National Superconducting Cyclotron Laboratory

Das National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) führt in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftlern Forschungsarbeiten in elementarer Nuklearwissenschaft, nuklearer Astrophysik und Beschleunigerphysik aus. Das NSCL befindet sich auf dem Campus der Michigan State University. Das Team besteht aus erfahrenen Ingenieuren, die in Zusammenarbeit mit Forschern verschiedene Geräte für ein breites Spektrum an Beschleunigerkomponenten und -detektoren konstruieren und entwickeln, um die neuesten nuklearwissenschaftlichen Experimente zu unterstützen. Bis 2004 setzte die Forschungseinrichtung die CAD-Lösung eines anderen Anbieters ein. Damals erkannten NSCL-Ingenieure, dass sie eine Entwicklungsumgebung mit einem stärkeren Schwerpunkt auf der mechanischen Konstruktion brauchten, so Jack Ottarson, Senior Engineer.

„Unser vorheriger CAD-Anbieter war in erster Linie auf Bauwesen- und Architekturkonstruktionen spezialisiert und die Modellierlösung umfasste nicht die Art an mechanischen Konstruktionsmöglichkeiten, die wir zur Entwicklung von Geräten für Experimente benötigten“, erklärt Ottarson. „Wir konstruieren Baugruppen, die aus zwei Teilen bis hin zu tausenden Komponenten bestehen können. Daher brauchten wir eine 3D-CAD-Lösung, mit der wir Geräte effizienter entwickeln, Konstruktionsänderungen einfacher umsetzen und effektiver mit der Maschinenwerkstatt interagieren konnten.“

Die NSCL-Ingenieure evaluierten mehrere CAD-Lösungen und entschieden sich schließlich für SOLIDWORKS® Research Edition als primäre Entwicklungsumgebung. Zunächst wurden im Labor 18 Lizenzen der SOLIDWORKS Software installiert, weil es anwenderfreundlich ist, gut mit der Bearbeitungssoftware der Werkstatt kompatibel ist und große Baugruppen unterstützt. Die Ingenieure von NSCL sind auch von den integrierten Simulationswerkzeugen, den Konfigurationsmöglichkeiten und der Kommunikationsanwendung SOLIDWORKS eDrawings® überzeugt. NSCL besitzt mittlerweile mehr als 100 SOLIDWORKS Lizenzen.

„Wir brauchten eine Komplettlösung, die nicht nur unsere Anforderungen erfüllte, sondern auch schnell erlernt werden konnte“, erinnert sich Ottarson. „SOLIDWORKS hat sich als die richtige Lösung erwiesen.“

MEHR FLEXIBILITÄT FÜR KÜRZERE KONSTRUKTIONSZYKLEN

Seit Implementierung der SOLIDWORKS Software konnte NSCL die Anzahl der erforderlichen Entwicklungszyklen senken und die Fähigkeit verbessern, mehrere technische Lösungen für Entwicklungsprobleme zu berücksichtigen. Während ein Drängen auf agile Workflows und schlanke Produktion zu optimierten Betriebsabläufen geführt hat, schreibt Ottarson die Zeitersparnisse der einfachen Durchführung von Konstruktionsänderungen an großen Baugruppen der SOLIDWORKS Software und der verbesserten Interaktion zu, die mithilfe der Software zwischen NSCL-Ingenieuren und der Produktionsstätte des Labors möglich ist.

„Egal, welche Art von Anlagen oder Geräten wir für verschiedene Beschleunigertypen konstruieren, wir können Konstruktionsänderungen (ohne viele zusätzliche Detailänderungen) viel besser durchführen“, stellt Ottarson fest. „Die Fertigung findet bei uns größtenteils firmenintern statt, und die SOLIDWORKS Software hat die Interaktion mit der Werkstatt zumindest in bescheidenem Maße erleichtert. Dadurch, dass die Maschinenführer das Volumenmodell zur Verfügung haben, werden Fragen und Missverständnisse ausgeräumt. Aufgrund der schnelleren Teileproduktion konnten wir unser Geschäftsfeld ausweiten.“

Durch den Umstieg auf SOLIDWORKS Software konnten die NSCL-Ingenieure auch die Konstruktionsqualität verbessern und durch den Einsatz der integrierten Konstruktions-, Simulations-, Konfigurations- und Validierungswerkzeuge eine höhere Genauigkeit erzielen. Viele Konstruktionen des Labors basieren beispielsweise auf der Bewegung verschiedener Mechanismen in die Bahn hinein und aus der Bahn heraus eines beschleunigten Ionenstrahls auf sehr engem Raum.

„Einige unserer Detektorboxen müssen mehrere verschiedene Geräte, von denen einige den gleichen physischen Raum beanspruchen, sehr präzise in die Bahn hinein und aus der Bahn heraus bewegen,“ hebt Ottarson hervor. „Mit den Kollisionsprüfungswerkzeugen in SOLIDWORKS Software können wir sicherstellen, dass die Detektoren sich nicht gegenseitig beeinträchtigen. Darüber hinaus nutzen wir die Konstruktionsfunktionen der SOLIDWORKS Software, um unsere Geräte im eingesetzten und herausgezogenen Zustand zu modellieren. Das verhilft uns zu einem besseren Verständnis der Dynamik der Baugruppen.“

Mithilfe der integrierten CFD-Analysen von SOLIDWORKS Flow Simulation kann NSCL die thermische Leistungsfähigkeit seiner umfangreichen Wasserkühlsysteme analysieren und gasförmige Strömungen in einem Vakuum für bestimmte Experimente untersuchen.

BESSERE KOMMUNIKATION FÜR EINE STÄRKERE ZUSAMMENARBEIT

SOLIDWORKS kann viele verschiedene Arten von CAD-Daten lesen und ausgeben und beinhaltet die Kommunikationsanwendung SOLIDWORKS eDrawings®. Dadurch kann NSCL besser mit seinen Forschungspartnern zusammenarbeiten, darunter Kernphysiker, die wenig oder keine Erfahrung mit mechanischem CAD haben. „Wir arbeiten mit Wissenschaftlern zusammen, die uns Pläne für Experimente schicken“, sagt Ottarson. „Wir erhalten ihre Ideen in vielen verschiedenen CAD-Formaten und müssen manchmal die Geräte von Grund auf modellieren.“

„eDrawings Dateien sind auch eine große Hilfe“, fügt er hinzu. „Wenn Sie einer Gruppe von Physikern bei einer Besprechung ein echtes 3D-Bild zeigen können, verbessert das die Konstruktionskommunikation erheblich.“