Simulation:
Das weniger Mehr für Ihr Werkzeug

„Bei Simulation und Angebotserstellung sind wir jetzt bis zu fünfmal schneller ...“

Das Zeitfenster in der Angebotsphase und von der Auftragserteilung bis hin zu Tryout und Abmusterung wird im Werkzeugbau immer kleiner. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Prozessqualität. Der im Sauerland beheimatete Blechspezialist HERU Werkzeugbau bildet darum seinen Workflow von der Vorkalkulation bis hin zu den finalen Wirkflächen und Methoden lückenlos mit AutoForm ab.

Im Lennetal hat die Metallverarbeitung – wie in vielen anderen Teilen des Sauerlandes – eine lange Tradition. Gut nutzbare Wasserkraft, die Eisenerzvorkommen, Hüttenbetriebe und die späteren Stahlwerke im benachbarten Siegerland haben hierzu ebenso beigetragen wie die 1861 eingeweihte Ruhr-Sieg-Bahn. An dieser heute noch wichtigen Verbindung ins Ruhrgebiet liegt Grevenbrück, mittlerweile ein Ortsteil von Lennestadt. Und hier, in einem schmucken, 2004 bezogenen Neubau hat HERU Werkzeugbau seinen Sitz. „Wir beschäftigen uns mit richtungsweisenden Werkzeugtechnologien auf dem Gebiet der Blechumformung und decken von der Bauteiloptimierung und Werkzeugkonstruktion bis hin zur eingefahrenen Serienproduktion die gesamte Prozesskette ab, einschließlich Mitarbeitertraining am Werkzeug“, erklärt Thomas Teipel, der bei HERU den Technischen Vertrieb leitet. Und sein Kollege Philipp Nüschen aus der Konstruktionsabteilung ergänzt: „Ohne AutoForm wäre so ziemlich alles, was wir auf dem Gebiet der Blechumformung heute machen, nicht möglich.“ Nüschen ist als Konstruktionsleiter Chef eines achtköpfigen Engineeringteams und bei HERU zudem für das Projektmanagement verantwortlich. „Mit diesem modularen System bilden wir heute alle wichtigen Stationen unserer Prozesse ab, von der Methodenplanung und Kalkulation in der Angebotsphase bis hin zu den Wirkflächen.“ Was der Konstruktionsleiter andeutet: Mit einem klassischen CAD-System – konstruiert wird bei HERU mit Autodesk Inventor sowie bei den Wirkflächen mit CATIA V5 – ist es nur sehr eingeschränkt möglich, zum Beispiel nach einer Kundenanfrage schnell eine sichere Grobmethode eines Werkzeugs zu erstellen. Auch wenn weitere Schritte ins Spiel kommen, wie der schnelle Nachweis der Machbarkeit von Bauteil und Prozess, die simulationsgestützte Ermittlung von Beschnittkonturen und Ziehsicken, die Überprüfung der Maßhaltigkeit oder die Kompensation der Rückfederung, sind Tools vom Spezialisten gefragt. Zu den ersten Adressen auf diesem Gebiet zählt AutoForm, ein Softwareunternehmen, das 1995 als Ausgründung der ETH Zürich entstand und mit inzwischen mehr als 400 Mitarbeitern heute zu den weltweit führenden Lösungsanbietern auf diesem Gebiet zählt.

Neben der Durchgängigkeit der einzelnen Module, mit denen AutoForm punktet, ist Nüschen von den wirklich durchdachten Funktionen überzeugt, die den Werkzeugbau-Alltag bei HERU (Bild 1 und Bild 2) erheblich erleichtern. Dies bestätigt auch Vertriebschef Teipel. Als wichtiges Beispiel nennt er die AutoForm Planning & Bidding Solution, mit der in der Angebotsphase bei HERU quasi ein neues Zeitalter begonnen hat. „Vorkalkuliert wurde früher viel mit Erfahrungswerten, quasi Pi mal Daumen.“ Heute bietet AutoForm hier eine sichere Basis zur Vorkalkulation. Deshalb wird bei HERU eine Lizenz ausschließlich vom Vertrieb zur Angebotserstellung benutzt. Teipel beschreibt den heutigen Ablauf folgendermaßen: „Wenn der Kunde im Rahmen der Anfrage den Datensatz – also CAD-Modell und Zeichnung – per E-Mail schickt, wird beides zunächst von uns überprüft, bevor wir das Angebot erstellen.“ Das beginnt mit einer Herstellbarkeitsbewertung und eventuellen Gegenvorschlägen. „Denn 80 Prozent der Zeichnungen sind hinsichtlich Form und Lage nicht korrekt.“ Dies schließt auch eine Toleranzbewertung mit ein. „Ein Fazit kann sein, das Bauteil ist herstellbar, aber nicht mit den geforderten Toleranzen.“ Bereits in dieser Phase kommt AutoForm ins Spiel, nämlich zur Erstellung der Grobmethode, die auch als Basis für die Vorkalkulation dient. Dies findet in Nüschens Konstruktionsabteilung statt. Mit ein paar Mausklicks wird hier das Teil im AutoForm-StampingAdviser zunächst abgewickelt, auf Herstellbarkeitsprobleme untersucht und die erste Abschätzung des Materialeinsatzes vorgenommen. „Dabei legen wir schon mal die einzelnen Stationen fest und können so sehen, ob das Teil überhaupt herstellbar ist“, erklärt Nüschen die Vorgehensweise (Bild 3). Im nächsten Schritt wird das halbautomatisch erzeugte Methodenkonzept dann noch aufbereitet beziehungsweise ergänzt sowie an die Werkstoffanforderungen und an die HERU-eigenen Fertigungsrichtlinien angepasst. „Dabei sehen wir in AutoForm sofort, ob wir irgendwo Problemecken haben, die vielleicht reißen können oder ob es zum Beispiel irgendwo zu einer Materialaufdickung kommt.“

Das sind nun die Daten, mit denen dann in der Vertriebsabteilung mit dem AutoForm-CostEstimator die Vorkalkulation weitgehend automatisch erzeugt wird. „Wir haben im Grunde genommen zwei Planungsarbeitsplätze im Einsatz – im Verkauf und in der Technik. So entsteht während der Angebotsphase ein Kreislauf, in dem mit derselben Datei assoziativ zusammengearbeitet wird. Damit können technisch notwendige Änderungen an der Methode direkt in die Kostenkalkulation zurückgeführt werden“, erläutert Teipel. „Gut ist in diesem Zusammenhang auch, dass wir mit verschiedenen Kostenstandards arbeiten, die wir hinterlegt haben.“ Das ist ein sehr wichtiger Aspekt, den AutoForm hier bietet. In diesen Kostenstandards sind die HERU-spezifischen Zahlen hinterlegt, einschließlich aller Konstruktions- und Fertigungsschritte (Bild 4). Zusätzlich fließt noch das Erfahrungswissen des Mitarbeiters ein. Auf diese Weise ist es nun möglich, unterschiedliche Bauteilkategorien abzudecken. „Zum Beispiel, welche Materialien werden verwendet, wie gehe ich vom Prozess her vor oder muss ich Fräsen oder Erodieren.“ Deshalb spricht der Vertriebsleiter auch von einem Kalkulationsschema, „womit ich quasi auf Knopfdruck eine äußerst realistische Vorkalkulation erstellen kann, einschließlich der benötigten Stunden.“ Das sind natürlich die reinen Herstellkosten. Hinzu kommen noch Materialgemeinkosten, Gewinn, Vorfinanzierung und weitere Kosten wie zum Beispiel die für eventuell zu produzierende Teile. „Für das fertige Angebot arbeiten wir das noch manuell auf.“

Auch bei den nächsten Schritten bildet AutoForm das Rückrat. Haben Vertrieb und Kunde ja gesagt, macht sich Nüschens Abteilung auf Basis der bereits erstellten Grobmethode an die weitere Arbeit. „Der Kollege muss an diesem Punkt nicht mehr bei null anfangen, sondern kann auf den bereits erzeugten Daten aufsetzen, da diese die Basis des Angebots darstellen. Der zunächst verwendete AutoForm-DieDesigner erzeugt dabei die für alle Operationen benötigten parametrischen Konzeptflächen. „Also Flächen, die wir in der frühen Phase häufig verändern müssen“, berichtet Nüschen und ergänzt: „Dieses Modul bietet die, im Vergleich zu nativen CAD-Flächen, um Faktoren schnellere Möglichkeit, Konzeptgeometrien zu erzeugen, die wir dann zur Simulation des gesamten Umformprozesses und zur ersten Rücksprunganalyse im AutoForm-FormingSolver nutzen.“ Auf Basis der so gewonnenen Erkenntnisse findet im AutoForm-ProcessDesignerforCATIA nun die finale Erzeugung der parametrischen CAD-Wirkflächen sowie die vollständige, detaillierte Methodenplanung statt, sowohl für alle Tiefzieh- als auch für alle Folgeoperationen. Auch hier werden die Daten aus der Konzeptphase weiterverwendet. Die Daten der Grobmethode werden mit AutoForm-QuickLinkforCATIA und möglichst wenig Informationsverlust in die CAD-Welt übertragen. Mit dem AutoForm-ProcessDesignerforCATIA wird direkt in der CATIA-Umgebung gearbeitet. Nüschen ist von der sehr hohen Qualität der (Freiform-)Flächen, die der AutoForm-ProcessDesignerforCATIA generiert ebenso überzeugt wie von der Geschwindigkeit, mit der sich der Methodenplan umsetzen lässt. Sogar „Class-A“-Anforderungen werden erfüllt. Aus diesen Flächendaten lassen sich dann per CAM-Software auch die NC-Daten ableiten, mit denen die Wirkflächen gefräst werden. „Während wir im AutoForm-ProcessDesignerforCATIA noch an den finalen Wirkflächen feilen, beginnen wir bereits mit der Werkzeugkonstruktion“, weist Nüschen auf die ab hier beginnende parallele Vorgehensweise hin. „Wir starten die Werkzeugkonstruktion, wenn die inkrementelle Simulation auf Basis der DieDesigner-Flächen sicher ist, das Bauteil also herstellbar ist. So sparen wir eine Menge Zeit.“ Stehen die Wirkflächen und die Methode aus dem AutoForm-ProcessDesignerforCATIA zur Verfügung, werden diese zu einer so genannten „Validation“-Simulation inklusive der Rückfederungskompensation erneut an AutoForm übergeben, erläutert Nüschen weiter. Eine weitere Schleife über den AutoForm-ProcessDesignerforCATIA ergibt dann die finalen Fräsdaten. (Bild 5, Bild 6 und Bild 7)

Auch in der Zeit vor AutoForm ist bei HERU schon simuliert worden, erinnert sich Nüschen. Die Umformsimulation konnte aber erst starten, wenn die Wirkflächen zuvor in CATIA erzeugt wurden. „Diese sind aus unserem Erfahrungswissen heraus entstanden, was einen Zeitaufwand um den Faktor zehn gegenüber heute bedeutet.“ Zudem ist die abgeleitete Methode häufig nicht frei von Fehlern gewesen, was deren Veränderung während der Bauphase zur Folge hatte. „Das war oft Sisyphusarbeit, wir haben manchmal fünf- oder sechsmal nachfräsen müssen“, beschreibt der Konstruktionschef die damalige Situation. Da war man – kaufmännisch betrachtet – sehr schnell im roten Bereich. „Heute erhalten wir mit AutoForm eine validierte Aussage, auf die wir uns verlassen können.“ Ähnlich positiv äußert sich auch Teipel. „Wir haben die Qualität des Bauteils gesteigert, bei gleichzeitiger Verringerung der Korrekturschleifen, die oftmals 40 Prozent der Durchlaufzeiten ausmachten“, unterstreicht der Vertriebsleiter und fasst den heutigen Stand so zusammen: „Bei Simulation und Angebotserstellung sind wir jetzt bis zu fünfmal schneller.“ Das Angebot ist zudem viel präziser und kalkulatorisch sicherer geworden. „Das ist für uns ebenfalls ein ganz wichtiger Faktor.“ Auch der gesamte Prozess läuft deutlich stabiler: „Heute gefährden wir keine Termine mehr und können unseren Kunden verbindliche Termine für qualitativ hochwertige Bauteile nennen.“ (Bild 8 und Bild 9)