• Norge

    Vi har videresendt deg til en tilsvarende side på det lokale nettstedet ditt, hvor du kan se lokale priser og kampanjer og kjøpe produkter på nettet.

    Stay on our U.S. site

Keyboard ALT + g to toggle grid overlay

Claudius Peters

Produsent av tungt utstyr gjør generativ design jordnær

Fremtidens produksjonsteknikker

DEL DENNE HISTORIEN

Gjengitt med tillatelse fra Limbforge

Nye teknologier for produktutvikling forbereder 100 år gammelt selskap for fremtidens produksjon

Claudius Peters, en 113 år gammel produsent av utstyr for behandling av bulkmaterialer, gjennomgår en transformasjon for å bli et digitalt selskap for det 21. århundre. Generativ design er en gamechanger for selskapet og muliggjør en radikal ny tilnærming til produktdesign og optimalisering. Ved å ta i bruk denne teknologien – som vanligvis assosieres med 3D-utskrift – for tradisjonelle fabrikasjonsmetoder lager selskapet mer kostnadseffektive produkter i et prissensitivt industrielt marked. Ved å bruke generativ design i tungproduksjon er det mulig å redusere material- og energikostnader samt ledetiden, noe som gjør Claudius Peters mer konkurransedyktig i omskiftelige tider.

Et tradisjonstungt selskap omfavner endring

Den tyske produsenten Claudius Peters eksemplifiserer begrepet "tungindustri": Selskapet produserer storskala industrielt maskineri og prosesseringsfabrikker for sement-, stål-, gips- og aluminiumsindustriene. "Vi er spesialistene i håndtering av bulkmaterialer", sier Thomas Nagel, driftsdirektør hos Claudius Peters (CP). I tillegg til hovedkvarteret, nær Hamburg i Tyskland, har selskapet 12 regionale kontorer i Nord- og Sør-Amerika, Europa og Asia.

CP ble grunnlagt i 1906 og har produsert store, kapitalintensive industrielle produkter – transportlinjer, siloer og pulveriseringsmøller – i mer enn 100 år. Men i stedet for å holde fast ved dets aktverdige historie, hjelper dets leder for digitale tjenester selskapet med å etablere et omdømme som global leder i digital innovasjon. Claudius Peters la ut på en innovasjonsreise i 2014 for å forbedre selskapets resultater knyttet til kostnader, kvalitet, leveringshastighet og kundetilfredshet. Men selskapet innså at det å forbli konkurransedyktige i det 21. århundre krever mer enn bare ny programvare. I 2018 begynte CP en ytterligere transformasjon for å bli et smidig selskap, som ville kreve nye digitale ferdigheter og en kultur fokusert på designtenkning, eksperimentering og skrittvis tilnærming.

Thomas Nagel, selskapets driftsdirektør og digitalt ansvarlig hos Claudius Peters, ved selskapets hovedkvarter i Buxtehude nær Hamburg i Tyskland.

Innovasjonsreisen begynner

Samarbeid med teknologipartnere, slik som Autodesk, har vært en hjørnesten i Claudius Peters' innovasjonsreise. CP har tatt i bruk nye verktøy, inkludert BIM 360 (engelsk), for å koble sammen prosesser på tvers av salg, engineering, design, produksjon og tilvirkning. Selskapet fant også nye måter å strømlinjeforme produksjonsprosesser på ved hjelp av Inventor og analyser basert på elementmetoden (finite element method – FEM). For å installere maskinene sine begynte CP å bruke 3D-skanning og virkelighetsregistrering med ReCap og Navisworks for å fange data på kundeanlegg og så raskt sende filene til engineering- og designteam i Tyskland. "Dette betyr at vi gjør jobben vår raskere med høyere kvalitet til lavere kostnader og oppnår høyere kundetilfredshet", sier Nagel.

"Men innovasjonen vår slutter ikke der", legger han til. Inspirert av en demonstrasjon av generativ design i Fusion 360 har Nagel laget en firetimers workshop for CP-teamet for å lære om denne fremvoksende teknologien.

Autodesks generativ design (engelsk) -programvare tar utgangspunkt i designmål og -begrensninger og oppretter mulige permutasjoner av en designløsning. Den genererer raskt dusinvis av alternativer å velge mellom. Etter å ha eksperimentert med noen generiske deler, besluttet teamet å forsøke å bruke generativ design for å optimalisere en del fra et av CPs kjerneprodukter for sementindustrien – en klinkerkjøler.

Nagel (til høyre) gjennomgår designet til den nåværende klinkerkjølerdelen med Claudius Peters-teamet.

Hva er en klinkerkjøler?

Sementindustrien har vært en grunnpilar for Claudius Peters fra selskapets tidligste dager. Sementprodusenter blander knust stein og varmer dem i en tørkeovn til 1450 °C, som smelter den til klumper på klinkekulestørrelse som kalles "klinker". Den rødglødende klinkeren tømmes over i en klinkerkjøler, en massiv maskin på 50 ganger 25 meter. Luft kjøler ned klinkeren til rundt 100 °C etterhvert som den beveger seg gjennom kjøleren. Deretter blir den malt og blandet sammen med andre ingredienser til sement.

CP begynte å levere klinkerkjølere til industrien tidlig på 1950-tallet. I løpet av de neste 60 årene produserte de over 700 kjølere. Men klinkerproduksjon forbruker svært mye energi, og dette gjør sementindustrien til en av industriene i verden som slipper ut mest CO2.

Tidlig på 2000-tallet begynte CP å utvikle en neste generasjons klinkerkjøler som ble designet for å spare energi: ETA-kjøleren, med navn fra det greske symbolet “η” (“eta”), som brukes til å betegne energieffektivitet. "En av de største fordelene ved ETA-kjøleren vår er dens enestående termiske effektivitet", sier Nagel. "Disse energibesparelsene kan hjelpe til med å redusere de negative miljøvirkningene av sementproduksjon." I dag er CPs hovedforretning å erstatte eksisterende klinkerkjølere med ETA-kjølere for at øke effektiviteten på sementfabrikker.

ETA-kjøleren på Holcim Untervaz Cement Plant i Sveits er en kjempestor maskin som er omtrent halvparten av en fotballbane i størrelse. Gjengitt med tillatelse fra Claudius Peters.

Generativ design gir overraskende løsninger

CP besluttet å bruke generativ design for å optimalisere en del for ETA-kjøleren – en tung metalldel som nylig hadde blitt redesignet for å fjerne ekstra materiale ved hjelp av tradisjonelle designmetoder. Hver kjøler har 50 til 60 av disse delene, som er boltet sammen på en serie med transportlinjer som flytter den glødende klinkeren gjennom ETA-kjøleren. "Denne støpte delen har blitt optimalisert flere ganger", sier Maximilian Lerch, designingeniør hos CP. "Målet var å redusere vekten og dermed kostnaden for metallet. Bare en liten vektoptimalisering ville ha store virkninger.

"Det var artig å se alle ingeniørene samlet rundt dataskjermen mens de så på hvordan generativ design skapte en optimalisert, sterk del ut av nesten ingenting, bare designbegrensningene, fortsetter Lerch. "Alle iterasjonene som trengs for å komme frem til den beste løsningen, gjøres av programvaren."

Etter den første firetimers økten med generativ design var teamets første resultat klart: "Vi kalte det 'den utenomjordiske delen'", sier Nagel. "Resultatet overrasket oss – hvordan kunne det være så forskjellig fra vår optimaliserte del? Og være 30 % til 40 % lettere?"

De første resultatene av den generative designprosessen resulterte i "den utenomjordiske delen" (til høyre). Den var radikalt forskjellig fra den opprinnelige ETA-kjølerens transportdel (til venstre) og fra den tradisjonelt optimaliserte delen (i midten).

Generativ design gir overraskende løsninger

CP besluttet å bruke generativ design for å optimalisere en del for EPA-kjøleren – en tung metalldel som nylig hadde blitt redesignet for å fjerne ekstra materiale ved hjelp av tradisjonelle designmetoder. Hver kjøler har 50 til 60 av disse delene, som er boltet sammen på en serie med transportlinjer som flytter den glødende klinkeren gjennom ETA-kjøleren. "Denne støpte delen har blitt optimalisert flere ganger", sier Maximilian Lerch, designingeniør hos CP. "Målet var å redusere vekten og dermed kostnaden for metallet. Bare en liten vektoptimalisering ville ha store virkninger.

"Det var virkelig interessant å se på alle ingeniørene samlet rundt datamaskinskjermen mens de så på hvordan generativ design skapte en optimalisert, sterk del ut av nesten ingenting, bare bindingene", fortsetter Lerch. "Alle iterasjonene som trengs for å komme frem til den beste løsningen gjøres av programvaren."

Etter den første firetimers økten med generativ design var teamets første resultat klart: "Vi kalte det 'romdelen'", sier Nagel. "Resultatet overrasket oss – hvordan kunne det være så forskjellig fra vår optimaliserte del? Og være 30 % til 40 % lettere?"

  • I produksjonsprosessen for sement blir rødglødende klinker overført fra forbrenningsovnen til ETA-kjøleren, som kan håndtere opptil 13 000 metriske tonn klinker per dag.

  • Transportlinjer flytter klinkeren gjennom ETA-kjøleren, der luft kjøler den glødende steinen ned til rundt 100 °C (212 °F).

  • Hver ETA-kjøler har omtrent 60 transportdeler som er plassert på transportlinjer for å flytter varm klinker gjennom kjøleren.

  • Den opprinnelige transportdelen (til venstre) ble redesignet i 2016 og har blitt installert og utprøvd i 14 klinkerkjølere.

  • Designet for den nye delen (til høyre), basert på generativ design, er mer enn 50 % lettere enn originalen og gir signifikante material- og energibesparelser.

  • Gjengivelser viser klinkerkjølerdelens utvikling fra det originale, tungt geometriske designet (øverste rad, ytterst til venstre) gjennom iterasjoner av generativ design og omvendt utvikling.

Bilder gjengitt med tillatelse fra Claudius Peters.

Tilpasning av delen for tradisjonell produksjon

Claudius Peters’ skeptiske ingeniører kjørte beregninger og FEM-analyse på "den utenomjordiske delen" og ble forbauset over å finne ut at den var mer effektiv enn deres egen optimaliserte versjon av delen. Teamet begynte å analysere designet for å finne ut hvordan de kunne produsere delen. "Generativ design bruker normalt 3D-utskrift eller andre additive produksjonsmetoder for å lage produktet", sier Nagel. "I bransjen vår bruker vi ikke 3D-utskrevne deler, det er for dyrt." Men ved bruk av ideer fra generativ design og tradisjonell optimalisering, "tok det oss bare èn uke å finne en omvendt utviklingsløsning slik at vi kan produsere den ved hjelp av tradisjonelle produksjonsmetoder."

Teamet testet forskjellige produksjonsløsninger ved hjelp av Inventor og FEM-analyse med Claudius Peters’ støperi. "Vi besluttet å gå fra en støpt del til en løsning med laserskårede plater og sveising", sier Nagel. "Vi har gjort delen enda 25 % lettere, raskere å lage og mer kostnadseffektiv." Teamet fortsetter å studere designalternativer for transportdelen og finner flere muligheter for forbedring og til og med ytterligere kostnadsbesparelser. "Den vil bli satt i produksjon ganske snart", fortsetter Nagel. "Jeg forventer at delen vil være i drift ett eller annet sted i verden i løpet av året."

En sveiser fabrikerer prototypen for den nye transportdelen, basert på omvendt utvikling ut fra ideer fra generativ design, tradisjonelt design og innspill fra støperiet.

Høsting av fordelene ved generativ design

CPs del laget ved generativ design kan komme til å spare selskapet en betydelig sum penger for hver klinkerkjøler det installerer. Selskapet antar at med vekten av transportdelen redusert med omtrent 20 kg, vil selskapet spare om lag EUR 100 per del – multiplisert med 60 eller flere deler i hver kjøler. I tillegg betyr lavere vekt lavere transportkostnader. "Fra den første prototypen vi utviklet, trodd vi at generativ design ville hjelpe oss å oppnå bedre kostnader for produktene våre og gjøre oss mer konkurransedyktige", sier Nagel.

Generativ design leverer også økt bærekraft. "Vi kan gå bort fra en tyngre del produsert i et støperi i India eller Tyrkia til en lettere del – et sveiset design som vi til og med kan lage i verkstedet vårt her", sier Nagel. "Vi sparer materialer, energi, transporttid og reduserer andre negative miljømessige virkninger."

Claudius Peters er nå på et punkt der generativ design blir en standardprosess for optimalisering av eksisterende deler eller design av nye. "Vi vil finne frem til flere deler vi kan anvende optimalisering og materialreduksjoner på i fremtiden", sier Nagel. "Vi skal undersøke om generativ design kan ha de samme positive virkningene, del for del."

Designingeniør Maximilian Lerch arbeider på en omvendt utviklet versjon av den generativ designede delen som kan produseres med tradisjonelle produksjonsmetoder.

Tilknyttede produkter

Vi kan ikke vise søkeresultater for øyeblikket. Kom tilbake senere.