Mehr Sicherheit schon in der Planungsphase

Die Produktion in Hochlohnländern und damit auch in Deutschland kann vor dem Hintergrund aufstrebender Wettbewerber außerhalb Europas vor allem durch Technologievorsprünge gesichert werden. Dabei wird ein besonderer Entwicklungssprung darin bestehen, dass eine Bearbeitungsaufgabe bereits in der Planungsphase im Hinblick auf Werkstückgenauigkeiten, Oberflächenqualitäten und maximaler Produktivität beurteilt werden kann. Die Simulation von Maschinen, Prozessen und Abläufen eröffnet grundsätzlich die Möglichkeit, diese Eigenschaften bereits vor dem Produktionsstart zu bestimmen.

Eine durchgängige Simulationskette zur Bewertung von Prozess, Maschine und Steuerung existiert derzeit noch nicht, obwohl die Simulation einzelner Module (zum Beispiel für das statische und dynamische Verhalten von Maschinen, das Umformverhalten von Werkstücken oder die NC-Bahnplanung) bereits seit langem Stand der Technik ist

Erst nach einem umfangreichen Abgleich von Simulationsmodellen mit messtechnischen Untersuchungen können momentan abgesicherte Aussagen über die Stabilität oder die Genauigkeit eines Prozesses gemacht werden. An vielen Stellen sind unzureichend bekannte Simulationsparameter für erhebliche Abweichungen der Simulationsergebnisse von der Realität verantwortlich. Dazu zählen das Dämpfungsverhalten und die thermischen Eigenschaften von Maschinenelementen, unbekannte Schnittkraftkoeffizienten von Zerspanungswerkzeugen oder auch ungenaue Beschreibungen der Zerspanungs- und Umformeigenschaften von Materialien. Langfristig muss aber ein Wechsel vom „Abgleichen“ zum „Vorhersagen“ des dynamischen Systemverhaltens mit der Angabe eines abgesicherten Streubereiches stattfinden können.

Es muss aber auch kritisch hinterfragt werden, in welchen Teilbereichen sich der Simulationsaufwand für welchen Simulationsanwender lohnt. Simulationsgenauigkeit, Modelldetaillierungsgrad, Aufwand für den Modellabgleich und das benötigte Erfahrungswissen bedingen sich gegenseitig. Einzelne Teilbereiche der Simulationskette treten in Konkurrenz zu messtechnischen Untersuchungen, während die Eingangsdaten für andere Simulationen fehlen oder nicht mit der erforderlichen Genauigkeit angegeben werden können. Deshalb muss zwischen Maschinenentwicklern und Maschinennutzern als Anwendern einer geschlossenen Simulationskette unterschieden werden.

Der Vortrag stellt zunächst bewährte Simulationsverfahren in der Produktionstechnik und ihre Anwendungsgebiete vor. Im nächsten Schritt werden die relevanten Teilbereiche der Simulationskette für Maschinenentwickler und Maschinennutzer erarbeitet. Durch die Kopplung von Simulationswerkzeugen können eine erhöhte Simulationsgenauigkeit und ein tieferer Einblick in die Abhängigkeiten zwischen Prozess, Maschine und Steuerung erzielt werden.

Referent:

Prof. Christian Brecher

WZL/Fraunhofer IPT