Process and Simulation„Wir arbeiten als interner Dienst­leister für das ganze Unter­nehmen“

Wie gut neue Bauteile später in unseren Maschinen funktionieren, wissen die Kollegen der Gruppe Process and Simulation bereits, bevor es überhaupt einen Prototyp gibt. Den passenden Prozess auf der Maschine liefern sie gleich mit. Wir verraten, wie das geht.

Wolfang Krahl und seine Kollegen wissen schon, wie bestimmte Bauteile auf den Uhlmann-Maschinen funk­tio­nieren, bevor es diese über­haupt gibt. Eine Glas­kugel haben sie nicht. Dafür jedoch ein anderes, ziem­lich mäch­tiges Werk­zeug: die Simu­la­tion. Für den opti­malen Prozess sorgt das Team mit Tests an der Maschine eben­falls. Drei Simu­la­ti­ons­in­ge­nieure und fünf Prozes­s­in­ge­nieure arbeiten gemeinsam in der Gruppe Process and Simu­la­tion – plus Wolfang Krahl, der sie leitet.

Krahl selbst ist Simu­la­ti­ons­in­ge­nieur und bereits seit September 2000 bei Uhlmann. „Vor drei Jahren wurden die beiden Teil­be­reiche Prozess­technik und Simu­la­tion zusam­men­ge­fasst. Das ist sinn­voll, schließ­lich können wir auch prozess­tech­ni­sche Themen über Simu­la­ti­ons­mo­delle über­prüfen“, erläu­tert Krahl. „Hypo­thesen, wie ein Prozess funk­tio­niert, model­lieren wir in der Simu­la­tion und stellen dem den harten Versuch an der Maschine gegen­über. Dann sehen wir, ob das wirk­lich funk­tio­niert wie geplant.“ Während der eine Teil des Teams vor allem im Büro am PC arbeitet, steht der andere also meist an der Maschine und fährt Versuche.

Durch ihre Simu­la­tionen wissen Peter Born (links) und Wolf­gang Krahl bereits wie das opti­male Maschi­nen­teil aussieht, bevor es einen Proto­typen davon gibt.

Die Gruppe Process and Simu­la­tion fungiert als Dienst­leister für das gesamte Unter­nehmen. Entspre­chend viel­fältig sind auch die Schnitt­stellen zu anderen Abtei­lungen. Wolf­gang Krahl erläu­tert: „Wir arbeiten beispiels­weise an Entwick­lungs- oder Konstruk­ti­ons­pro­jekten mit, kommen aber auch ins Spiel, wenn es um die Ange­bots­er­stel­lung für ein Konzept geht und man vorab die Funk­tionen genauer analy­sieren will.“

Gut simu­liert, heißt: viel gespart

Front­loa­ding heißt der Fach­be­griff für dieses Vorgehen. Das Ziel: Möglichst viel Entwick­lungs­ar­beit und Funk­ti­ons­nach­weise sollen gleich zu Beginn eines Projekts erfolgen, noch bevor ein Prototyp gebaut wird. Krahl erklärt: „Mit unseren Methoden bewerten wir das Konzept schon im Vorfeld, ohne echtes Bauteil. Das spart Zeit und Kosten – und ist die Kern­auf­gabe der Simu­la­tion.“ Häufig geht es dabei um das Thema Bewe­gung. „Wir haben einen hohen Auto­ma­ti­sie­rungs­grad in unseren Maschinen. Es gibt also viele Arbeits­be­we­gungs­ab­läufe, die mitein­ander synchro­ni­siert und abge­stimmt werden müssen“, sagt Krahl. Die Inge­nieure simu­lieren Bewe­gungs­pläne, suchen opti­male Bewe­gungs­formen und desi­gnen die Abläufe so, dass sie effi­zient funk­tio­nieren. „Dabei können wir viele Elemente bereits sehr präzise berechnen. Beispiels­weise, wie hoch die dyna­mi­sche Belas­tung der Teile ist und wie wir die Antriebe auslegen können.“ Dafür braucht es ein hohes tech­ni­sches Wissen. In der Simu­la­tion arbeiten daher lauter Entwick­lungs­in­ge­nieure, die meist ein Maschi­nen­bau­stu­dium absol­viert und sich dann auf die Berech­nungs­me­thoden spezia­li­siert haben.

Mit unseren Methoden bewerten wir das Konzept schon im Vorfeld, ohne echtes Bauteil. Das spart Zeit und Kosten.

Wolf­gang Krahl, Grup­pen­leiter Process and Simu­la­tion

Reali­täts­check an der Maschine

Hand­fester geht es bei den Prozes­s­in­ge­nieuren im Team zu. Sie prüfen und opti­mieren die Abläufe an unseren Maschinen. Krahl nennt ein Beispiel: „Wir haben einen Siegel-Prozess in unseren Blis­ter­ma­schinen, bei dem zwei Folien zusam­men­ge­klebt werden. Das ist ein sehr komplexer Ablauf, der hohe Anfor­de­rungen an die Konstruk­tion stellt.“ Die Heraus­for­de­rung: Es kommen unter­schied­liche Kunst­stoff­fo­lien in verschie­denen Kombi­na­tionen zum Einsatz. Jedes Mate­rial verhält sich auf der Maschine anders. Das macht den Prozess hoch variabel und schwer zu berechnen. „Genau solche Themen­felder packen die Prozes­s­in­ge­nieure an“, sagt Krahl. „Sie fahren viele Maschi­nen­tests, über­prüfen den Prozess und das Prozess­fenster für unter­schied­liche Kombi­na­tionen.“

Mit dem Blick für Details: Jörg Knüppel (links) und Chris­toph Glaser prüfen, wie sich die Folie beim Siegeln verhält.

Peter Gelle­rich und seine Kollegen betreten mit ihren Versu­chen oft wissen­schaft­li­ches Neuland.

Neben den Tests an der Maschine ist die Wissens­ver­mitt­lung eine wich­tige Aufgabe für die Prozes­s­in­ge­nieure.

Ihr Ziel ist, das Prozess­fenster so groß wie möglich zu machen. Also den Bereich, in dem die Maschine zuver­lässig gute Produkte fertigt. Denn je größer das Fenster, desto stabiler arbeiten die Anlagen. „Unsere Prozes­s­in­ge­nieure sind da oft in Feldern unter­wegs, die man simu­lativ nur ganz schwer beschreiben kann. Denn wie sich eine Kunst­stoff­folie in der Realität wirk­lich verhält, lässt sich in der Theorie nur sehr schwer berechnen“, betont Krahl. Der Aufbau von Prozess­wissen sei eine wesent­liche Aufgabe der Prozess­technik. „Um beim Beispiel der Siegel­sta­tion zu bleiben“, sagt Krahl: „Sollte Uhlmann irgend­wann eine neue Siegel­sta­tion entwi­ckeln, dann liefert die Prozess­technik dafür bestimmte Anfor­de­rungen, die sie in ihren bishe­rigen Versu­chen ermit­telt haben. Diese sorgen dann dafür, dass eine neue, robuste Baugruppe entstehen kann.“

Unsere Prozes­s­in­ge­nieure sind oft in Feldern unter­wegs, die man simu­lativ nur ganz schwer beschreiben kann.

Wolf­gang Krahl, Grup­pen­leiter Process and Simu­la­tion

Die Mischung macht’s

Die bunte Mischung an Aufgaben macht für Wolf­gang Krahl den Reiz seiner Arbeit aus. „Es stellt sich keine Routine ein. Wissen zur Modell­bil­dung, zum Front­loa­ding oder auch Prozess­ver­ständnis aufzu­bauen, ist natür­lich immer sehr anspruchs­voll. Aber genau das finde ich positiv.“ Gerade das Simu­la­ti­ons­team müsse oft ziem­li­ches Themen-Hopping betreiben, wenn drin­gende Aufgaben kommen. Erfah­rene und jüngere Kollegen lösen die Aufgaben darum Hand in Hand. So profi­tieren alle. Trans­pa­renz, Offen­heit und Verläss­lich­keit sind Krahl für seine Abtei­lung daher beson­ders wichtig. „Und ein hohes Verant­wor­tungs­be­wusst­sein“, ergänzt er. „Unsere Ergeb­nisse hinter­fragt nachher niemand mehr. Wenn wir nicht sauber arbeiten, dann funk­tio­niert es am Ende nicht. Das muss uns immer bewusst sein.“

Hier verraten unsere Simu­la­tions- und Prozes­s­in­ge­nieure, was für Sie das beson­dere an ihrem Job ist:

Peter Born, Simu­la­ti­ons­in­ge­nieur,
seit September 2020 im Team

Sie fungieren als interne Dienst­leister für die gesamte Uhlmann-Gruppe, was sind in der Simu­la­tion genau Ihre Aufgaben?

Wir arbeiten vor allem mit Konstruk­teuren, aber auch Program­mie­rern zusammen. Im Ideal­fall sind wir in Entwick­lungs­pro­jekten dabei, wenn es darum geht, neue Maschinen oder Funk­ti­ons­bau­gruppen zu entwi­ckeln. Da unter­stützen wir die Konstruk­teure mit simu­la­tiven Tätig­keiten und Berech­nungen. Meis­tens gibt es eine konkrete Frage­stel­lung, wie zum Beispiel, halten meine Bauteile die Belas­tung aus?

Das heißt, sie stimmen sich auch während eines Projekts immer wieder mit der entspre­chenden Abtei­lung ab? 

Ja genau. Wenn wir an irgend­einer Stelle zum Beispiel einen Schwach­punkt in der Konstruk­tion sehen, haben wir durch die Simu­la­tion die Möglich­keit, Opti­mie­rungs­vor­schläge zu machen. Die spielen wir dann an die Konstruk­tion zurück und die prüft, ob das so umsetzbar ist. Dadurch können wir schnell viele Vari­anten schon am Computer testen. Würde das immer erst mit echten Teilen an der Maschine passieren, wäre der Aufwand viel größer. Gleich­zeitig ist es für uns auch wichtig zu erfahren, wie gut sich die Ergeb­nisse aus der Simu­la­tion mit den Erfah­rungen im realen Test decken. Also sowohl für den Fall, dass es eine Abwei­chung gibt, als auch für den Fall, dass es genau so funk­tio­niert wie vorher­ge­sehen. Manchmal geht das in der stres­sigen Inbe­trieb­nah­me­phase etwas unter. Das Feed­back ist aber enorm wichtig, damit wir unsere Modelle stetig verbes­sern und für zukünf­tige Simu­la­tion noch genauere Aussagen treffen können.

Welche Fähig­keiten braucht es denn, um den Job zu machen?

Wir müssen sehr genau und verant­wor­tungs­voll arbeiten. Außerdem sollte man ein gutes analy­ti­sches Verständnis haben und wissen: Wie funk­tio­niert meine Baugruppe oder meine Maschine und was will ich errei­chen? Letzt­end­lich gilt es, das dann zu abstra­hieren und die Funk­tionen der Maschine auf Formeln und physi­ka­li­sche Größen runter­zu­bre­chen. Daran sollte man auf jeden Fall Spaß haben. Die Ergeb­nisse muss man dann auch gut ins Entwick­lungs­team kommu­ni­zieren. Wichtig ist außerdem die Bereit­schaft, auch mal was Neues zu machen. Berech­nungen immer nur nach demselben Schema gibt es selten bei uns, wir stehen immer wieder vor anderen Heraus­for­de­rungen. Wir sind hier in der Entwick­lungs­ab­tei­lung ange­sie­delt und da gibt es auch immer wieder neue Funk­tionen, die wir so noch nie vorher umge­setzt haben.

Peter Gelle­rich, Prozes­s­in­ge­nieur,
seit Januar 2023 im Team

Was sind Ihre Aufgaben als Prozes­s­in­ge­nieur?

Bei uns in der Prozess­technik geht es darum, die physi­ka­li­schen und tech­ni­schen Vorgänge, die in unseren Maschinen statt­finden, zu verstehen. Wir versu­chen, die Ursa­chen für bestimmte Wirkungen heraus­zu­finden und dann tech­ni­sche Anfor­de­rungen daraus abzu­leiten. Damit verbes­sern wir unsere Maschinen, starten Neuent­wick­lungen, lösen Kunden­pro­bleme und helfen den Kollegen aus der Inbe­trieb­nahme. Wir arbeiten sehr wissen­schaft­lich. Das Siegeln von großen Flächen ist ein ziem­li­ches Nischen­thema. Da betreten wir wissen­schaft­li­ches Neuland. Wir können auf wenig zurück­greifen und müssen viel Grund­la­gen­un­ter­su­chungen betreiben.

Das heißt, Sie stehen viel an der Maschine und fahren Versuche?

Ja, kürz­lich hatte wir beispiel­weise die Anfrage eines Kunden, der ein neues Produkt fahren wollte mit einer spezi­ellen Folie, die innen eine sehr dicke Papier­schicht hat. Da war die Frage, wie wir die Tempe­ratur von außen durch diese Deck­folie durch­bringen, um beide Seiten zu verbinden. In solchen Fällen fahren wir dann entspre­chende Tests.

Fließen die Para­meter, die sie in ihren Versu­chen ermit­teln dann auch wieder in die Simu­la­tion ein?

Genau, wir sind hier eng verzahnt. Die Kollegen in der Simu­la­tion können die physi­ka­li­schen Zusam­men­hänge abbilden und schauen, ob das prin­zi­piell stimmt. Es gibt aber immer Werte, die sich so nicht genau bestimmen lassen. Diese Para­meter müssen wir expe­ri­men­tell ermit­teln und damit baut die Simu­la­tion dann ihre Modelle weiter auf. Wir über­prüfen im Rahmen der Vali­die­rung dann wiederum, ob die Ergeb­nisse so passen. Modell­bil­dung ist immer ein Wech­sel­spiel zwischen Simu­la­tion und Expe­ri­ment.

Was mögen Sie an Ihrer Arbeit beson­ders?

Ich finde es schön, dass ich die Möglich­keit habe, sehr tief in die Details einzu­steigen, wissen­schaft­lich zu arbeiten und mit den Grund­la­gen­un­ter­su­chungen den Kollegen bei ganz konkreten Problemen zu helfen. Damit können wir einen echten Mehr­wert bieten und es macht einfach Spaß, wenn man die Ergeb­nisse den Teams in den anderen Abtei­lungen erklärt und sie dann sagen: Jetzt habe ich es verstanden! Das gilt auch für die Zusam­men­ar­beit mit den Kunden. Ich mag die Mitt­ler­rolle, die wir intern und extern einnehmen.

Welche Eigen­schaften sollte man als Prozes­s­in­ge­nieur denn auf jeden Fall mitbringen?

Man sollte auf jeden Fall neugierig sein und den Dingen auf den Grund gehen wollen. Sich nicht mit schnellen Erklä­rungen zufrie­den­geben, sondern diese immer hinter­fragen. Außerdem muss man syste­ma­tisch arbeiten und auch mal länger an einer Sache dran­bleiben. Manchmal sind viele Versuche erfor­der­lich, darum braucht es das Durch­hal­te­ver­mögen. Und man darf keine Angst vor kompli­zierten Methoden haben. Die gehören dazu, aber das ist auch alles erlernbar. Was eben­falls hilft ist, wenn man auf die Leute zugehen und die Sach­ver­halte gut kommu­ni­zieren kann. Sonst wird das Wissen nicht weiter­ge­geben.

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