Keyboard ALT + g to toggle grid overlay
Nya produktutvecklingstekniker förbereder ett 100 år gammalt företag för framtida tillverkning
Claudius Peters, en 113 år gammal tillverkare av bearbetningsutrustning för bulkgods, genomgår en omvandling för att bli ett digitalt företag för 2000-talet. Generativ design förändrar allt för företaget, med ett radikalt nytt sätt att se på produktdesign och -optimering. Genom att anpassa tekniken, som ofta kopplas till 3D-skrivare, för traditionella tillverkningsmetoder tillverkar företaget mer kostnadseffektiva produkter för en industriell marknad som fokuserar på priset. Generativ design för tung tillverkning minskar material, energikostnad och ledtider så att Claudius Peters blir konkurrenskraftigare i dessa föränderliga tider.
Ett traditionellt företag välkomnar förändring
Den tyska tillverkaren Claudius Peters exemplifierar termen ”tung industri”. De tillverkar stora industriella maskiner och bearbetningsanläggningar för cement-, stål-, gips- och aluminiumindustrin. ”Vi är specialister på att hantera bulkmaterial”, säger Thomas Nagel, driftchef på Claudius Peters (CP). Utöver högkvarteret nära Hamburg i Tyskland har företaget 12 regionala kontor i Nord- och Sydamerika, Europa och Asien.
CP grundades 1906 och har tillverkat enorma, kapitalintensiva industriella produkter – transportband, silon, slipverk – i över 100 år. Men i stället för att klamra sig fast vid sin vördnadsvärda historia hjälper Nagel, i sin roll som CDO, företaget att etablera ett rykte som global ledare för digital innovation. Claudius Peters startade innovationen 2014 med målet att förbättra företagsresultat gällande kostnad, kvalitet, leveranstider och kundnöjdhet. Men de insåg att det krävs mer än en ny programvara för att förbli konkurrenskraftig på 2000-talet. 2018 startade CP ytterligare en omvandling till ett rörligt företag, som krävde nya digitala färdigheter och en kultur som fokuserar på designtänkande, experimentering och iteration.
Innovationen börjar
Samarbete med teknikpartner som Autodesk har varit avgörande för Claudius Peters innovation. CP har införlivat nya verktyg, inklusive BIM 360 (engelska), för att ansluta processer för försäljning, utveckling, design, tillverkning och montering. De fann även nya sätt att göra tillverkningsprocesser smidigare med Inventor och den finita elementmetoden (FEM). För att installera maskinerna började CP använda 3D-skanning med realistisk rendering med ReCap och Navisworks för att samla in data på kundanläggningar och sedan snabbt överlämna filerna till utvecklings- och designteamen i Tyskland. ”Detta innebär att vi gör våra jobb snabbare med högre kvalitet och till lägre kostnad, vilket leder till högre kundnöjdhet”, säger Nagel.
”Men vår innovation stannade inte där”, lägger han till. Inspirerad av en demonstration av generativ design i Fusion 360 startade Nagel en fyra timmar lång workshop för CP-teamen så att de kunde lära sig mer om den nya tekniken.
Autodesks programvara för generativ design (engelska) tar designmål och begränsningar och utforskar möjliga permutationer av en designlösning – och genererar snabbt dussintals olika alternativ. Efter att ha experimenterat med några generiska delar bestämde teamet sig för att använda generativ design för att optimera en del från en av CP:s huvudprodukter för cementindustrin – en clinkerkylare.
Vad är en clinkerkylare?
Cementindustrin har varit en stöttepelare för Claudius Peters ända sedan början. Cementtillverkare blandar krossad sten och värmer den i en kiln till 1 450 °C så att det bildas kulliknande klumpar som kallas clinker. Glödheta clinkers förs till en clinkerkylare, som är hela 50 gånger 25 meter stor. Luften kyler ned clinkern till runt 100 °C när den förs genom kylaren. Sedan mals den och blandas med andra ingredienser för att bilda cement.
CP började tillverka clinkerkylare för industrin i början av 1950-talet, och tillverkade över 700 kylare under de kommande 60 åren. Men det krävs mycket energi för att tillverka clinker, och cementindustrin är en av världens största koldioxidutsläppare.
I början av 2000-talet utvecklade CP nästa generations clinkerkylare som skulle spara energi: ETA-kylaren, efter den grekiska symbolen η (eta) som står för energieffektivitet. ”En av de främsta fördelarna med vår ETA-kylare är enastående termisk effektivitet”, säger Nagel. ”Energibesparingen kan hjälpa till att minska cementproduktionens negativa miljönpåverkan.” Nu är CP:s främsta verksamhet att ersätta clinkerkylare med ETA-kylare för att öka cementanläggningars effektivitet.
Generativ design ger överraskande resultat
CP bestämde sig för att använda generativ design för att optimera en del av ETA-kylaren – en tung metalldel som nyligen hade omdesignats för att ta bort överflödigt material vid traditionella designmetoder. Varje kylare har 50–60 sådana delar, som bultas ihop för att bilda ett transportband som för glödande clinker genom ETA-kylaren. ”Den gjutna delen har optimerats om och om igen”, säger Maximilian Lerch, designingenjör på CP. ”Målet var att minska vikten och den associerade kostnaden för metallen. Även en liten viktoptimering skulle ha en stor påverkan.
”Det var häftigt att se alla ingenjörerna samlas runt datorskärmen och se generativ design skapa en optimerad, stark del av nästan ingenting, bara begränsningarna”, fortsätter Lerch. ”Alla iterationer som behövs för att få bästa möjliga lösning görs av programvaran.”
Efter den första sessionen på fyra timmar med generativ design fick teamet sitt första resultat. ”Vi kallade den utomjordingsdelen”, säger Nagel. ”Resultatet var överraskande – hur kunde den vara så annorlunda mot vår optimerade del? Och 30–40 % lättare?”
-
Under cementproduktionen förs glödhet clinker från kilnen till ETA-kylaren, som kan hantera upp till 13 000 ton clinker per dag.
-
Transportband för clinkern genom ETA-kylaren, där luften kyler den glödande stenen till runt 100 °C.
-
Varje ETA-kylare har runt 60 transportbanddelar som placeras på transportbanor för att föra glödande clinker genom kylaren.
-
Den ursprungliga transportdelen (vänster) designades 2016 och har installerats och använts på 14 clinkerkylare.
-
Den nya delen (höger) är baserad på generativ design och är mer än 50 % lättare än originalet, vilket innebär avsevärda besparingar både för materialkostnad och energi.
-
Renderingar visar utvecklingen av clinkerkylarens del från den ursprungliga tunga geometriska designen (övre raden, till vänster) genom generativt designade och demonterade iterationer.
Bilder med tillstånd från Claudius Peters
Använda en generativt designad del för traditionell tillverkning
Claudius Peters skeptiska ingenjörer genomförde beräkningar och FEM-analys på ”utomjordingsdelen” och blev förbluffade när de insåg att den var effektivare än deras traditionellt optimerade version av delen. Teamet började analysera designen för att lista ut hur de skulle tillverka den. ”Generativ design brukar använda 3D-skrivare eller annan friformsframställning för att tillverka produkten”, säger Nagel. ”Vår industri använder inte delar som tillverkas med 3D-skrivare, det är för dyrt.” Men med idéer från generativ design och traditionell optimering ”tog det oss bara en vecka att demontera delen så att vi kan tillverka den med traditionella tillverkningsmetoder”.
Med Inventor och FEM-analys testade teamet olika tillverkningslösningar med Claudius Peters gjuteri. ”Vi bestämde oss för att gå från en gjuten del till en lösning med laserutskurna plåtar och svetsning”, säger Nagel. ”Vi har gjort delen ytterligare 25 % lättare, snabbare att tillverka och mer kostnadseffektiv.” Teamet fortsätter att studera designalternativ för transportdelen och hittar ytterligare möjligheter för förbättring och ännu fler kostnadsbesparingar. ”Den bör snart börja tillverkas”, fortsätter Nagel. ”Jag tror att delen bör vara i bruk någonstans i världen inom ett år.”
Dra nytta av fördelarna med generativ design
CP:s generativt designade del kan i slutändan spara företaget en avsevärd summa pengar på varje installerad clinkerkylare. Transportbandets vikt har minskats med cirka 20 kilo och företaget väntar sig en besparing på cirka 100 € per del – med 60 eller fler delar för varje kylare. Dessutom innebär lättare delar minskade fraktkostnader. ”Med den första prototypen som vi skapade ansåg vi att generativ design kunde hjälpa oss att minska kostnaderna för våra produkter och göra oss mer konkurrenskraftiga”, säger Nagel.
Generativ design ökar även hållbarheten. ”Vi kan gå från en tung del som gjuts i ett gjuteri i Indien eller Turkiet till en lättare del – en svetsad design som vi kan skapa här i vår verkstad”, säger Nagel. ”Vi sparar material, energi, transporttid, och andra negativa effekter på miljön.”
Claudius Peters har nu nått en punkt där generativ design börjar bli en standardprocess för att optimera befintliga delar eller designa nya. ”Vi ska lista ut fler delar som vi kan optimera och minska materialet för i framtiden”, säger Nagel. ”Del för del ska vi se om generativ design får samma positiva fördelar.”
Relaterade produkter
Vi kan för närvarande inte visa sökresultat. Försök igen senare.