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Ford Motor Company
Automatisierung der Designprozesse
für Produktionshilfsmittel und Werkzeuge

Ford verwendet seit einigen Jahren additiv gefertigte Produktions- und Montagewerkzeuge. Bis zu 50% der damit verbundenen Kosten sind auf die Erstellung von Konstruktionsdaten zurückzuführen. Um diese Anwendungsfälle der additiven Fertigung skalierbar zu gestalten, automatisieren wir Fords interne Designprozesse.

VORHER
Manuelle Konstruktionstätigkeiten machen 50% der totalen Stückkosten aus
2-4 Stunden Designaufwand fallen pro Produktionswerkzeug an
NACHHER
Werkzeug-Konfiguration in nur 10 Minuten: Reduktion des Konstruktionsaufwands um 95%
Automatische Konstruktion komplexer Freiformflächen, die der Oberfläche der Karosserie folgen
Intuitive Benutzung für Anwender ohne CAD Expertise und Wissen hinsichtlich AM-gerechter Designanforderungen
Cloud-basierte Anwendung lässt einheitlichen Einsatz in Produktionsstätten weltweit zu

Die “low-hanging fruits” der additive Fertigung

Die additive Fertigung (AM) für die Herstellung von Produktions- und Hilfsmitteln, beispielsweise Handwerkzeugen wie Schablonen und Lehren einzusetzen, ist keine neue Idee - weder bei Ford, noch bei anderen Automobilherstellern. Die Vorteile dieser Einsatzmöglichkeit liegen auf der Hand:

Vergleichsweise geringe Produktionskosten angesichts kleiner Stückmengen

  • konventionell: ca. 500-2.500 €
  • additiv: ca. 50-400 €

Geringeres Gewicht als ihre konventionell gefertigten Vorgänger

  • 60-70% Gewichtsreduzierung

Schnellere Verfügbarkeit im ungeplanten Bedarfsfall.

  • konventionell: ca. 8-10 Wochen
  • additiv: ca. 1-10 Tage

Allein bei Ford werden heute mehr als 50 verschiedene additiv gefertigte Werkzeuge in der Serienfertigung eingesetzt. Mit dieser AM-Anwendung können Automobilhersteller bereits heute Kosten senken – im Gegensatz zu vielen anderen Innovationen im Bereich AM, die zweifellos spektakulärer sein mögen, sich aber frühestens in einigen Jahren auszahlen werden. Fälle wie diesen könnte man als „low-hanging fruits“ bezeichnen.

Der Pfad der Effizienz: Haben wir das große Ganze im Blick?

Lars Bognar und Raphael Koch, verantwortliche Ingenieure bei Ford Research & Advanced Engineering Europe wollten sich damit jedoch noch nicht zufriedengeben und betrachteten den Anwendungsfall ganzheitlich am Beispiel einer Typenlehre - einem Handwerkzeug mit dem Fahrzeugtyp- und Serienbezeichnungen auf der Fahrzeugkarosserie positioniert werden, um sie passgenau aufzukleben.

“Nicht mehr die additive Fertigung selbst stellt bei uns den dominierenden Kostenblock und Engpass für die Skalierbarkeit des Anwendungsfalles dar. Bis zu 50% der Gesamtkosten pro Werkzeug entstehen im Zuge der manuellen Konstruktion.”

LARS BOGNAR, FORD RESEARCH & ADVANCED ENGINEERING EUROPE

“Für jede neue Serie und jede Sonderedition müssen diese Werkzeuge konstruiert werden, um die entsprechenden Bezeichnungen (Badges) millimetergenau zu positionieren. Diese Konstruktion ist keine triviale Aufgabe, da sich die Werkzeuge genau an den Freiformflächen des Karosserieblechs anpassen müssen. Leicht können zwischen zwei und vier Stunden für die Erstellung eines AM-gerechten Designs anfallen. Zeit, welche die ohnehin stark ausgelasteten Konstrukteure nur schwer aufbringen können. Wenn der Bedarfsfall nicht mit hinreichender Vorlaufzeit auftritt, kann sich im schlimmsten Fall die Montage herauszögern, da die entsprechenden Werkzeuge nicht zur Verfügung stehen. Für uns war es an der Zeit, den Designprozess von Grund auf neu zu denken und so kamen wir auf das Team von trinckle.”

Durch Automatisierung den Engpass des manuellen Designs überwinden

Ein perfekter Anwendungsfall für unsere paramate Software: Im Falle von Ford nutzen wir unser Cloud System, um eine interne Software-Applikation zur effizienten Generierung von Beschriftungslehren innerhalb weniger Minuten aufzusetzen. In einer intuitiv bedienbaren Benutzeroberfläche lädt der Anwender einfach die Modelldaten der Karosserie und die zu platzierenden Badges hoch. Dann fügt er einige Standardelemente wie Griffe, Magnethalterungen zur Fixierung, Anschläge zur punktgenauen Ausrichtung und Textfelder per Mausklick hinzu. Im Hintergrund berechnen die Algorithmen des paramate Systems automatisch die Geometrie der Lehre - exakt auf die Kontur der Karosserie abgestimmt.

Modelldesigns in Minuten, nicht in Stunden

Der Designprozess dauert nicht mehr 2-4 Stunden, sondern lediglich 10 Minuten. Dabei ist dieser in der Handhabung so einfach, dass weder die Qualifikation eines CAD-Konstrukteurs noch Expertise im AM-gerechten Design erforderlich sind, um schnell zu einem funktionsfähigen Werkzeug zu kommen. So sind auch Mitarbeiter an der Montagelinie in der Lage, Werkzeuge zu konstruieren. Während Feedbackschleifen zwischen Werkzeuganwender und Konstrukteur zuvor mit einer hohen Komplexität verbunden waren, sind Anwender nun befähigt, selbstständig Optimierungsiterationen der Werkzeuge vorzunehmen.

“Mit der Software-Applikation von trinckle reduzieren wir nicht nur manuelle Designzeiten und -kosten dramatisch, sondern können den gesamten Prozess vereinfachen. Wir befähigen unsere Mitarbeiter in der Produktion zu mehr Verantwortungsübernahme und entlasten gleichzeitig unsere Konstrukteure. Diese können sich nun intensiver mit ihren Kerntätigkeiten beschäftigen.”

RAPHAEL KOCH, FORD RESEARCH & ADVANCED ENGINEERING EUROPE

Die nächsten Schritte für Ford und trinckle

Für Lars Bognar und Raphael Koch ist die automatisierte Erstellung von Typenlehren ein erster, wichtiger Schritt in die richtige Richtung. Viele weitere additiv gefertigte Werkzeuge sollen zukünftig einer ähnlichen Automatisierung unterzogen werden. Das Ford-Portfolio additiv hergestellter Produktionswerkzeuge hat noch viele weitere low-handing fruits zu bieten.

“Wir freuen uns auf die nächsten Projekte mit Trinckle. Das junge Team verbindet die Agilität eines Berliner Start-ups mit der Kompetenz eines Technologiespezialisten. Und nicht zuletzt macht es Spaß, mit ihnen zusammenzuarbeiten.”

RAPHAEL KOCH, FORD RESEARCH & ADVANCED ENGINEERING EUROPE

Photography:
© Ford Motor Company
© Steve Bergmann / trinckle 3D

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Dr. Ole Bröker

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