung. Mit aktuell über 200.000 Installationen ist Mastercam das weltweit meisteingesetzte System auf dem Markt PC-basierter CAM-Software. 100% digitaler Prototyp (Digital Mockup) Dienstleistung, Beratung und Software (Virtuelles Fahrzeug, geometrische Absicherung, Montage, virtueller Service , Verkaufspräsentation, usw.) Technologielieferant für Softwarehersteller (CAD, PDM, usw.). Wir sorgen für maximale Transparenz über die komplette Entwicklung. Mit zuverlässigen Ergebnissen und beeindruckenden Präsentationen liefern wir ideale Entscheidungsvorlagen. Auf Basis von digitalen Daten stellen wir verlässliche Aussagen zur Produktreife und zur Servicefreundlichkeit bereit. Und für die frühzeitige Vermarktung des Produktes liefern wir fotorealistische Bilder. SCHOTT SYSTEME GmbH Landsberger Str. 8 D-82205 Gilching Telefon: 089 / 348069 E-Mail: [email protected] WEB: www.schott-systeme.de SCHOTT SYSTEME GmbH ist ein auf CAD/CAM, Computergraphik und Produktions-IT spezialisiertes Unternehmen, das seit über 30 Jahren modulare, kostengerechte Softwarelösungen für Design, Konstruktion und Fertigung entwickelt. Funktionen: 2D-Konstruktion, hybride 3D-Volumen-, Flächen- und MaschenModellierung, technische Dokumentation, Rendering, Animation, 2,5D- und 3D-Fräsen/-Bohren, Gravieren, Ausspitzen, angestelltes 3+2-Achsen-Fräsen, HSC - und HPC -Techniken. Zusätzliche Technologien für 5-Achs-SimultanFräsen, Drehen, Dreh-Fräsen und Drahtschneiden. Standard-Postprozessoren sowie Support sind kostenfrei, es werden keine Gebühren für Wartung erhoben. Delcam GmbH Buergermeister-Mahr-Str. 18 63179 Obertshausen Tel.: +49 6104 94610 Fax: +49 6104 946126 Email: [email protected] Internet: www.delcam.de Mehr Leistung, mehr Flexibilität, mehr Sicherheit: Innovative Fertigungslösungen von Delcam Delcam zählt weltweit zu den führenden Entwicklern und Anbietern moderner CAD/CAM- sowie geräteunabhängiger 3D-Mess-Software für die Fertigungsindustrie. Delcams Software-Spektrum für die Konstruktion, Fertigung und Prüfung ist eine durchgängige CAD/CAM-Lösung, mit der selbst die komplexesten Produkte und Aufgaben zur Realität werden. Produkte von Delcam kommen bei mehr als 50.000 Unternehmen in über 80 Ländern zum Einsatz. Seit Februar 2014 ist Delcam eine hundertprozentige, unabhängig agierende Tochtergesellschaft von Autodesk. Camtek GmbH CAD/CAM-Systeme Werkstraße 24 71384 Weinstadt Tel.: 071 51 / 97 92-02 E-Mail: [email protected] Internet: www.Camtek.de CAD/CAM-System PEPS Version 8.0 neue Benutzeroberfläche neue Maschinenraum-Simulation neue High-Speed-Fräs-Strategien Drahterodieren, Fräsen, Drehen, Laser-und Wasserstrahlschneiden CAMMAN: Auftrags- und Programmverwaltung mit Anbindung an SAP- und ERP-Systeme CAD/CAM-System OPTICAM Drahterosion integriert in SolidWorks und hyperCAD-S Innovative Lösungen für Konstrukteure und Entwickler WIN-Verlag GmbH & Co. KG Johann-Sebastian-Bach-Str. 5 D-85591 Vaterstetten Tel.: +49-(0)8106-350-0 Internet: www.win-verlag.de Mit einer Platzierung hier im Marketplace erreichen Sie ein Jahr lang durchgängige Präsenz in einem etablierten Fachmagazin. Mit sehr geringen Kosten präsentieren Sie Ihr Unternehmen und ihre Vertriebspartner regelmäßig einer hochkarätigen Zielgruppe. Damit erhöhen Sie Ihre Kontaktchancen erheblich. 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Grohmann ([email protected]) DIGITAL ENGINEERING MAGAZIN im Internet: http://www.digital-engineering-magazin.de So erreichen Sie die Redaktion: Chefredaktion: Rainer Trummer (v.i.S.d.P.), [email protected], Tel.: 0 81 06 / 350-152, Fax: 0 81 06 / 350-190) Redaktion: Jan Bihn (-161; [email protected]) Textchef: Armin Krämer (-156; [email protected]) Mitarbeiter dieser Ausgabe: Horst Biedenbänder, Jean-Marc Diss, Stephen Ferguson, Axel Grigoleit, Peter Kemptner, Irmgard Nille, Karl Obermann, Paulo de Mattos Pimenta, Guido Radig, Antoine Reymond, Prof. Dr. Axel Schumacher, René Steiner, Wolfgang Stoll, Alexander F. Walser, Peter Widmer, Robert Wilmes, Olaf Wilmsmeier. So erreichen Sie die Anzeigenabteilung: Anzeigenverkaufsleitung: Martina Summer (0 81 06 / 30 61 64, [email protected]) Mediaberatung: Jana Maier (0 81 06 / 350-241, [email protected]) Anzeigendisposition: Chris Kerler (-220; [email protected]) Branche: Verpackungs- und Lebensmittelindustrie So erreichen Sie den Abonnentenservice: Güll GmbH, Aboservice DIGITAL ENGINEERING Magazin, Heuriedweg 19a, 88131 Lindau, Tel. 01805-260119*, Fax. 01805-260123*, E-Mail: [email protected], *14 Cent/Min. aus dem dt. Festnetz, Mobilfunk max. 42 Cent/Min. Aus Verbrauchersicht wird sie wohl oft unterschätzt und maximal sanft belächelt, bevor sie in den Abfall wandert. Verpackung aus der Sicht des Ingenieurs ist jedoch ein höchst spannendes und oft wenig triviales Thema, soll sie doch sein Produkt möglichst sicher zum Kunden und Verbraucher bringen. Nicht nur bei Lebensmitteln kann das sogar sehr emotional werden. Wir befassen uns insbesondere mit der Automatisierung von Verpackungsprozessen. Vertrieb: Helga Wrobel, ([email protected]), Tel.: 0 81 06 / 350-132, Sabine Immerfall, ([email protected]), Tel.: 0 81 06 / 350-131, Vertrieb-Fax: 0 81 06 / 350-190 Artdirection und Titelgestaltung: Saskia Kölliker Grafik, München Bildnachweis/Fotos: falls nicht gekennzeichnet: Werkfotos, aboutpixel.de, pixelio.de, PhotoDisc; MEV, fotolia.de Titelbild: OPEN MIND Technologies AG Druck: PHOENIX PRINT GmbH, Würzburg Produktion und Herstellung: Jens Einloft (-172; [email protected]) GPU-Computing und Simulation Grafikkarten sind heute kleine Super-Computer mit tausenden von parallel rechnenden Prozessorkernen. Die Einführung der massiv-parallelen Verrechnung der Systemkomponenten kommt der Realität deutlich näher als das klassische Nacheinander von Berechnungen. Das hat insbesondere Einfluss auf die Art und Weise, wie heute Ingenieure Systeme über Simulation absichern. Wir schauen einerseits, was sich auf Hard- und Software-Seite tut, und anderseits, was das für die Anwender bedeutet. Weitere Themen: Produktkonfiguration Industrielle Bildverarbeitung und Sensorik Trends und Lösungen aus der Fluidtechnik Internet der Dinge und Produktentwicklung Aus aktuellem Anlass sind Themenänderungen möglich. DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015 IMPRESSUM Anschrift Anzeigen, Vertrieb und alle Verantwortlichen: WIN-Verlag GmbH & Co. KG, Johann-Sebastian-Bach-Straße 5, 85591 Vaterstetten, Tel.: 0 81 06 / 350-0, Fax: 0 81 06 / 350-190 Verlagsleitung: Bernd Heilmeier (-251; [email protected]), anzeigenverantw. Objektleitung: Rainer Trummer (-152, [email protected]) Bezugspreise: Einzelverkaufspreis: 11,50 Euro in D, A, CH und 13,70 Euro in den weiteren EU-Ländern inkl. Porto und MwSt. Jahresabonnement (8 Ausgaben): 92,00 Euro in D, A, CH und 109,60 Euro in den weiteren EU-Ländern inkl. Porto und MwSt. Vorzugspreis für Studenten, Schüler, Auszubildende und Wehrdienstleistende gegen Vorlage eines Nachweises auf Anfrage. Bezugspreise außerhalb der EU auf Anfrage. 18. Jahrgang Erscheinungsweise: achtmal jährlich Einsendungen: Redaktionelle Beiträge werden gerne von der Redaktion entgegen genommen. Die Zustimmung zum Abdruck und zur Vervielfältigung wird vorausgesetzt. Gleichzeitig versichert der Verfasser, dass die Einsendungen frei von Rechten Dritter sind und nicht bereits an anderer Stelle zur Veröffentlichung oder gewerblicher Nutzung angeboten wurden. Honorare nach Vereinbarung. Mit der Erfüllung der Honorarvereinbarung ist die gesamte, technisch mögliche Verwertung der umfassenden Nutzungsrechte durch den Verlag – auch wiederholt und in Zusammenfassungen – abgegolten. Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz Prüfung durch die Redaktion vom Herausgeber nicht übernommen werden. Copyright © 2015 für alle Beiträge bei der WIN-Verlag GmbH & Co. KG Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages vervielfältigt oder verbreitet werden. 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