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Jul 15, 2023

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Die volldigitale Bewegung überzeugt Hersteller, die mehr Automatisierung, Konnektivität und Zuverlässigkeit ihrer Modelle und Maschinen wünschen. Umfragen des Manufacturing Leadership Council und

Die volldigitale Bewegung überzeugt Hersteller, die mehr Automatisierung, Konnektivität und Zuverlässigkeit ihrer Modelle und Maschinen wünschen. Umfragen des Manufacturing Leadership Council und anderer zeigen starke Investitionen und Ergebnisse von Manufacturing 4.0 und damit verbundenen digitalen Design- und Fertigungsinitiativen. Mit einem robusten digitalen Framework können Produktdaten schneller, detaillierter und flexibler erstellt und verwaltet werden.

So beeindruckend die Vorteile vernetzter digitaler Plattformen für traditionelle CAD/CAE/CAM-Disziplinen auch sind, die Datenanalyse der Computertomographie (CT) für die Qualitätsprüfung hat ihre Reichweite und ihren Zweck in der wachsenden digitalen Landschaft von heute erheblich erweitert. Sein neuer Einfluss auf die zentralen Werkzeuge von Design, Simulation und Fertigung ist erheblich; Durch CT-Datenanalysesoftware werden diese Tools, die normalerweise lange davor eingesetzt werden, in ihrer Funktion noch besser.

Feedback von der CT-Analyse bis hin zu Design und Produktion

Die Etablierung der modellbasierten Definition (MBD) führt das Engineering zunehmend über Zeichnungen und hybride Ansätze hinaus. Die Abkehr vom manuellen Auslesen von Daten hin zu MBD führt zu tieferen und umfassenderen Informationssträngen in der gesamten Produktentwicklung, von PMI-Dateien (Product Manufacturing Information) bis hin zu Maschinen und anderen Programmen.

Es sind nicht nur geometrische Anmerkungen und Herstellungsanweisungen, die in digitalen Threads weitergegeben werden. Unternehmen schaffen Informationsschleifen für Design, Simulation und virtuelle Tests, die die Genauigkeit und die Einhaltung von Spezifikationen verbessern und die Zeit bis zur Produktion verkürzen.

Diese neuen Entwicklungszyklen verstärken den seit vierzig Jahren bestehenden Trend zu einer immer früheren Entscheidungsfindung und einer weniger späten Validierung von Produkten und Herstellungsmethoden in der Produktion.

Notiz: Im obigen Bild dient die Simulation frühzeitig einem Arbeitsablauf zur Qualitätsmessung, indem sie das Materialverhalten vorhersagt und Designparameter testet. Ein abschließender CT-Produktionsscan dieses Kfz-Ladeanschlusses informiert die Simulation auch über neue Varianten und Fertigungsverzerrungen.

Den Maßstab für Qualitätsprüfung setzen

Es ist sinnvoll, dass ein Unternehmen, das sich mit Konnektivitäts- und Sensorlösungen für Elektrofahrzeuge, Flugzeuge, digital-intelligente Fabriken, Wind- und Solarenergie, Cobots, IoT, Hochgeschwindigkeitskonnektivität und mehr beschäftigt, in MBD und fortschrittliche Inspektionsmethoden investiert. Mit dem erklärten Ziel, einen bahnbrechenden technologischen Wandel auf der Grundlage zuverlässiger und langlebiger Elektronikprodukte herbeizuführen, legt TE Connectivity großen Wert auf technische Qualität.

Dieser „konstruierte“ Weg bringt die Vorteile der ISO-Standards für geometrische Produktspezifikationen (GPS) und der virtuellen Messtechnik gegenüber den Grenzen der Verwendung klassischer Design-Workflows zum Tragen. Alte Arbeitsabläufe verwenden Zeichnungen sowie 2D- und 3D-Digitalsysteme und sind zwar weniger komplex als MBD, können jedoch bei Modellkonvertierungen häufig Informationen verlieren und erfordern bei der Erstellung von Qualitätsmessprogrammen einen hohen manuellen Programmieraufwand.

„GPS ist die einzige Möglichkeit, echte modellbasierte Systeme und exakte mathematische Definitionen zu erstellen“, sagt Alexander Stokowski, Entwicklungsleiter bei TE Connectivity. Stokowski, zertifizierter Six Sigma Black Belt und Dozent für Messtechnik und GPS an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW), beschäftigt sich seit einem Jahrzehnt mit der digitalen Transformation. „GPS ist wichtig, um die Mittelachse des Teils abzuleiten, eine 90-Grad-Messrichtung zu erhalten und Punkte zu erkennen – und wenn Sie dabei mathematisch nicht präzise sind, können Sie ein Messsystem nicht realistisch erstellen, geschweige denn automatisieren ,,

Für Stokowski und TE Connectivity begann die Reise in Richtung MBD- und GPS-Konformität und Integration mit CT-Datenanalyse im Bereich Automobilprodukte um 2012. Damals begannen die ersten Pilotprojekte. „Ende 2013, zwei Jahre nach unserem Start“, sagt Stokowski, „haben wir mehr oder weniger die Entscheidung getroffen, alle neuen Produktentwicklungen in die CT-Messumgebung zu integrieren – mit dem Ziel einer 100-prozentigen Quote.“

Diese bahnbrechende Entscheidung, die zu Beginn der Branchenumsetzung neuer ISO-Standards getroffen wurde, löste eine enge und intensive Zusammenarbeit zwischen PTC (Creo), TE Connectivity und Volume Graphics (VG) aus, um eine Integration rund um neue ISO-konforme GPS-Funktionen zu schaffen.

Darüber hinaus war Patrick Bertram, leitender Ingenieur für Formsimulation bei TE-Connectivity, der Ansicht, dass die gleichzeitige Einbeziehung der Formsimulation in den Qualitätsprozess der Schlüssel zur Beschleunigung von Innovationszyklen sei. Bertram überzeugte dann die Lieferanten Volume Graphics und SIMCON, eine automatisierte Schnittstelle zwischen den Mess- und Simulationsoptimierungssoftwaresätzen zu schaffen.

Die vollständige Integration mehrerer Anbieter ermöglichte eine stärkere Nutzung modellbasierter Anmerkungen und PMI, was zu einer Schleife virtueller Test- und realer Messergebnisse zurück zum Design und zur FEA-Formsimulation und weiter zur Prototypenerstellung und Erstmusterprüfung führte ( FAI) und Produktion.

„Wir haben die Leute überrascht, indem wir Standards lange vor ihrem endgültigen Veröffentlichungsdatum implementiert haben“, sagt Stokowski. „Warum drei bis fünf Jahre warten, wenn die Anweisungen, etwa zur Anzeige von 3D-Anmerkungen, in den ISO-Entwürfen klar festgelegt sind?“

„SCHRITT 214 und 242 haben bei unserer Integration nicht funktioniert“, sagt er. „Wir haben das Application Programming Interface (API) im Creo Toolkit und ISO-GPS verwendet, um unsere direkte Schnittstelle zur VGMETROLOGLY- und VGSTUDIOMAX-Software einzurichten. Es gibt angepasste, zusätzliche Sonderfunktionen, die es uns ermöglichen, aus FAI abgeleitete Werte wiederzuverwenden. Und das ist alles: Funktionen für geometrische Dimensionen und Toleranzen (GD&T) von Creo und VGMETROLOGY sowie die Integration von VARIMOS von SIMCON. Es ist keine andere Software erforderlich, um Design und Simulation mit Qualitätsmessung zu verbinden.“

Das erste Ziel des digitalen Messprogramms von TE Connectivity bestand darin, sicherzustellen, dass die entworfenen Teile mit den hergestellten Teilen übereinstimmen. In den meisten Fällen bedeutet dies, dass mit geformten Produkten gearbeitet wird, bei denen es in der Werkzeugbestückung zu normalen Mittentoleranzproblemen und typischen Herausdrückspuren und kleinen Fehlern kommt. Formensimulation und virtuelle Messtechnik helfen dabei, sowohl funktionale als auch kosmetische Aspekte bei der Herstellung von Formen und Kunststoffteilen zu identifizieren und zu lösen. FAI führt zu einer Rückkopplungsschleife, in der 3D-Modell und Simulation, Form und gefertigtes Teil mit wenigen bis gar keinen Abweichungen abgeglichen und vereinheitlicht werden. Von dort aus werden mit der Software Volume Graphics Qualitätsvorlagen für die automatisierte Prüfung erstellt.

„Vor zehn oder fünfzehn Jahren haben Designer nicht wirklich viel Zeit damit verbracht, über die Details nachzudenken, die aus der Form kommen“, sagt Stokowski. „Und ein Großteil davon wird jetzt mit Werkzeugsoftware und der Automatisierungsschleife, die wir erstellen, erledigt. Die vollständigen Daten stehen unseren interdisziplinären Teams zur schnellen Einsicht und Nutzung zur Verfügung.“

Der Return on Investment von Qualität

Über den Wert von Qualität insgesamt wird nicht viel diskutiert. Qualität baut Marken auf, zieht Kunden an und senkt die Folgekosten für Garantieansprüche, Servicearbeit und die Überarbeitung von Prozess- und Designmethoden, um die Grundursache unerwarteter Probleme zu finden.

Andererseits stellen Finanzmanager häufig alle außer grundlegenden betrieblichen Investitionen in Frage und sind mit einem profitablen Status quo zufrieden. Ingenieure können frustriert sein, wenn sie Systeme anpassen, die neu und noch komplexer als frühere Programme sind. Die Investition in, das Erlernen und die Implementierung von Qualitätsverbesserungen kann ein Unternehmen in vielerlei Hinsicht belasten.

„Der wahre Wert der Qualität für TE Connectivity ist die Zeitersparnis“, sagt Stokowski. „Die Zeit und der Wert, den Kunden auf langlebige, zuverlässige und hochwertige Produkte legen.“

Er fährt fort: „Welchen Wert haben vier bis sechs Wochen Entwicklungszeit, die im Engineering eingespart und möglicherweise im Versand realisiert werden können? Wie verrechnet man das mit den Maschinen- und Softwarekosten? Es gibt keine genauen Antworten. Aber wir verfügen über ein Center of Excellence (CoE), das mit Kunden zusammenarbeitet, unser Personal schult und unsere Qualitätsinfrastruktur schafft, die zur Innovation beiträgt. Das ist eine Aussage über den Geschäftswert an sich.“

Zeitersparnis und frühes Motorsteuergerät

„Wir liegen im Plan einer zehntägigen Bearbeitungszeit für Design, Simulation, Scannen und Erstellen eines digitalen Messberichts“, sagt Stokowski. „Im Vorfeld passiert jetzt so viel. Wir wollen so viel wie möglich erledigt haben, bevor wir einen physischen Teil abhalten.“

Volume Graphics hat TE Connectivity mit seinen adaptiven Messvorlagen bei diesem Frontloading und Looping von Daten unterstützt. Die Vorlagen können mithilfe von KI und maschinellem Lernen Fehler klassifizieren, lokalisieren und segmentieren. Sie automatisieren außerdem einen Großteil der Scananalyse und erfassen anschließend Informationen für Messberichte. Das Ziel von TE Connectivity besteht darin, die Analysezeit von 10 auf fünf Tage zu verkürzen.

Eines von Stokowskis „klassischen Designzyklus“-Projekten fand kurz vor der vollständigen CT-Digitalanalyseinitiative 2014 statt, bei der die Software von Volume Graphics zum Einsatz kam. Dabei handelte es sich um die Formen- und Teileentwicklung einer Motorsteuereinheit. Das zum Automobilsektor gehörende Gerät verfügte über mehr als 200 elektrische Anschlussstifte und war das erste seiner Art.

Stokowski sagt: „Es dauerte fast ein Jahr und mehr als zehn Iterationsschleifen, bis das Teil den Zeichnungsanforderungen entsprach. Es war eine anstrengende, nie endende Geschichte. Und dann, nur dreieinhalb Jahre später, musste der erste Werkzeugwechsel durchgeführt werden. Sie können sich die Reaktion des Teams vorstellen! „Oh mein Gott … wir werden noch ein Jahr brauchen, nur um die Konditionierungs- und Korrekturschleifen zu absolvieren“, dachten sie mit gesenktem Kopf“, lacht er.

„Aber zu diesem Zeitpunkt hatten wir den Prozess der digitalen Messtechnik bereits implementiert und die Formkonstruktion in einer Schleife erstellt“, betont er.

Ein Ziel, die Entwicklungszeiten um 75 % zu verkürzen

Heute hofft TE Connectivity, seinen Formen- und Teileentwicklungsprozess auf 25 Prozent der in der Vergangenheit benötigten Zeit zu verkürzen. Es wird immer einige manuelle Aufgaben geben, sagt Stokowski – eine praktische Verfeinerung von GD&T oder Zeiten, in denen ein Problem besprochen oder eine digitale Diskrepanz im „Thread“ behoben wird, der Programme verbindet. Es sind auch nicht die Ressourcen vorhanden, damit jede Form ein Design of Experiments (DOE) durchlaufen kann. Aber die kritischen Formen des Unternehmens werden DOE verwenden und alle neuen Formen durchlaufen die VGMETROLOGY-Software.

Auch Zulieferer übernehmen den neuen Ansatz. Viele haben eigene virtuelle Messsysteme erworben. 20 bis 30 Prozent der externen Werkzeugbauer nutzen das gesamte integrierte digitale System. Andere scannen außer Haus Standorte und nutzen die Software intern. Alle Werkzeugbauer führen Materialkonformitätsprüfungen und grundlegende Messungen durch, bevor TE Connectivity im CoE einen vollständigen Messbericht erstellt.

Stokowski geht davon aus, dass der Qualitätsprozess von TE Connectivity irgendwann von allen Lieferanten angepasst wird, diese Vision ist jedoch noch nicht kurzfristig, da sowohl für GPS als auch für virtuelle Messtechnik Kosten- und Kulturbarrieren bestehen. In der Zwischenzeit werden sein Team und das CoE auf einen künftigen „Druckknopf“-Prozess hinarbeiten, auch wenn sie aus praktischen Gründen davon ausgehen, dass dieser für „75 Prozent unserer Arbeit“ gelten würde, sagt Stokowski.

Als Ergebnis ihres Ansatzes zur Verbesserung von Qualitätsprozessen konnten für TE Connectivity viele Fortschritte und Meilensteine ​​erzielt werden:

➤ Alle neuen Spritzgussteile werden in MBD implementiert

➤ Spritzgussteile werden zu 100 % gescannt, eine taktile Messung entfällt

➤ Teilespezifikationen werden in Creo nach ISO-GPS-Standards erstellt und bei Bedarf in ein 3D-PDF als neutrales Dokument konvertiert

➤ Die Integration zwischen Creo und der VGMETROLOGY-Software erfolgt direkt

➤ 75 % aller Produktdaten werden über PMI transportiert

➤ Aufgrund von Schnittstelleninkompatibilitäten erfolgen nur vereinzelte Nacharbeiten

Für die Endprüfung der Teile verfügt TE Connectivity in der EMEA-Region über sechs Inline-Scanner für Spritzgussteile. Die Scanner und die Software „Volume Graphics“ suchen – nach dem Messbericht – nach Schlüsselabmessungen und Zielbereichen eines Teils und nicht nach dem gesamten Bauteil. Hier spielen Kosten und Zeit eine Rolle. Aber auch das virtuelle Design, die Analyse und das Testen von Teilen im Vorfeld zu einem so frühen Zeitpunkt in der Herstellung, kombiniert mit Kontrollen während der Erstmusterprüfung, stellen sicher, dass die Konformität eingehalten und in der Fabrikhalle erneut überprüft wird. Das Unternehmen unterhält weltweit 23 Scanner, eine globale Lizenz für Creo und komplette Suiten der Software von Volume Graphics. Und es betreibt ein Kompetenzzentrum zur Integration und Verbreitung dieser digitalen Technologien.

Endspiel ist Qualität

In der Wirtschaft wird immer wieder darüber debattiert, wie viel in Technologie investiert werden sollte, und die Buchhaltungswissenschaft wird selten vollständig genutzt, um die Fakten aufzudecken. Aber Qualität ist für viele Institutionen und insbesondere für die Fertigung das Endziel. Qualität ist ein verbindender Wert, der Kunden anzieht, Kunden bindet und Entwicklungsteams auf das Wesentliche konzentriert und so weitreichende Auswirkungen auf die Organisation hat.

„Die Qualitätstools und digitalen Systeme von TE Connectivity sagen uns viel über unsere Produkte – wie wir sie verbessern können, warum sie sich so verhalten und wie wir Abweichungen erkennen und vorhersagen können“, sagt Stokowski. „Wir sparen sofort Zeit und entwickeln großartige Produkte, die andere Bereiche wie die E-Mobilität voranbringen. Virtuelle Messtechnik und Digitalisierung bieten eine endlose Schatzkiste, wenn man sie nutzen möchte.“

Weitere Informationen: www.volumegraphics.com

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