Durchgängige 3D-Entwicklung für Großanlagen

Seit mehr als zwanzig Jahren geistert das papierlose Büro als Schlagwort durch die Welt. Heute, unzählige Entwicklungen im Bereich von Computern und Software später, wird mehr Papier verbraucht als je zuvor. Hergestellt wird es auf Papiermaschinen, wahren Monstern, die Tag und Nacht die überall benötigte Massenware produzieren. Von wenigen Anhaltungen für Revisionsarbeiten abgesehen, müssen sie das ganze Jahr ununterbrochen arbeiten, denn eine Papiermaschine anzuhalten und wieder hochzufahren dauert Tage.

Futter für die Papiermaschine

Während des Betriebs sind die Papiermaschinen und die ihnen vorgelagerten Maischebottiche stets hungrig. Unablässig müssen die Grundstoffe - ganze Baumstämme, Hackschnitzel, Zellstoffballen und Altpapier - nachgeliefert werden, um eine kontinuierliche Produktion des weißen Goldes zu gewährleisten.

Diese unablässige Zufuhr des Vormaterials erledigen in modernen Papierfabriken weitgehend automatisiert hallenfüllende Förder- und Beschickungsanlagen, die das angelieferte Material annehmen, nicht verarbeitbare Bestandteile entfernen, in verdauliche Form bringen und in einem bedarfsgesteuerten, weitgehend kontinuierlichen Strom der Weiterverarbeitung zuführen.

Solche Anlagen sind eines von zwei Standbeinen der FMW Industrieanlagenbau GmbH Austria in Kirchstetten (Niederösterreich), die sich auch in ihrem anderen Geschäftsbereich, Mahl-, Brech- und Mischanlagen für die Mineraltechnik, nicht mit Anlagen in leicht überschaubaren Dimensionen abgibt.

Beeindruckendes Beispiel für die Ingenieurskunst der niederösterreichischen Anlagenbauer sind die Entdrahtungsanlagen der Typen AD 1500 und EXTRACTOR, Herzstücke der Altpapierbeschickungsanlagen. Bis zu 2.000 Tonnen Altpapier pro Tag werden kontinuierlich in Form gepresster und mit bis zu 3,5 mm starkem Draht umwickelter Ballen von oft über zwei Metern Länge angeliefert. Stündlich passieren bis zu 180 Altpapierballen die Maschine, welche die Drähte abschneidet und anschließend in Container, an einen Drahtwickler oder in einen Drahtshredder weiter fördert. Früher wurde diese anstrengende Arbeit von Hand ausgeführt, was natürlich nicht in-line mit der Beschickung vonstatten ging und dadurch zusätzlich zur Arbeitskraft auch viel Platz verbrauchte. Ähnliche Einrichtungen liefert FMW übrigens auch für Zellstoff, der meist ebenfalls in Ballen zugekauft und der Papiererzeugung zugeführt wird.

100 % Entwicklung im Haus

"Das klaglose Funktionieren der gesamten Anlage kann nur gewährleisten, wer das Zusammenspiel sämtlicher Teile unter Kontrolle hat", weiß Ing. Leopold Leodolter, Bereichsleiter Technik bei FMW. "Deshalb entwickeln und fertigen wir diese Anlagen als modulare Gesamtlösungen unter Verwendung standardisierter Teilanlagen." 6 % der Gesamtfixkosten investiert das Unternehmen in die Entwicklung immer attraktiverer und kostengünstigerer Lösungen für die Herstellungsprozesse seiner Kunden. Den Input aus der Industrie setzt eine eigene Standardisierungs- und Entwicklungsabteilung in die Entwicklung neuer beziehungsweise Verbesserung bestehender Produkte um.

"Für den Konstrukteur ist eine der Herausforderungen dabei die Größe, einerseits der Gesamtanlagen, andererseits der Entwicklungstiefe", sagt Produktentwickler Manfred Bosch. "Bis hinunter zum kleinsten Stellglied am Antrieb einer Förderschnecke sind alle verwendeten Komponenten völlig transparent in der Gesamtkonstruktion enthalten. Nur so kann bereits in der Anlagenentwicklung sichergestellt werden, dass kleine Änderungen an einer Stelle nicht überraschende Auswirkungen an einer anderen haben."

"Eine völlig durchgängige Entwicklung der Gesamtanlage erfordert eine durchgängige Normierung aller Bauteile und war in der klassischen 2D-Konstruktion mit einem enormen Zeitaufwand in der Anlagenplanung verbunden", erinnert sich Leodolter. Deshalb tätigte FMW in den letzten Jahren bedeutende Investitionen im IT-Bereich und in die Softwareausstattung. Zunächst hatte die Umstellung des ERP-Systems Vorrang, doch 2004 brach bei FMW das 3D-Zeitalter herein.

Die angestrebte integrierte Konstruktion ganzer Anlagen mit einigen 100.000 Baugruppen und Einzelteilen stellt auch an die Skalierfähigkeit der verwendeten Software keine geringen Anforderungen, sodass von Beginn an klar war, dass die meisten angebotenen Systeme nicht in Frage kommen würden. Dennoch ging der Systementscheidung ein sorgfältiges Auswahlverfahren voraus, das NX von Siemens PLM Software (damals noch UGS) eindeutig für sich entscheiden konnte. "NX war das einzige System, das durch seine in sich durchgängige Architektur glaubhaft machen konnte, dass es auch bei unserem Skalierungsgrad nie an systembedingte Grenzen stoßen wird", erinnert sich Leodolter.

Obwohl die Konstruktion den Umstieg auf 3D dringend erwartet hatte, folgte eine längere Phase der Produkteinführung. Das hat einerseits damit zu tun, dass der Detailreichtum der Anlagenkonstruktion auch im Sinn eines wirklich durchgängigen PLM in beide Richtungen mit anderen Softwaresystemen innerhalb des Unternehmens zusammenspielen muss.

"Andererseits muss man sich nach einem derartigen Umstieg alle relevanten Teile und Baugruppen erst wieder neu erarbeiten", nennt Manfred Bosch einen zweiten Grund, warum die 3D-Einführung nicht von heute auf morgen von statten ging. Er ist seit seiner Lehre als Technischer Zeichner im Betrieb und hat mit solchen Vorgängen bereits Erfahrung: "Auch beim Umstieg vom Zeichenbrett auf 2D-Konstruktionssoftware im Jahr 1989 mussten wir quasi bei Null beginnen und konnten nicht auf die umfangreiche Zeichnungsbibliothek zurück greifen."

Kollisionsfrei bis ins Detail

Dieser Mehraufwand durch den bewussten Verzicht auf die Altdatenübernahme macht sich allerdings schnell bezahlt, etwa durch den deutlich reduzierten Aufwand bei Änderungen und Anpassungen oder die automatisierte Ableitung von Zeichnungen und Produktionsstücklisten. "Auch die Möglichkeit, dem Kunden einen Viewer zur Verfügung zu stellen, sodass er das 3D-Modell mit den baulichen Gegebenheiten oder den Arbeitsabläufen rund um die Anlage abstimmen kann, bringt eine deutliche Beschleunigung des Gesamtprojekts und erspart unliebsame Überraschungen", berichtet Leodolter. "Genau in diesem Bereich ergeben sich ja während der Entwicklungsphase noch häufig Änderungen, die wir dann noch rechtzeitig berücksichtigen können."

"Unsere Kunden müssen immer rascher auf veränderte Marktgegebenheiten reagieren. Seit der Methodenumstellung auf 3D-Konstruktion und PLM-Software können wir ihnen bei gleichbleibendem Konstruktionsaufwand deutlich mehr Flexibilität bieten", sagt Leopold Leodolter, und Manfred Bosch setzt nach: "Bereits jetzt stellen wir uns manchmal die Frage, wie wir das früher ohne NX geschafft haben. Die Antwort ist, wir schaffen jetzt einiges, das früher nicht oder nur mit erheblich größerem Aufwand möglich war."

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