Keyboard ALT + g to toggle grid overlay
Nye teknologier inden for produktudvikling forbereder en 100 år gammel virksomhed på fremtiden inden for fremstilling
Claudius Peters, som er en 113 år gammel produktionsvirksomhed, der fremstiller udstyr til bulkmaterialehåndtering, gennemgår en transformation for at blive en digital virksomhed i det 21. århundrede. Generativt design er nytænkning for virksomheden og giver en radikal ny måde at arbejde med produktdesign og optimering på. Ved at bruge denne teknologi, som normalt forbindes med 3D-udskrivning, til traditionelle fremstillingsmetoder fremstiller virksomheden mere omkostningseffektive produkter til et prisfølsomt, industrielt marked. Generativt design i tung produktion hjælper med at reducere materialeforbrug, energiomkostninger og produktionstid, så Claudius Peters bliver mere konkurrencedygtig i skiftende tider.
En virksomhed af den gamle skole omfavner ændringer
Den tyske producent Claudius Peters eksemplificerer begrebet ”tung industri”: Virksomheden producerer stort, industrielt maskineri og håndteringsanlæg til industrier inden for cement, stål, gips og aluminium. ”Vi er specialister i håndtering af bulkmaterialer”, siger Thomas Nagel, driftsdirektør hos Claudius Peters (CP). Ud over hovedkontoret i nærheden af Hamburg, Tyskland, har virksomheden 12 regionale kontorer i Nord- og Sydamerika, Europa og Asien.
CP blev stiftet i 1906 og har fremstillet kæmpestore, kapitalintensive, industrielle produkter – båndtransportør, siloer, kværnemøller – i mere end 100 år. Men i stedet for at hænge fast i virksomhedens ærværdige historie hjælper Nagel, der fungerer som ledende digitalchef, virksomheden med at etablere et ry som global leder inden for digital innovation. Claudius Peters startede en innovationsrejse i 2014 med det mål at forbedre forretningsresultater relateret til omkostninger, kvalitet, leveringshastighed og kundetilfredshed. Men virksomheden fandt ud af, at det kræver mere end bare ny software at holde sig konkurrencedygtig i det 21. århundrede. I 2018 begyndte CP en yderligere transformation til en agil virksomhed, som ville kræve nye digitale evner og en kultur fokuseret på designtænkning, eksperimenteren og iteration.
Innovationsrejsen begynder
Samarbejdet med teknologipartnere som Autodesk har været af afgørende betydning for Claudius Peters’ innovationsrejse. CP har implementeret nye værktøjer, herunder BIM 360 (engelsk), til at forbinde processer på tværs af salg, ingeniørarbejde, design, fremstilling og montage. Virksomheden har også fundet nye måder at strømline fremstillingsprocesserne på med Inventor og FEM-analyse (finite element method). For at installere sine maskiner begyndte CP at bruge 3D reality-capture-scanninger med ReCap og Navisworks til at indsamle data hos kunderne og derefter hurtigt overdrage filerne til ingeniør- og designteams i Tyskland. ”Det betyder, at vi gør vores arbejde hurtigere, i en højere kvalitet, med færre omkostninger, som fører til en større kundetilfredshed”, fortæller Nagel.
”Men vores innovation stoppede ikke der”, tilføjer han. Inspireret af en demonstration af generativt design i Fusion 360 organiserede Nagel en fire timers workshop, så CP-teamet kunne lære om denne fremspirende teknologi.
Autodesk-software til generativt design (engelsk) tager designmål
og -begrænsninger og udforsker mulige kombinationsmuligheder for en designløsning, og der skabes hurtigt dusinvis af muligheder at vælge mellem. Efter at have eksperimenteret med nogle få generiske dele besluttede teamet sig for at prøve med generativt design til at optimere en del fra et af CPs kerneprodukter til cementindustrien – en klinkekøler.
Hvad er en klinkekøler?
Cementindustrien har været en hjørnesten for Claudius Peters fra de tidligste dage. Cementproducenter blander knuste sten og varmer dem i en ovn til 1.450 °C, hvorved stenene smelter sammen til klumper på størrelse med en marmorkugle, som kaldes ”klinker”. De rødglødende klinker overføres til en klinkekøler, der er en kæmpestor maskine på 50 gange 25 meter. Luft nedkøler klinkerne til omkring 100 °C, efterhånden som de bevæger sig gennem køleren. Derefter kværnes de og blandes med andre ingredienser for at danne cement.
CP begyndte at levere klinkekølere til industrien i de tidlige 1950'ere og fremstillede mere end 700 kølere over de næste 60 år. Men klinkeproduktion kræver masser af energi, som gør cementindustrien til en af verdens største CO2-udledere.
I de tidlige år efter 2000 begyndte CP at udvikle næste generation af klinkekølere, designet til at spare energi: ETA-køleren med navn efter det græske symbol ”η” (”eta”), der betyder energieffektivitet. ”En af de største fordele ved vores ETA-køler er den enestående termiske effektivitet”, siger Nagel. ”Disse energibesparelser kan hjælpe med at reducere den negative miljøpåvirkning ved cementfremstilling.” I dag består CPs primære forretning i at udskifte eksisterende klinkekølere med ETA-kølere for at øge effektiviteten på cementfabrikkerne.
Generativt design giver overraskende resultater
CP besluttede at bruge generativt design til at optimere en del til ETA-køleren – et tungt metalstykke, der for nyligt var blevet redesignet til at fjerne overskydende materiale med traditionelle designmetoder. Hver køler har omkring 50 til 60 af disse dele, som boltes sammen på en række båndtransportører, der bevæger de smeltede klinker gennem ETA-køleren. ”Dette støbte stykke er blevet optimeret om og om igen”, fortæller Maximilian Lerch, der er designingeniør hos CP. ”Målet var at reducere vægten og den tilknyttede omkostning på metallet. Selv en lille vægtoptimering ville have en stor effekt."
”Det var virkelig skønt at se alle ingeniørerne samlet omkring computerskærmen, mens de så generativt design skabe en optimeret, stærk del ud af næsten ingenting, kun begrænsningerne”, fortsætter Lerch. ”Alle gentagelserne, der er nødvendige for at nå frem til den bedste løsning, udføres af softwaren.”
Efter den første fire-timers session med generativt design havde teamet sit første resultat: ”Vi kaldte den 'rumvæsendelen'", siger Nagel. ”Resultatet overraskede os – hvordan kunne den være så anderledes end vores optimerede del? Og 30% til 40% lettere?”
-
I processen med produktion af cement overføres de rødglødende klinker fra ovnen til ETA-køleren, der kan håndtere op til 13.000 metriske ton klinker pr. dag.
-
Båndtransportører flytter klinkerne gennem ETA-køleren, hvor luft køler de smeltede sten til omkring 100 °C.
-
Hver ETA-køler har omkring 60 transportdele, der er placeret på båndtransportører for at flytte de varme klinker gennem køleren.
-
Den oprindelige transportdel (venstre) blev redesignet i 2016 og har været installeret og prøvet i 14 klinkerkølere.
-
Det nye deldesign (højre), baseret på generativt design, er mere end 50 % lettere end den oprindelige, og har vist sig at give betydelige besparelser i materialeomkostninger og energi.
-
Gengivelser viser klinkerkølerdelens udvikling fra det oprindelige tunge, geometriske design (øverste række, helt til venstre) gennem generativt designede og reverse-engineerede iterationer.
Billeder er stillet til rådighed af Claudius Peters
Tilpasning af en generativt designet del til traditionel fremstilling
Claudius Peters’ skeptiske ingeniører kørte beregninger og FEM-analyse på ”rumvæsendelen” og blev forbløffede over at opdage, at den var mere effektiv end deres traditionelt optimerede version af delen. Teamet begyndte at analysere designet for at finde ud af, hvordan de skulle fremstille den. ”Generativt design bruger normalt 3D-udskrivning eller andre metoder med additiv fremstilling til at fremstille produktet”, fortæller Nagel. ”Vores industri bruger ikke 3D-udskrevne dele – det er for dyrt.” Men ved at bruge idéer fra generativt design og traditionel optimering, ”tog det os kun en uge at reverse-engineer delen, så vi kan fremstille den med traditionelle fremstillingsmetoder.”
Med Inventor og FEM-analyse testede teamet forskellige fabrikationsløsninger med Claudius Peters’ støberi. ”Vi besluttede at gå fra en støbt del til en løsning med laserskårne plader og svejsning”, forklarer Nagel. ”Vi har gjort delen yderligere 25% lettere, hurtigere at fremstille og meget mere omkostningseffektiv.” Teamet fortsætter med at studere designmuligheder for transportdelen og finder yderligere muligheder for forbedring og endda flere omkostningsbesparelser. ”Det skulle snart blive sat i produktion”, fortsætter Nagel. ”Jeg forventer, at delen vil være i brug et eller andet sted i verden inden for ét år.”
Fordelene ved generativt design
CPs generativt designede del kan ultimativt spare virksomheden for et betydeligt beløb på hver klinkekøler, som de opstiller. Med en vægtreduktion på 20 kilo på transportdelen forventer virksomheden, at de vil spare omkring €100 pr. del – ganget med 60 eller flere dele i hver køler. Derudover betyder mindre vægt lavere transportomkostninger. ”Lige fra den første prototype, vi udviklede, har vi troet på, at generativt design vil hjælpe os med at opnå lavere omkostninger på vores produkter og gøre os mere konkurrencedygtige”, siger Nagel.
Generativt design betyder også større bæredygtighed. ”Vi kan gå fra en tungere del støbt i et støberi i Indien eller Tyrkiet til en lettere del – et svejset design, som vi endda kan lave i vores eget værksted her”, siger Nagel. ”Vi sparer materialer, energi, transporttid og andre negative påvirkninger på miljøet.”
Claudius Peters er nu ved det punkt, hvor generativt design er ved at blive en standardproces til optimering af eksisterende dele eller til design af nye dele. ”Vi vil finde flere dele, hvor vi kan bruge optimeringer og materialereduktioner i fremtiden”, siger Nagel. ”Vi vil prøve at se på del for del, om generativt design vil have de samme positive fordele.”
Relaterede produkter
Vi kan i øjeblikket ikke vise søgeresultater. Prøv igen senere.