• Polska

    Przekierowaliśmy Cię na równoważną stronę w lokalnej witrynie, na której znajdziesz obowiązujące w Twoim regionie ceny i promocje oraz opcje zakupu online.

    Stay on our U.S. site

Keyboard ALT + g to toggle grid overlay

Claudius Peters

Producent ciężkiego sprzętu sprowadza projektowanie generatywne na ziemię

Przyszłość tworzenia

UDOSTĘPNIJ TEN ARTYKUŁ

Zdjęcia wykorzystane za zgodą firmy LimbForge

Nowe technologie opracowywania produktów przygotowują stuletnie przedsiębiorstwo na przyszłość produkcji

Claudius Peters, 113-letnie przedsiębiorstwo produkujące urządzenia do przetwarzania materiałów sypkich, przechodzi transformację w firmę cyfrową na miarę XXI wieku. Projektowanie generatywne to dla spółki punkt zwrotny, oferujący radykalnie nowe podejście do projektowania i optymalizacji produktów. Dzięki wykorzystaniu technologii zwykle kojarzonej z drukiem 3D w tradycyjnych metodach wytwarzania spółka produkuje bardziej opłacalne produkty na wrażliwy na ceny rynek przemysłowy. Projektowanie generatywne w przemyśle ciężkim pomaga obniżyć koszty materiałów i energii oraz czas realizacji, zwiększając konkurencyjność spółki Claudius Peters w zmieniających się czasach.

Tradycyjne przedsiębiorstwo wkracza na ścieżkę zmiany

Niemieckie przedsiębiorstwo Claudius Peters to przykład typowego producenta w branży przemysłu ciężkiego. Spółka produkuje duże urządzenia przemysłowe i instalacje dla przemysłów cementowego, stalowego, gipsowego i aluminiowego. „Jesteśmy specjalistami w obsłudze materiałów sypkich” — mówi Thomas Nagel, dyrektor operacyjny w Claudius Peters (CP). Oprócz siedziby głównej w pobliżu Hamburga w Niemczech spółka ma 12 biur regionalnych w obu Amerykach, Europie i Azji.

Założona w 1906 roku spółka CP od ponad 100 lat produkuje ogromne, kapitałochłonne produkty przemysłowe: przenośniki taśmowe, silosy i młyny. Zamiast trzymać się wiekowej historii, Nagel, pełniący obowiązki dyrektora ds. cyfrowych, pomaga jednak spółce zyskać reputację światowego lidera w dziedzinie innowacji cyfrowych. Firma Claudius Peters rozpoczęła podróż ku innowacji w 2014 roku w celu poprawy wyników biznesowych związanych z kosztami, jakością, szybkością dostaw i zadowoleniem klientów. Spółka zdała sobie jednak sprawę, że pozostawanie konkurencyjnym w XXI wieku wymaga czegoś więcej niż tylko nowego oprogramowania. W 2018 roku podjęto dalsze działania w celu przekształcenia się w zwinną spółkę. Transformacja ta wymaga nowych umiejętności cyfrowych i kultury skupionej na myśleniu projektowym, eksperymentowaniu i iteracji.

Thomas Nagel, dyrektor operacyjny i dyrektor ds. cyfrowych w Claudius Peters, w siedzibie spółki w Buxtehude w Niemczech.

Początek podróży ku innowacji

Współpraca z partnerami technologicznymi takimi jak Autodesk miała dla spółki Claudius Peters kluczowe znaczenie w drodze ku innowacji. Spółka CP zaczęła korzystać z nowych narzędzi, w tym BIM 360 (angielski), aby połączyć procesy z obszarów sprzedaży, inżynierii, projektowania, produkcji i montażu. Znalazła również nowe sposoby usprawnienia procesów produkcyjnych przy użyciu programu Inventor i analizy metodą elementów skończonych (MES). Do instalacji swoich maszyn spółka CP zaczęła używać fotorealistycznych skanów 3D, korzystając z rozwiązań ReCap i Navisworks, aby rejestrować dane w placówkach klienta, a następnie szybko przekazywać pliki zespołom inżynieryjnym i projektowym w Niemczech. „Oznacza to, że pracę wykonujemy szybciej, z wyższą jakością i przy niższych kosztach, co prowadzi do większego zadowolenia klienta” — mówi Nagel.

„Na tym jednak nie zakończyliśmy wprowadzania innowacji” — dodaje. Zainspirowany pokazem projektowania generatywnego w oprogramowaniu Fusion 360 Nagel zorganizował czterogodzinne warsztaty dla członków zespołu CP, aby dowiedzieli się więcej o tej nowej technologii.

Oprogramowanie do projektowania generatywnego (angielski) firmy Autodesk uwzględnia cele i ograniczenia projektowe oraz bada możliwe permutacje rozwiązania projektowego, szybko generując dziesiątki opcji do wyboru. Po eksperymentach z kilkoma standardowymi częściami zespół postanowił spróbować wykorzystać projektowanie generatywne do optymalizacji części stosowanej w chłodniku klinkieru, czyli w jednym z podstawowych produktów spółki CP dla przemysłu cementowego.

Nagel (z prawej) wraz z zespołem Claudius Peters przegląda projekt istniejącego chłodnika klinkieru.

Co to jest chłodnik klinkieru?

Od samego początku działalność spółki Claudius Peters opiera się na branży cementowej. Producenci cementu mieszają pokruszone surowce mineralne, a następnie je ogrzewają w piecu do temperatury 1450°C, tworząc niewielkie grudki zwane „klinkierem”. Gorący klinkier trafia do chłodnika, potężnej maszyny o wymiarach 50 metrów na 25 metrów. Przepływające przez chłodnik powietrze chłodzi klinkier do temperatury około 100°C. Następnie klinkier jest mielony i mieszany z innymi składnikami cementu.

Spółka CP zaczęła zaopatrywać przemysł w chłodniki klinkieru na początku lat 50. XX wieku i w ciągu następnych 60 lat wyprodukowała ich ponad 700 sztuk. Produkcja klinkieru pochłania jednak dużo energii, przez co przemysł cementowy jest jednym z największych emitentów CO2 na świecie.

Na początku XXI wieku spółka CP zaczęła opracowywać chłodnik klinkieru nowej generacji zaprojektowany w celu oszczędzania energii, który nazwano ETA Cooler w odniesieniu do greckiego symbolu „η” („eta”) oznaczającego sprawność energetyczną. „Jedną z największych zalet chłodnika ETA Cooler jest jego wyjątkowa sprawność cieplna” — mówi Nagel. „Oszczędności energii mogą pomóc zmniejszyć negatywny wpływ produkcji cementu na środowisko”. Obecnie głównym obszarem działalności CP jest wymiana istniejących chłodników klinkieru na chłodniki ETA Cooler w celu zwiększenia wydajności w cementowniach.

ETA Cooler w cementowni Holcim Untervaz w Szwajcarii to ogromna maszyna o powierzchni równiej prawie połowie boiska piłkarskiego. Dzięki uprzejmości Claudius Peters.

Projektowanie generatywne daje zaskakujące wyniki

Spółka CP postanowiła wykorzystać projektowanie generatywne do optymalizacji jednej z części stosowanej w chłodniku ETA Cooler — ciężkiej metalowej części niedawno przeprojektowanej przy użyciu tradycyjnych metod w celu usunięcia nadmiaru materiału. W każdym chłodniku znajduje się od 50 do 60 takich części skręconych ze sobą na kilku pasach przenośnika taśmowego, które przesuwają stopiony klinkier przez chłodnik ETA Cooler. „Ten odlew był już wielokrotnie optymalizowany” — mówi Maximilian Lerch, inżynier ds. projektowania w CP. „Celem było obniżenie masy i wynikającego z niej kosztu metalu. Nawet niewielka optymalizacja masy przyniosłaby duże efekty.

„Naprawdę niesamowicie było patrzeć na tych wszystkich inżynierów obserwujących na ekranie komputera, jak technologia projektowania generatywnego tworzy zoptymalizowaną, wytrzymałą część właściwie z niczego, z samych tylko ograniczeń” — kontynuuje Lerch. „Oprogramowanie wykonuje wszystkie iteracje potrzebne do uzyskania najlepszego rozwiązania”.

Po pierwszej czterogodzinnej sesji projektowania generatywnego zespół mógł się pochwalić pierwszym wynikiem. „Nazwaliśmy ją obcą częścią” — mówi Nagel. „Wynik nas zaskoczył. Jak to możliwe, że zaprojektowana część była tak różna od wcześniej zoptymalizowanej? I lżejsza od 30% do 40%?”

Pierwsze próby procesu projektowania generatywnego zaowocowały „obcą częścią” (po prawej), która radykalnie różniła się od oryginalnej części transportowej chłodnika ETA Cooler (po lewej) i części zoptymalizowanej tradycyjnym sposobem (w środku).

Projektowanie generatywne daje zaskakujące wyniki

Spółka CP postanowiła wykorzystać projektowanie generatywne do optymalizacji jednej z części stosowanej w chłodniku ETA Cooler — ciężkiej metalowej części niedawno przeprojektowanej przy użyciu tradycyjnych metod w celu usunięcia nadmiaru materiału. W każdym chłodniku znajduje się od 50 do 60 takich części skręconych ze sobą na kilku pasach przenośnika taśmowego, które przesuwają stopiony klinkier przez chłodnik ETA Cooler. „Ten odlew był już wielokrotnie optymalizowany” — mówi Maximilian Lerch, inżynier ds. projektowania w CP. „Celem było obniżenie masy i wynikającego z niej kosztu metalu. Nawet niewielka optymalizacja masy przyniosłaby duże efekty.

„Naprawdę niesamowicie było patrzeć na tych wszystkich inżynierów obserwujących na ekranie komputera, jak technologia projektowania generatywnego tworzy zoptymalizowaną, wytrzymałą część właściwie z niczego, z samych tylko ograniczeń” — kontynuuje Lerch. „Oprogramowanie wykonuje wszystkie iteracje potrzebne do uzyskania najlepszego rozwiązania”.

Po pierwszej czterogodzinnej sesji projektowania generatywnego zespół mógł się pochwalić pierwszym wynikiem. „Nazwaliśmy ją obcą częścią” — mówi Nagel. „Wynik nas zaskoczył. Jak to możliwe, że zaprojektowana część była tak różna od wcześniej zoptymalizowanej? I lżejsza od 30% do 40%?”

  • W procesie produkcji cementu gorący klinkier trafia z pieca do chłodnika ETA Cooler, który może chłodzić do 13 000 ton klinkieru dziennie.

  • Pasy przenośnika przesuwają klinkier przez chłodnik ETA Cooler, w którym powietrze chłodzi stopione surowce mineralne do około 100°C.

  • Każdy chłodnik ETA Cooler zawiera około 60 części transportowych umieszczonych na pasach przenośnika, służących do przesuwania gorącego klinkieru przez chłodnik.

  • Oryginalna część transportowa (po lewej) została przeprojektowana w 2016 roku, a następnie zamontowana i sprawdzona w 14 chłodnikach klinkieru.

  • Nowy projekt części (po prawej), oparty na projektowaniu generatywnym, jest o ponad 50% lżejszy od oryginału, dzięki czemu umożliwia znaczne oszczędności kosztów materiałów i energii.

  • Renderingi pokazują ewolucję części chłodnika klinkieru od oryginalnego, ciężkiego wzoru geometrycznego (górny rząd, najbardziej po lewej) przez iteracje zaprojektowane z wykorzystaniem projektowania generatywnego i inżynierii wstecznej.

Obrazy dzięki uprzejmości Claudius Peters

Dostosowanie części zaprojektowanej z wykorzystaniem projektowania generatywnego do tradycyjnej produkcji

Sceptyczni inżynierowie spółki Claudius Peters przeprowadzili obliczenia i analizę MES „obcej części” i ku swojemu zdziwieniu odkryli, że jest bardziej wydajna niż część zoptymalizowana przez nich tradycyjnym sposobem. Zespół rozpoczął analizę projektu, aby dowiedzieć się, jak go zastosować w produkcji. „W projektowaniu generatywnym do wykonania produktu zwykle wykorzystuje się druk 3D lub inne metody wytwarzania przyrostowego” — mówi Nagel. „Nasza branża nie będzie korzystać z części drukowanych w 3D, bo to zbyt drogie”. Jednak po skorzystaniu z pomysłów zaczerpniętych zarówno z technologii projektowania generatywnego, jak i tradycyjnej optymalizacji „tylko tydzień zajęło nam poddanie części inżynierii wstecznej, tak abyśmy ją mogli wykonać przy użyciu tradycyjnych metod produkcji”.

Przy użyciu programu Inventor i analizy MES zespół przetestował różne rozwiązania produkcyjne w odlewni Claudius Peters. „Postanowiliśmy przejść z wykonywania odlewów części na wycinanie laserowe i spawanie” — mówi Nagel. „Wykonaliśmy część lżejszą o kolejne 25%, szybszą w produkcji i tańszą”. Zespół dalej bada opcje projektowe dla części transportowej, znajdując dodatkowe możliwości ulepszeń i jeszcze większe oszczędności. „Wkrótce powinniśmy rozpocząć produkcję” — kontynuuje Nagel. „Spodziewam się, że w ciągu roku ta część zostanie zastosowana gdzieś na świecie”.

Spawacz wytwarza prototyp nowej części transportowej, zaprojektowanej przy użyciu inżynierii wstecznej na podstawie pomysłów z projektowania generatywnego, tradycyjnego projektowania i informacji z odlewni.

Czerpanie korzyści z projektowania generatywnego

Dzięki części zaprojektowanej przy użyciu projektowania generatywnego spółka CP może sporo zaoszczędzić na każdym instalowanym chłodniku klinkieru. Przy masie części transportowej zmniejszonej o około 20 kilogramów spółka przewiduje oszczędność około 100 euro na część, pomnożoną przez 60 lub więcej części na każdy chłodnik. Ponadto mniejsza masa oznacza niższe koszty wysyłki. „Od pierwszego opracowanego prototypu uważaliśmy, że projektowanie generatywne pomoże nam osiągnąć korzystniejsze koszty produktów i zwiększyć naszą konkurencyjność” — mówi Nagel.

Projektowanie generatywne zapewnia również lepszą ochronę środowiska. „Możemy przejść z cięższych części odlewanych w Indiach lub Turcji na lżejsze części spawane, które możemy nawet wykonywać w naszym zakładzie” — mówi Nagel. „Oszczędzamy materiały, energię, czas transportu, a także zapobiegamy innym, negatywnym dla środowiska skutkom”.

Claudius Peters jest teraz w momencie, w którym użycie projektowania generatywnego staje się standardowym procesem optymalizacji istniejących części lub projektowania nowych. „Znajdziemy więcej części, w których możemy w przyszłości zastosować optymalizacje i redukcje materiałów” — mówi Nagel. „Sprawdzając część za częścią, spróbujemy zobaczyć, czy zastosowanie projektowania generatywnego przyniesie takie same korzyści”.

Maximilian Lerch, inżynier ds. projektowania, poddaje inżynierii wstecznej zaprojektowaną przy użyciu projektowania generatywnego część, którą można wykonać przy użyciu tradycyjnych metod produkcji.

Powiązane produkty

W tej chwili nie można wyświetlić wyników wyszukiwania. Spróbuj ponownie później.