Produktionszeiten mit Simulationslösung reduzieren
Zwillinge durch und durch
Um auf gleicher Fläche mit unveränderten Personalressourcen das Produktionsvolumen zu erhöhen, wollte Homag die zu produzierenden Maschinen bereits vor ihrer Inbetriebnahme ausgiebig testen. Mithilfe einer Hardware-in-the-Loop-Simulationslösung, die reale Komponenten mit virtuellen kombiniert, setzt der Anlagenbauer nun ein Werkzeug ein, mit der sich die Inbetriebnahme simulieren lässt - und zwar so aussagefähig, dass es bei der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen keine Prototypen mehr braucht.
Während man Küchen früher in Serie produziert hat und die entsprechenden Teile für Schränke einlagern musste, ist heute eine Just-in-time-Produktion angesagt. Die Anforderungen der Holzverarbeiter, die ihre Produkte schnellstmöglich an ihre Kunden ausliefern wollen, steigen. In dieser Hinsicht steht Homag vor der Herausforderung, die Produktionslaufzeiten zu verkürzen. Daneben gilt es, alle Komponenten einer Anlage zu verheiraten. Dafür benötigt man nicht nur jede Menge Platz, sondern auch viel Zeit und Personal. Zudem sind Produktionen heute viel enger getaktet, sodass Homag Änderungen an der Steuerung und Programmierung seiner Anlagen vornehmen musste. Nicht zuletzt ist es erforderlich, virtuelle Simulationsmodelle von externen Baugruppen der Lieferanten (z.B. Antriebsregler) anhand von realen Komponenten zu entwickeln und diese anschließend den Lieferanten zu Verfügung zu stellen. Um diese Aufgabe zu lösen, benötigte Homag eine leistungsfähige Softwarelösung für die virtuelle Inbetriebnahme. Die Vorteile: Mittels virtueller Inbetriebnahme sinkt der Zeitaufwand, und die Prozesse werden effizienter, was letztlich die Kosten senkt. Das passende Tool fand der Anlagen- und Maschinenbauer in ISG-virtuos, einer Hardware-in-the-Loop-Simulationslösung, mit deren Hilfe man bereits vor der Inbetriebnahme einer Anlage deren Funktionstüchtigkeit testen kann. "Unsere Kunden erwarten von uns individuelle Lösungen und Abwicklungszeiten, die sehr kurz sind", sagt Michael Zetzsche, Senior Manager Control Development Edge Processing in der Business Unit Edge bei Homag. Das Unternehmen musste sich also damit auseinandersetzen, wie eine beschleunigte Inbetriebnahme der Maschinen möglich sein könnte, ohne neue Anlagen aufbauen oder mehr Zeit und Geld in Ressourcen investieren zu müssen.
Virtualität und Realität
Die Belegung einer Anlage zu Testzwecken ist sehr zeitintensiv und verzögert die Produktion enorm. Mit ISG-virtuos kann Homag nun sämtliche Testszenarien simulieren. "Wir können virtuelle Inbetriebnahmen durchspielen, ohne Einschränkungen zwischen der realen Welt und dem virtuellen Prozess zu spüren", erklärt Zetzsche. Dabei profitiert das Unternehmen nicht nur von Integrationstests, mit denen sich das Zusammenspiel der einzelnen Anlagen analysieren lässt, sondern von einem vollständigen Systemtest samt Einbeziehung der realen Komponenten. Es ist zudem möglich, reale Steuerungen über Feldbusse mit virtuellen Komponenten zu kombinieren. Dadurch gelingt es, reale Baugruppen zu simulieren und auch sehr komplexe Anlagen virtuell in Betrieb zu nehmen. "Viele andere Simulationslösungen und deren Handhabung haben mich nicht überzeugt", führt Zetzsche weiter aus. "Sie boten auch keine Möglichkeit, Steuerungsmodule von verschiedenen Herstellern wie etwa Siemens oder Bosch anzubinden. Auch wegen ihrer hohen Benutzerfreundlichkeit war ISG-virtuos die einzige Lösung, die für uns infrage kam."
Langjährige Zusammenarbeit
In Teilbereichen, z.B. im Engineering, setzt Homag ISG-virtuos bereits länger ein und wusste um die daraus resultierenden positiven Effekte. Die Herausforderung war nun, ISG-virtuos in der ganzen Unternehmensgruppe auszurollen. "Aufgrund unserer langjährigen Zusammenarbeit wussten wir in ISG einen verlässlichen Partner an unserer Seite, der auch die etwas komplizierte Integration der Simulationslösung in unsere IT-Infrastruktur gemeistert hat", berichtet Zetzsche. Zu ersten Gesprächen trafen sich Anbieter und Anwender im Herbst 2016. Das Projekt zum unternehmensweiten Rollout startete im Frühjahr 2017, so dass Homag die ersten Ergebnisse bereits Ende Mai auf der Fachmesse Ligna vorstellen konnte. Einen konkreten Projektfahrplan gab es aufgrund der sehr partnerschaftlichen, bewährten Zusammenarbeit nicht. "Unsere Teams kennen sich aus früheren Projekten bereits sehr gut und sind eng miteinander verbunden", erklärt Zetzsche. "Wir schätzen an der Zusammenarbeit insbesondere das visionäre Denken und die hohe Beratungskompetenz. Wenn wir eine neue Idee haben, sind wir uns sicher, dass ISG sie umsetzt." Inzwischen arbeiten mehrere Business-Units an unterschiedlichen Standorten mit der Simulationssoftware. Um die Entwicklung unternehmensintern voranzutreiben, hat Homag sogar ein eigenes Team, das unabhängig von den Business-Units die bedarfsgerechte Weiterentwicklung voranbringt und ein eigenes Regelwerk entwickelt.
Hohe Benutzerfreundlichkeit
ISG-virtuos ist anwenderfreundlich ausgelegt und so ist der Umgang mit der Software im Rahmen einer zweitägigen Basis-Schulung zu erlernen. Die unkomplizierte Handhabung ist angesichts der Tatsache, dass es sich bei der Hardware-in-the-Loop-Lösung um ein geschlossenes System handelt, das alle nötigen Funktionen bereits beinhaltet, ein klarer Vorteil. Die Lösung besteht aus verschiedenen Standardbausteinen, die sich bedarfsgerecht zusammensetzen lassen. Alle Grundelemente der Simulationsbibliothek lassen sich individuell anpassen und sind über Schnittstellen integrierbar. In einer Homag-eigenen Technologiebibliothek sind Simulationen für jegliche Baugruppen abgelegt, die sich dann bedarfsgerecht konfigurieren lassen. Auf dieser Basis hat Homag inzwischen zahlreiche Entwicklungen realisiert, ohne im Vorfeld entsprechende Prototypen herstellen zu müssen. Vielmehr ist es heute möglich, mechanische Konstruktionen bereits im Vorfeld zu überprüfen. Passen die Layouts, die Maße und Transporte? Falls die Hersteller falsche Komponenten verbauen oder bestellen, bemerkt die Software den Fehler sofort.
Effizienz der Produktion gesteigert
Um Möbel, z.B. im Küchensegment, just-in-time produzieren zu können, muss es möglich sein, dass eine Produktionsanlage viele unterschiedliche Holzstücke in unterschiedlichen Maßen hintereinander bearbeitet. Sollte ein Werkstück dabei sein, dessen Dimensionen vorab nicht berücksichtigt wurden, könnte es zu einer Kollision und damit zu einem unmittelbaren Produktionsstopp führen. Durch die virtuelle Inbetriebnahme, bei der sich die realen und virtuellen Maschinen identisch verhalten - die Unterschiede im Verhalten beider liegen unter einer Millisekunde - kann Homag sogar laufende Anlagen testen, ohne die Produktion zu stören. Dabei erkennt der Anlagenbauer durch Differenzbetrachtung z.B. Software- oder auch Verdrahtungsfehler im Schaltschrank und kann sogar defekte Teile wie Motoren oder Antriebswellen identifizieren, sollten sie in der Produktion Probleme verursachen. "Antriebe waren früher in Simulationen meist idealisiert", erklärt Zetzsche. "Heute liefern unsere Antriebshersteller ihre Antriebsmodelle zu, wir übernehmen sie in den digitalen Zwilling der Anlage, die Abweichung der Modelle in den virtuellen Antrieben liegt dann bei weniger als einem Prozent. Wir verfügen also nicht mehr über eine bloße Simulation, sondern über einen extrem realitätsnahen digitalen Zwilling der Anlage. Zudem lässt sich der Antrieb als digitaler Zwilling konfigurieren wie ein realer Antrieb."
Ausbau der Zusammenarbeit
Weil Homag die Produktionszeit spürbar verkürzen konnte, ist eine weitere Zusammenarbeit mit dem Software-Anbieter geplant. "ISG ist für uns ein sehr starker, hochdynamischer Entwicklungspartner", sagt Zetzsche. "Selbst visionäre Ideen realisieren wir gemeinsam innerhalb von Monaten." Homag will nicht nur weitere Baugruppen in ISG-virtuos integrieren und neue Schnittstellen für weitere Tests nutzen, sondern zukünftig auch in Technologie investieren, um Simulationsmodelle automatisiert erstellen zu können - die Grundlage für völlig automatisierte Produktionsszenarien. Damit arbeitet Homag auf das Ziel hin, die gesamte Abwicklung virtuell durchspielen zu können, um den laufenden Betrieb nicht zu beeinträchtigen. Geplant ist auch eine virtuelle Cloud-Anbindung, um die Simulationen standortunabhängig in Betrieb nehmen und die Business-Units weltweit miteinander vernetzen zu können. Außerdem ist neben der Anbindung eines "virtuellen Bedieners", der wiederkehrende Tätigkeiten ausführt, auch eine Lösung angedacht, die jegliche Tests automatisch durchführt.
Um auf gleicher Fläche mit unveränderten Personalressourcen das Produktionsvolumen zu erhöhen, wollte Homag die zu produzierenden Maschinen bereits vor ihrer Inbetriebnahme ausgiebig testen. Mithilfe einer Hardware-in-the-Loop-Simulationslösung, die reale Komponenten mit virtuellen kombiniert, setzt der Anlagenbauer nun ein Werkzeug ein, mit der sich die Inbetriebnahme simulieren lässt - und zwar so aussagefähig, dass es bei der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen keine Prototypen mehr braucht.
Während man Küchen früher in Serie produziert hat und die entsprechenden Teile für Schränke einlagern musste, ist heute eine Just-in-time-Produktion angesagt. Die Anforderungen der Holzverarbeiter, die ihre Produkte schnellstmöglich an ihre Kunden ausliefern wollen, steigen. In dieser Hinsicht steht Homag vor der Herausforderung, die Produktionslaufzeiten zu verkürzen. Daneben gilt es, alle Komponenten einer Anlage zu verheiraten. Dafür benötigt man nicht nur jede Menge Platz, sondern auch viel Zeit und Personal. Zudem sind Produktionen heute viel enger getaktet, sodass Homag Änderungen an der Steuerung und Programmierung seiner Anlagen vornehmen musste. Nicht zuletzt ist es erforderlich, virtuelle Simulationsmodelle von externen Baugruppen der Lieferanten (z.B. Antriebsregler) anhand von realen Komponenten zu entwickeln und diese anschließend den Lieferanten zu Verfügung zu stellen. Um diese Aufgabe zu lösen, benötigte Homag eine leistungsfähige Softwarelösung für die virtuelle Inbetriebnahme. Die Vorteile: Mittels virtueller Inbetriebnahme sinkt der Zeitaufwand, und die Prozesse werden effizienter, was letztlich die Kosten senkt. Das passende Tool fand der Anlagen- und Maschinenbauer in ISG-virtuos, einer Hardware-in-the-Loop-Simulationslösung, mit deren Hilfe man bereits vor der Inbetriebnahme einer Anlage deren Funktionstüchtigkeit testen kann. "Unsere Kunden erwarten von uns individuelle Lösungen und Abwicklungszeiten, die sehr kurz sind", sagt Michael Zetzsche, Senior Manager Control Development Edge Processing in der Business Unit Edge bei Homag. Das Unternehmen musste sich also damit auseinandersetzen, wie eine beschleunigte Inbetriebnahme der Maschinen möglich sein könnte, ohne neue Anlagen aufbauen oder mehr Zeit und Geld in Ressourcen investieren zu müssen.
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 9 2018 - 17.09.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de