3D Manufacturing Simulation

Schritt für Schritt zur 3D-Fertigungssimulation

Fertigungsprozesse zu verändern kostet Überwindung - denn Unternehmen wissen oft nicht genau, ob sich der Aufwand lohnt. Simulation kann wertvolle Hilfe leisten. Mit aktueller Rechenleistung lassen sich sogar dreidimensionale digitale Zwillinge einer Produktion erstellen.
Bild: Visual Components GmbH

Simulationen ermöglichen es, Ideen und Pläne zu testen und zu optimieren, bevor sie realisiert werden. 3D Manufacturing Simulation hilft, Probleme und Fehler noch in der Planung zu erkennen und zu beheben sowie bereits eingeführte Prozesse zu prüfen.

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Unterschiedliche Definitionen

Der Begriff Simulation wird in den Branchen und Disziplinen unterschiedlich eingesetzt und oft sind ganz verschiedene Einsatzgebiete gemeint. Neben der sogenannten Robotersimulation, die die Funktionsweise eines Roboters in einer Fertigungszelle simuliert, gibt es die 3D-Druck-Simulation, die zeigt, wie eine Form gedruckt aussieht oder die Simulation von Architektenentwürfen, die Kunden vor dem Bau veranschaulichen soll, wie das fertige Haus aussehen soll. Die Fertigungssimulation kann hingegen ein digitaler Zwilling eines Verfahrens sein, der die Beurteilung verschiedener Produktionspläne und der Folgen von Änderungen bezüglich Produktmix und -volumen unterstützt. Darüber hinaus unterstützt diese Form der Simulation die Layoutplanung sowie die Optimierung von Engpässen und Prozessen.

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Seit dem 18. Jahrhundert

Simulatoren werden bereits seit dem 18. Jahrhundert gebaut – damals hauptsächlich in der medizinischen Ausbildung. In den 1960er Jahren gab es die ersten Versuche mit computergestützten Modellen, jedoch ließen die Ergebnisse zu wünschen übrig. In den 1990er Jahren rückte die Fertigungssimulation in den Fokus. Die ersten Produkte für Industrieunternehmen lieferten zweidimensionale Animationen. Heute sind durch zunehmende Rechenleistung und Fortschritte bei den Anwendungsprogrammen 3D-Simulationen möglich. Zu ihren Vorteilen zählen:

Schnellere Reaktionszeiten: umfangreicheres Testen ist in kürzerer Zeit möglich.

Weniger Fehler: Probleme, Fehler, Kollisionsgefahren werden früher erkannt.

Bessere Kommunikation: Entscheidungsträger und Kunden können Vorschläge einsehen.

Wettbewerbsfähigkeit: Angebote werden schnell und klar präsentiert und können auch dazu dienen, sich von der Konkurrenz abzuheben.

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Wie funktioniert es?

Doch wie funktioniert die Fertigungssimulation? Fertigungsabläufe werden oft mittels einer ereignisorientierten Simulation (Discrete Event Simulation, DES) simuliert. Dabei beschreibt das Modell einen Prozess als Serie von Ereignissen, die den Ablauf bzw. die Bearbeitungsreihenfolge definieren. Jedes der Ereignisse wird danach definiert, was es wann tut und welche Auswirkungen das auf die anderen Ereignisse hat. Ein Ereignis ist also ein programmierter Zeitpunkt, an dem etwas geschieht, was wiederum andere Ereignisse auslöst oder sich bei deren Auftreten ändern kann. Im simulierten Prozess fließen Werkstücke wie beispielsweise Baugruppen, auf die die Ereignisse einwirken. Die Größe des Werkstücks kann variieren, sodass es unterschiedlicher Verarbeitungsschritte oder Ereignisse bedarf. Bei der Bearbeitung der einzelnen Komponenten eines Werkstücks wird nicht die erforderliche Zeit modelliert, stattdessen ändert das Ereignis sofort den Zustand der Entität beispielsweise von ’nicht bearbeitet‘ in ‚bearbeitet‘. Allerdings wird erfasst, wie lange es dauern würde, das Werkstückdurch den Prozess laufen zu lassen, und das Ergebnis in der Auswertung berücksichtig. DES kann auf alle Fertigungsarten angewendet werden, angefangen bei der Einzelstückfertigung bis hin zu gemischten und kontinuierlichen Produktionsprozessen.

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