Keyboard ALT + g to toggle grid overlay
Новые технологии разработки продуктов подготовили компанию, созданную 100 лет назад, к будущему производственной отрасли
Claudius Peters, компания-производитель оборудования для обработки нефасованных продуктов со 113-летней историей, сегодня переживает цифровую трансформацию, которая призвана превратить компанию в цифрового поставщика 21 века. Генеративное проектирование стало ключевым фактором для развития компании, позволив совершенно по-новому проектировать и оптимизировать продукты. Внедряя эту технологию, которая обычно ассоциируется с 3D-печатью, для работы с традиционными методами изготовления продукции, компания может предложить рынку, чувствительному к повышению цен, товары по более выгодной цене. Генеративное проектирование в тяжелом машиностроении позволяет сократить затраты на материалы и электроэнергию, а также уменьшить сроки исполнения заказов, что, в свою очередь, помогает Claudius Peters повысить конкурентоспособность во времена перемен.
Компания-консерватор стремится к изменениям
Немецкий производитель Claudius Peters — яркий представитель отрасли ?тяжелого машиностроения?. Компания производит тяжелое промышленное оборудование и перерабатывающие установки для цементной, стальной, гипсовой и алюминиевой промышленности. ?Мы специализируемся на обработке нефасованных материалов?, — рассказывает Томас Нагель (Thomas Nagel), директор по производству Claudius Peters (CP). Помимо штаб-квартиры недалеко от Гамбурга (Германия), компания имеет 12 региональных представительств в Северной и Южной Америке, Европе и Азии.
Компания Claudius Peters, основанная в 1906 году, производит капиталоемкое тяжелое промышленное оборудование (конвейеры, силосные установки, мельницы) уже больше 100 лет. Однако вместо того, чтобы пожинать плоды славной истории, Нагель, будучи директором по цифровым технологиям, помогает компании создать себе репутацию глобального лидера в цифровых инновациях. Claudius Peters начала внедрять инновации в 2014 году ради оптимизации бизнес-результатов в плане экономии затрат, повышения качества, скорости доставки и удовлетворенности клиентов. Однако компания вскоре поняла, что для сохранения конкурентоспособности в 21 веке требуется нечто большее, чем просто новое программное обеспечение. В 2018 году Claudius Peters начала очередную трансформацию, намереваясь внедрить гибкие методы работы, для которой потребовался набор новых навыков в области цифровых технологий и изменение культуры, ориентированное на проектное мышление, эксперименты и итеративный подход.
В начале внедрения инноваций
Работа с такими партнерами в области технологий, как Autodesk, стала ключевым моментом на пути к внедрению инноваций в Claudius Peters. Компания Claudius Peters внедрила ряд новых инструментов, включая BIM 360 (английский), чтобы обеспечить взаимосвязанность процессов продаж, инженерной разработки и проектирования, производства и сборки. Компания также выявила новые способы оптимизации производственных процессов с использованием Inventor и анализа методом конечных элементов. Claudius Peters начала использовать лазерное 3D-сканирование ReCap и Navisworks при установке оборудования, что позволило получать данные с клиентских объектов, а затем быстро создавать и отправлять файлы командам инженеров и проектировщиков в Германии. ?Теперь мы делаем свою работу быстрее, качественнее и экономичнее, что ведет к более высокой удовлетворенности клиентов?, — говорит Нагель.
?Однако наши инновации на этом не заканчиваются?, — добавляет он. Вдохновившись возможностями генеративного проектирования в Fusion 360 (английский), Нагель организовал и провел четырехчасовой семинар для команды специалистов Claudius Peters, чтобы познакомить их с этой новой технологией.
Программное обеспечение Autodesk для генеративного проектирования (английский) анализирует цели и задачи проектирования, а также имеющиеся ограничения и оценивает возможные изменения в проектном решении для оперативного создания десятков вариантов проекта. После экспериментов с несколькими стандартными компонентами команда решила опробовать инструменты генеративного проектирования для оптимизации компонента одного из ключевых продуктов CP для цементной промышленности — клинкерного холодильника.
Что такое клинкерный холодильник?
Цементная промышленность была основным потребителем продукции компании Claudius Peters с первого дня ее существования. Производители цемента смешивают дробленую породу и нагревают ее в печи для обжига до температуры 1450 °C (2640 °F), в результате чего она спекается в комки размером с речную гальку, которые называют ?клинкером?. Раскаленный клинкер затем помещается для охлаждения в клинкерный холодильник, который представляет собой массивный агрегат размером 50 х 25 метров (164 х 82 фута). По мере прохождения через холодильник клинкер охлаждается воздушным потоком примерно до 100 °C (212 °F). После этого он перемалывается и смешивается с другими ингредиентами для образования цементной смеси.
Claudius Peters начала поставлять клинкерные холодильники для цементной промышленности в начале 50-х годов 20 века и за последующие шестьдесят лет произвела более 700 таких холодильников. Однако производство клинкеров отличается высоким энергопотреблением, что делает цементную промышленность одним из крупнейших источников выбросов CO2.
В начале 2000-х годов Claudius Peters начала разрабатывать энергосберегающий клинкерный холодильник нового поколения: холодильник ETA, название которого навеяно греческой буквой ?η? (?эта?) и означает ?энергоэффективность?. ?Одним из самых весомых преимуществ холодильника ETA стала его невероятная теплоэффективность, — говорит Нагель. — Такая экономия энергии помогает сократить негативные последствия работы цементной промышленности для окружающей среды?. Сегодня в основном направлении бизнеса Clauduis Peters существующие клинкерные холодильники заменяются холодильниками ETA, чтобы повысить эффективность цементных заводов.
Генеративное проектирование дает удивительные результаты
Компания CP решила применить инструменты генеративного проектирования для оптимизации компонента холодильника ETA — тяжелого металлического агрегата, проект которого был полностью изменен, чтобы сократить объем используемого материала с помощью традиционных методов проектирования. Каждый холодильник содержит 50–60 таких компонентов, скрепленных вместе с помощью болтов на нескольких конвейерных лентах, которые перемещают расплавленный клинкер через холодильник ETA. ?Эта литая деталь постоянно оптимизировалась, — говорит Максимилиан Лерх (Maximilian Lerch), инженер-проектировщик CP. — Наша цель заключалась в снижении веса и, соответственно, стоимости металла. Даже незначительное снижение веса даст заметный результат?.
?Было очень здорово наблюдать, как все инженеры собирались у экрана компьютера и смотрели, как инструменты генеративного проектирования создают оптимизированные надежные компоненты практически из ничего, на основе сплошных ограничений, — продолжает Лерх. — Все итерации, необходимые для того, чтобы найти оптимальное решение, выполняются программным обеспечением?.
После первой же четырехчасовой сессии, посвященной генеративному проектированию, команда уже смогла достичь первых результатов: ?Мы назвали это "чужеродным компонентом", — говорит Нагель. — Результат нас удивил: как могло получиться что-то, настолько отличное от оптимизированного нами компонента? Да еще и на 30–40 % легче??
-
В процессе производства цемента раскаленный клинкер передается из печи для обжига в холодильник ETA, который способен обрабатывать до 13 000 метрических тонн клинкера в день.
-
Конвейерные ленты переносят клинкер через систему холодильника ETA, где воздух охлаждает расплавленную породу примерно до 100 °C (212 °F).
-
Каждый холодильник ETA содержит около 60 компонентов транспортной системы, из которых состоит конвейерная лента, перемещающая горячий клинкер через систему охлаждения.
-
Проект исходного компонента транспортной системы (слева) изменен в 2016 году, установлен и проверен в 14 клинкерных холодильниках.
-
Новый компонент (справа), созданный на основе технологий генеративного проектирования, более чем на 50 % легче, чем оригинальный проект, что обеспечивает значительную экономию на материалах и электроэнергии.
-
Визуализация эволюции компонентов клинкерного холодильника от исходного тяжеловесного геометрического проекта (правый ряд, крайний слева) до итераций генеративного проектирования и реверсивного инжиниринга.
Изображения предоставлены Claudius Peters
Адаптация компонента, созданного методами генеративного проектирования, для традиционного производственного процесса
Скептически настроенные инженеры Claudius Peters произвели расчеты и анализ методом конечных элементов (МКЭ) для этого ?чужеродного компонента? и с удивлением узнали, что этот компонент отличается гораздо большей эффективностью, чем оптимизированный традиционными методами компонент. Команда приступила к анализу проекта, чтобы понять, как должно осуществляться его производство. ?При генеративном проектировании для изготовления продукта обычно используется 3D-печать или другие методы аддитивного производства, — объясняет Нагель. — В нашей отрасли не будут использоваться напечатанные на 3D-принтере компоненты — это слишком дорого?. Однако при использовании концепций генеративного проектирования и традиционной оптимизации потребовалась всего неделя на реверсивный инжиниринг компонента, необходимый для его изготовления с помощью традиционных методов производства.
Анализ МКЭ и инструменты Inventor позволили команде протестировать различные решения для производства в литейном цеху Claudius Peters. ?Мы решили перейти от литых деталей к решениям, включающим пластины, вырезанные лазером, и сварные детали, — говорит Нагель. — Мы снизили вес детали на 25 %, начали изготавливать ее быстрее и экономичнее?. Команда продолжает изучать доступные инструменты проектирования компонента транспортной системы и находить дополнительные возможности для усовершенствования и экономии средств. ?Этот компонент очень скоро будет использоваться в производстве, — говорит Нагель. — Я думаю, что уже в этом году?.
Использование преимуществ генеративного проектирования
Генеративное проектирование компонентов в CP в конечном счете позволяет компании сэкономить значительную сумму при изготовлении каждого устанавливаемого клинкерного холодильника. Вес компонента транспортной системы сократился примерно на 20 кг (44 фунта), и компания рассчитывает в результате сэкономить примерно 100 евро (113 долларов США) на каждом компоненте (а всего для каждого холодильника предусматривается не менее 60 таких компонентов). Кроме того, снижение веса также позволяет сэкономить на транспортных расходах. ?Начиная с самого первого созданного нами прототипа, мы уже верили, что генеративное проектирование поможет нам оптимизировать затраты на производство продукции и повысить конкурентоспособность компании?, — говорит Нагель.
Генеративное проектирование также обеспечивает повышенную экологическую рациональность. ?Мы можем легко перейти от литья более тяжелых деталей в литейном цеху в Индии или Турции к изготовлению более легких — сварных деталей, которые мы можем изготавливать даже в нашем здешнем цеху, — говорит Нагель. — Нам удалось сэкономить на стоимости материалов и электроэнергии, уменьшить срок транспортировки и сократить другие отрицательные последствия для окружающей среды?.
Компания Claudius Peters сегодня вплотную подошла к той точке, когда генеративное проектирование становится стандартным процессом оптимизации существующих или проектирования новых компонентов. ?В будущем мы планируем применить оптимизацию и экономию материалов для большего числа компонентов, — говорит Нагель. — Мы попробуем проверить поочередно все компоненты, чтобы понять, даст ли генеративное проектирование такой же положительный эффект?.
Связанные продукты
В настоящее время не удается отобразить результаты поиска. Повторите попытку позже.