So identifizieren Sie Schwachstellen im Modell – warum die Simulation immer nur so genau ist wie ihre Eingangsdaten© Simon Kadula/shutterstock.com

So identifizieren Sie Schwachstellen im Modell – warum die Simulation immer nur so genau ist wie ihre Eingangsdaten

Das Sprichwort „Aus Schei** Gold machen“ kennt jeder. Und manch einer nimmt es sogar wortwörtlich. So gibt es am Bodensee eine Verbrennungsanlage, die aus gebrauchten Windeln Energie gewinnt. Hier macht also jemand Ernst und setzt eine lustig klingende Idee in die Realität um. Aber zugegeben, das ist eine Ausnahme. Denn bei schlechtem Input kann man in den wenigsten Fällen exzellenten Output erwarten.

Ganz ähnlich ist es bei der Spritzgusssimulation. Denn eine Simulation kann nur dann konkrete und korrekte Ergebnisse liefern, wenn die Daten, mit denen die Software gefüttert wurde, ebenfalls konkret und korrekt sind. Warum das so ist und wie Sie Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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Effiziente und kostengünstige Prozesse sind für jedes Unternehmen äußerst wichtig – das gilt auch für die Spritzgießbranche. Hier bekommen Sie einige essenzielle Tipps, wie auch Sie Ihre Prozesskosten reduzieren können.

So schief können Simulationen laufen

Stellen Sie sich einmal folgendes Szenario vor: Produziert werden soll ein Rasierapparat. Damit der Herstellungsprozess so effizient wie möglich abläuft, wird dieser zuvor mittels Software am Computer simuliert. Alle Parameter scheinen zu stimmen, der reale Prozess wird dementsprechend eingestellt – und dann das! Am Ende kommt trotz vorherigem virtuellen Test ein Rasierer heraus, der weder den Ansprüchen genügt noch dem, was die Simulation hervorgebracht hat. Nun stellt sich die Frage: Wie konnte das passieren und wie lassen sich solche Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden?

Als Erstes geht es nun darum, zu klären, ob alle Eingangsdaten stimmen und ob ausreichend Informationen für die Simulation vorlagen. Werden nämlich die Schwindung und der Verzug bei einer Artikelsimulation mit einem ersten (wahrscheinlich falschen) Material berechnet, so können Realität und Simulation schnell stark voneinander abweichen. Das wiederum führt zu Produkten, die nicht zufriedenstellend sind. Die Folge: Der Hersteller ist unzufrieden und die Simulation wird häufig voreilig als unzuverlässig und unnütz angesehen. Doch diese Schlussfolgerung ist leider falsch, denn die Simulation liefert akkurate Ergebnisse – sofern sie die richtigen Daten bekommt. Mit den richtigen Vorbereitungen können Sie diese Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden.

Falsche Daten, falsches Ergebnis – das sind die Ursachen

Wer Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden möchte, muss eines wissen: Mit einer Simulation kann nicht die Realität berechnet werden, sondern nur ein Modell, das diese mehr oder weniger detailliert beschreibt. Damit ist die Hauptaufgabe eines Simulanten die Erstellung dieses abstrakten Modells. Modellgenauigkeit und Fragestellung müssen dabei zueinander passen.

Gerade in einer frühen Projektphase hat man auf der einen Seite nur wenige Informationen und somit bloß die Möglichkeit eines groben Modells, auf der anderen Seite aber auch viele Freiheitsgrade, mit denen sich das Projekt beeinflussen lässt. Tendenzen können hier schnell und eindeutig berechnet und ihre Ursachen aufgezeigt werden. Sollen aus Tendenzen jedoch quantitative Aussagen werden, muss das Modell verfeinert werden. Um eine Simulation zielgerichtet einsetzen zu können, ist es wichtig, die zwei häufigsten Fehler beim Simulieren zu kennen: Anwender- und Kommunikationsfehler. Typische Anwenderfehler passieren bei der Prozessdefinition. So wird der Nachdruck beispielsweise in der Simulation bis zum Ende gehalten, während dieser in der Realität jedoch über einen Nadelverschluss frühzeitig beendet wird. Kommunikationsfehler finden gerne zwischen den Abteilungen statt. Hier kann es zum Beispiel passieren, dass die Simulanten bestimmte Änderungen im Design nicht zeitnah, sondern viel zu spät erfahren. Dieser gestörte Informationsfluss führt damit zu einer fehlerhaften Dateneingabe. Ein anderes Beispiel zeigt die Materialauswahl. Diese findet teilweise (autark) durch den Einkauf statt, sodass auch hier Änderungen erfolgen können, ohne dass sie weitergegeben werden. Wer um diese beiden Fehlerquellen weiß, kann zwei entscheidende Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden. Doch es gibt weitere Problemstellen.

Simulation und Kommunikation – Fehler erkennen und vermeiden

Häufig kommt es vor, dass der Bauteildesigner nicht über die Temperierkonzepte informiert wird und diese somit nicht in der Simulation berücksichtigen kann. Ebenso ist die Weitergabe von Prozessparametern aus der Produktion nicht immer gewährleistet und der Werkzeugbauer fragt leider nur selten den Simulanten nach Hinweisen für die Temperierungsauslegung. Hier zeigt sich, dass Kommunikation ein entscheidender Faktor ist, wenn Sie Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden wollen.

Was ist also der beste Weg, um den Input an Daten so zu gestalten, dass auch der Output stimmt? Die Lösung sind klare Kommunikations- und prozessbegleitende Simulationsstrategien. Um nämlich genauere Ergebnisse zu erzielen, müssen detailliertere Eingangsdaten eingeholt werden. So sollte eine Simulation prozessbegleitend mit stetig erweiterten Modellen stattfinden. Dabei steht an erster Stelle die Designanalyse, dann folgt die Temperierkonzeptanalyse und als Letztes die Prozessanalyse. Wer diesen Ablauf streng beachtet, kann folgenreiche Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden.

Typische Fehlerquellen beim Simulationsaufbau

Ein weiterer wichtiger Punkt, wenn es um das Thema „Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden“ geht, ist die Übereinstimmung zwischen der Zielvorstellung des Modells und dem Detaillierungsgrad der Simulation – inklusive aller Eingangsdaten wie CAD, Prozess und Materialdaten. Nur wenn beide exakt miteinander korrespondieren, ist die Basis da, um Simulationsfehler zu vermeiden. 

Indem man die Grenzen des eigenen Modells genau kennt, ist es einem möglich, das Modell sinnvoll zu erweitern. Und dabei stellt man schnell fest, dass die Simulation auf noch mehr Fragen die Antwort geben kann als ursprünglich gedacht! Es müssen nur die richtigen Eingangsdaten, sowohl hinsichtlich Bauteil und Prozess als auch in Bezug auf Materialdaten zur Verfügung stehen.

Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden – diese Tipps sollten Sie unbedingt kennen

Fest steht, die meisten Fehler beim Simulieren erkennt man zu spät – nämlich in der Produktion beim Vergleich mit dem realen Bauteil. Das ist nicht nur ärgerlich, sondern kostet auch wertvolle Zeit zum Korrigieren sowie eine Menge Geld. Das muss nicht sein! Empfehlenswert ist deswegen eine systematische Vorgehensweise, wenn man Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden will:

1. Definieren Sie die Fragestellung: Wie soll das Bauteil am Ende aussehen? Welche Faktoren müssen bei der Simulation geprüft werden? Welche Prozessparameter sollen dafür simuliert werden

2. Halten Sie alle zur Verfügung stehenden Informationen fest: Liegen Prozessdaten vor? Ist das finale Material bekannt? Werden Werkzeug und Temperierung bereits mitberücksichtigt?

3. Halten Sie die getroffenen Annahmen fest: z.B. abgeschätzte Füllzeiten zu Beginn der Artikelsimulation.

Ein weiterer Tipp, wenn Sie Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden möchten, ist, die Simulation projektbegleitend einzusetzen und Design sowie Werkzeugentwicklung über die Simulation zu verbinden und parallel laufen zu lassen. So ist eine enge Kommunikation zwischen den einzelnen Abteilungen garantiert – und das über den ganzen Projektverlauf hinweg. 

Zudem ist es wichtig, alle Mitarbeiter immer regelmäßig zu schulen. Damit stellen Sie sicher, dass alle wissenstechnisch auf dem gleichen Stand sind. Auf diese Weise lassen sich einige Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden. Ebenfalls empfehlenswert ist es, Daten immer nach dem 4-Augen-Prinzip zu prüfen und somit eine falsche Weitergabe von Informationen zu verhindern.

Regelmäßige Qualitätskontrollen helfen, Fehler zu vermeiden

Weiterhin sollte darauf geachtet werden, in jeder Firma die Regelung zu befolgen, dass nicht nur die Simulationsergebnisse an alle Abteilungen (also Design, Werkzeugkonstruktion und Produktion) weitergegeben werden, sondern dass die Kommunikation auch in die andere Richtung funktionieren muss. Denn für einen Simulanten ist es absolut essenziell, dass er Feedback zur Qualität der Ergebnisse bekommt sowie dazu, inwieweit Informationen genutzt und wie gut Handlungsempfehlungen umgesetzt werden konnten. Nur auf diese Weise können Produktion und Simulation voneinander lernen und der Prozess lässt sich nachhaltig verbessern.

Ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt die Eigenmotivation der Mitarbeiter, Fehler zu vermeiden, das heißt regelmäßig Fortbildungen besuchen, sich mehr Zeit nehmen, sich nicht hetzen lassen und Ähnliches. Dennoch – Anwender- und Kommunikationsfehler zu vermeiden ist nur einer von zwei Aspekten, wenn es darum geht, Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden zu können. Denn genauso geht es darum, eine regelmäßige Qualitätskontrolle bzw. ein Qualitätsmanagement beim Simulieren zu haben. 

Angst vor Fehlern? Müssen Sie nicht haben!

Ja, ein Fehler in der Simulation kann schnell passieren. Trotzdem ist nicht immer alles sofort falsch. Eher ist es so, dass meist die falschen Fragen zum falschen Zeitpunkt gestellt werden. Denn am Ende ist die Simulation mächtiger als von den meisten Anwendern eingeschätzt. Wer also Fehler beim Simulieren erkennen und vermeiden will, sollte das Modell auf jeden Fall konsequent über das ganze Projekt hinweg stetig erweitern und ergänzen. So passieren garantiert weniger Fehler und vor allem keiner so schnell ein zweites Mal.