System für Qualitätssicherung unterstützt Entwicklung eines Fusionsreaktors

Große internationale Entwicklungsprojekte erfordern eine strikte Einhaltung der Konstruktionsrichtlinien und Qualitätsanforderungen, um Fehler zu vermeiden, die ansonsten erst in nachgeschalteten Prozessschritten zutage treten können.

Managementsysteme für Produktdaten-Qualität unterstützen die beteiligten Konstrukteure beim Befolgen der Standards und Qualitätsnormen und werden somit ein automatisierter Teil des Prozesses.

Der weltweit stark angestiegene Energieverbrauch wird bisher überwiegend durch fossile Brennstoff e sowie Atomenergie abgedeckt. Da Letztere nicht beherrschbare Risiken in sich birgt und fossile Energieträger endlich sind, könnte die Kernfusion - die Verschmelzung zweier Atomkerne zu einem neuen Kern - eine Option für die Deckung des weltweiten Energiebedarfes darstellen. Das internationale Projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) soll zeigen, dass es physikalisch und technisch möglich ist, durch Kernverschmelzung Energie zu gewinnen. Die gleichberechtigten ITER-Mitglieder – die Europäische Atomgemeinschaft, Japan, die russische Föderation, China, Südkorea, Indien und die USA – haben sich im Jahr 2005 entschieden, im südfranzösischen Cadarache einen Fusionsreaktor zu bauen. Dieses komplexe und ehrgeizige wissenschaftliche Projekt erfordert ein hohes Maß an
internationaler akademischer Zusammenarbeit. So wird ITER als gemeinsames Forschungsprojekt der sieben Partnerstaaten betrieben.

Heute sind 500 Mitarbeiter direkt in Cadarache beschäftigt. Darüber hinaus arbeiten 350 externe Auftragnehmer in den einzelnen Mitgliedsstaaten für das in Südfrankreich angesiedelte Projekt. Im Design Office in Cadarache sind bis zu 150 Konstrukteure tätig, die die konzeptionelle Konstruktion von Reaktor und dazugehörigem Anlagenbau entwickeln. Die sieben Partner stellen mittels „Domestic Agencies“ in den jeweiligen Ländern den Kontakt zu Industrie, Zulieferern und Ingenieurbüros her. Die Anlagenkomponenten werden in den einzelnen Mitgliedsländern auf Basis von CATIA V5 entwickelt, gefertigt und nach Cadarache geliefert. Mit einem ersten Fusionskraftwerk, dessen Baukosten auf 5,5 Milliarden Euro geschätzt sind, ist nach heutigem Forschungsstand ab 2050 zu rechnen.

Hohe Anforderungen an CAD-Modelle

Dieses völlig neuartige Vorhaben stellt an alle internen und externen Beteiligten in den verschiedenen Partnerstaaten außerordentliche Herausforderungen. Deshalb ist es entscheidend, dass alle Konstrukteure die in CATIA erzeugten CAD-Modelle in hoher Qualität liefern. Fehler und das Nicht-Einhalten von Richtlinien hätten massive Auswirkungen auf das Projekt. Hohe Korrekturkosten und kostspielige Zeitverzögerungen wären die Folge.

Um die Datenqualität sicherzustellen, lag es auf der Hand, eine Software einzuführen, die die Überwachung und Einhaltung der Produktdaten-Qualität (PDQ) erleichtert. Diese sollte von allen beteiligten Konstrukteuren genutzt werden, um die durchgängige Einhaltung der definierten Qualitätsstandards zu erreichen. Daher führte man 2008 einen Benchmark durch, bei dem verschiedene Softwarelösungen miteinander verglichen wurden. Entschieden hat sich die ITER-Organisation für die Software-Lösung Q-Checker der Karlsruher TechniaTranscat GmbH (ehemals Transcat PLM GmbH). Q-Checker ist das führende System für die Qualitätssicherung innerhalb von CATIA und der virtuellen Produktentwicklung.

Weltweite Verfügbarkeit

Neben dem Abdecken der rein funktionalen Kriterien wie der Überprüfung von Dateinamen, Attributen, Datengröße, Verknüpfungen zwischen den CATIA Modellen etc. sollten sowohl System als auch Support weltweit verfügbar sein, so dass die beteiligten Entwickler mit dem Produkt die Richtlinien ihrer Konstruktion sowie die wesentlichen Qualitätsanforderungen komfortabel einhalten können. Da die einzelnen Bauteile beim ITER-Projekt äußerst komplex sind, ist es für die Konstrukteure extrem aufwändig, jedes einzelne Teil mit allen seinen Attributen manuell zu prüfen. „Mit Q-Checker haben wir die Möglichkeit der Objektselektion und können daher viele Bauteile in einem Arbeitsschritt prüfen“, erläutert Dipl.- Ing. Wolfgang Werner, CAD Responsible Offi cer beim ITER-Projekt.

So überprüft Q-Checker alle relevanten Standards und stellt sicher, dass die nachgeschalteten Prozessschritte reibungslos erfolgen können. Dem Entwickler wird damit ein Werkzeug an die Hand gegeben, welches ihn unterstützt Modelle zu erstellen, die den Anforderungen des ITER-Gesamtprozesses genügen. Daher ist für die Konstrukteure das Befolgen der einmal festgelegten Standards und Qualitätsnormen mit Q-Checker ein automatisierter Teil des Prozesses. Fehler, die sonst erst in nachgeschalteten Prozessschritten zutage treten, können somit von Anfang an vermieden werden - ein enorm wichtiges Merkmal für die Vielzahl der Beteiligten für die Qualitätssicherung innerhalb der virtuellen Produktentwicklung.

Vorgehensweise bei der Einführung des Systems

Seit 2009 arbeiten die Konstrukteure inklusive der Entwickler der Domestic Agencies und externen Ingenieurbüros sowie eine Gruppe, die nur mit dem Datenaustausch beschäftigt ist, mit Q-Checker. Maschinenbauer Wolfgang Werner beschreibt die Vorgehensweise bei der Einführung: „Zuerst haben wir die zu prüfenden Kriterien aufgestellt und in einem Handbuch dokumentiert. Danach stellten wir eine Pilotgruppe aus erfahrenen Konstrukteuren zusammen, die wir in der Handhabung des Systems schulten.“ Die Pilotgruppe analysierte die Arbeitsweise anhand der defi nierten Standards und nahm entsprechende Optimierungen im Prüfprofi l vor. Erst dann stellte die CAD-Abteilung in Cadarache den restlichen Konstrukteuren das System zur Verfügung.

Heute ist die Qualitätsprüfung mit Q-Checker Voraussetzung, um ein Modell freigeben zu können. Dabei werden die Konstrukteure mit ausführlichen Hilfeseiten und Erläuterungen zu den einzelnen Prüfungen unterstützt. Auch werden die CATIA-Modelle regelmäßig mit Q-Checker bereinigt. Das System erkennt Fehler in der Geometrie, Struktur und Methodik und behebt diese. Damit entfällt das kostenintensive Aufspüren und Nachbessern von Mängeln in Folgeprozessen.

Natürlich wird das System zur Überprüfung der defi nierten Standards vor jedem Datenaustausch eingesetzt und das sowohl wenn Konstruktionsdaten aus Cadarache versandt als auch wenn Konstruktionsdaten empfangen werden. Die dadurch gewährleistete Einhaltung der Qualitäts- und Methodikanforderungen erleichtert die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit deutlich. Laut Maschinenbauer Wolfgang Werner ist durch den Einsatz von Q-Checker das Bewusstsein für die Datenqualität bei den beteiligten Konstrukteuren bedeutend gestiegen. So ist es seit 2011 für Konstrukteure externer Ingenieurbüros Pflicht, zu Dokumentationszwecken die Q-Checker-Berichte in ihren monatlichen Bericht einzubinden.

Quantifizierung des Nutzens

Um den Nutzen von Q-Checker quantifi zieren zu können, vergleicht Wolfgang Werner am Beispiel eines komplexen Vakuumgefäßes den Aufwand der manuellen Prüfung der Konstruktionsdaten mit der automatisierten Q-Checker Prüfung. So dauert hierbei die Q-Checker-Prüfung ca. eine Stunde, die manuelle Prüfung dagegen ungefähr acht Stunden. „Das Vakuumgefäß stellt aber nur ca. 2% des Gesamtsystems dar“, erklärt Wolfgang Werner. „Rechnet man die jährlich anfallenden sechs Freigabeprozesse hinzu, so sparen wir ungefähr 2.000 Stunden durch den Q-Checker-Einsatz pro Jahr ein. Auf Basis dieser Berechnung haben sich die Anschaff ungskosten des Systems nach weniger als sechs Monaten amortisiert.“ Darüber hinaus ist sichergestellt, dass alle Zulieferer Konstruktionsdaten in der geforderten Qualität erhalten und auch liefern, da alle externen und internen Beteiligten ihre Daten denselben Qualitätsrichtlinien und Standards unterwerfen.

Fotos: Copyright ITER

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