Virtuelle Inbetriebnahme in der Unikatefertigung
Kollisionen ohne Schaden
Kürzere Durchlaufzeiten, Abläufe und Sequenzen simulieren und frühe Aussagen zu Konzepten und deren Verifikationen treffen zu können - das waren die Wünsche der österreichischen SEMA Maschinenbau. Die Software IndustrialPhysics von Machineering leistet genau das.
Bild: SEMA Maschinenbau GmbHAnfang 2017 beschlossen die Verantwortlichen von SEMA, dass der Entwicklungs- und Konstruktionsprozess weiter optimiert werden sollte. Das Unternehmen fertigt Serien- und Sondermaschinen ausschließlich auf Bestellung. Die termingerechte Lieferung qualitätiv hochwertiger Maschinen ist dabei die Geschäftsgrundlage. "Damit eine entwickelte Maschine auch den Anforderungen und Bedürfnissen gerecht wird, ist eine vorangehende Simulation von Abläufen und Sequenzen hilfreich. Diese Simulation war bisher parallel zur Konstruktions- bzw. Entwicklungsphase einer Maschine nicht umsetzbar. Mit dem Einsatz von IndustrialPhysics können jetzt Aussagen zu Konzepten beziehungsweise Konzeptverifikationen schon frühzeitig getroffen werden", schildert Adolf Schacherleitner, Geschäftsführer und Eigentümer der SEMA Maschinenbau GmbH.
Simulation hilft Konstrukteuren
Der Maschinenbauer erstellte zunächst ein Lastenheft, das alle Anforderungen an die Lösung zusammenfasste. Durchlaufzeitverkürzung für Aufträge sowie die Erstellung von komplexen, vernetzten, verschachtelten und voneinander abhängigen Abläufen, Ablaufoptimierung, Fehlererkennung und Taktzeitoptimierung sowie eine deutliche Qualitätssteigerung. Auch sollte der Simulationsforecast (Life Cycle) auf Basis der Maschinendaten möglich sein. "Wir hatten zudem unsere bestehende IT-Infrastruktur im Blick. Die neue Lösung musste mit unserem CAD-System PTC Creo, mit der Model-Manager-Datenbank, den Maschinensteuerungen PLC Siemens S7 und NC Siemens Sinumerik 840Dsl sowie den Roboterschnittstellen Kuka und ABB kompatibel sein", schildert Dipl.-Ing. Johannes Weiermair, Technischer Leiter und Prokurist.
Anforderungen passten
"Während eines Workshops bei unserem CAD-Softwarepartner Techsoft wurde uns der Münchner Simulationssoftwarehersteller Machineering empfohlen", erläutert Weiermair. "Daraufhin stellten wir den Kontakt her." Nach dem Vergleich mit anderen Anbietern wurde schnell klar, dass die Lösung am besten zu den Anforderungen des Maschinenbauers passte. "Es war keine extra Datenschnittstelle notwendig, die Simulationsdaten werden direkt in die CAD-Datenbank integriert. Auch die Offenheit für zahlreiche Steuerungs- und Robotersimulationsschnittstellen überzeugte uns. Außerdem liegt eine gemeinsame Entwicklungsvereinbarung bezüglich der Siemens-Steuerung 840Dsl vor", sagt Weiermair.
Bild: SEMA Maschinenbau GmbHFruchtbare Zusammenarbeit
Nach der Entscheidung für den Zuschlag im Sommer 2017 wurde die Software bei SEMA implementiert. "Nachdem es sich bei IndustrialPhysics um ein umfangreiches Tool handelt, war eine gewisse Einarbeitungszeit für einen umfassenden und sinnvollen Einsatz im Unternehmen notwendig ", sagt Weiermair. "Auf Herausforderungen und Verbesserungsvorschläge wurde seitens Machineering rasch reagiert." Über die Entwicklung der Schnittstelle zur Siemens-Steuerung ergab sich eine enge Zusammenarbeit zwischen den beiden Firmen. Auch bei der Lastenhefterstellung mündete die Kooperation in zahlreiche Neuerungen, die ihren Weg in die Releases der Simulationssoftware fanden.
Zügigere Inbetriebnahme
Mit einem digitalen Zwilling als virtuellem Pendant einer Maschine konnten die Österreicher mehr Übersicht in ihre Abläufe bringen. Bewegungen können nun virtuell einfach gestoppt und die Ansicht gedreht und angepasst werden. Auch sichtbehindernde Teilen lassen sich per Mausklick ausblenden. Zudem sind Tests durch Funktionen wir Stopp, Start, Wiederholung leichter als zuvor. Kollisionen fallen früher auf und verzögern die Inbetriebnahme nicht länger. Auch die Kommunikation zwischen Engineering und Steuerungstechnik konnte verbessert werden, da Abläufe in der Konstruktion bereits digital simuliert werden und einfacher erklärbar sind.
Teamarbeit neu organisiert
"Die Abläufe bei Konstruktion und Steuerungstechnik haben sich grundlegend verändert, seit wir auf IndustrialPhysics setzen. Bisher wurde zuerst eine Maschine in 3D konstruiert, dann Kollisionskontrollen mit einfachen Bewegungsabläufen konfiguriert und schließlich erfolgte die Übergabe, Ablauferklärung und Besprechung des Projektes mit den Abteilungen Elektrotechnik und Steuerungstechnik. Dort wurde teilweise vorab die Software ohne die Maschine vorbereitet, dann die endgültige Maschinensoftware in Verbindung mit der Maschine erstellt", schildert Weiermair. "Heute erstellen wir in der Konstruktionsphase einen digitalen Zwilling aus den CAD-Daten. Dieser digitale Zwilling unterscheidet sich zu den CAD-Daten darin, dass alle Funktionen und Bewegungen der mechanischen Bauteile wie in der echten Maschine erfolgen können und dass Sensoren und Aktoren funktionell aktiv sind. So können wir die Simulation des echten sequenziellen Ablaufs durch den digitalen Zwilling mit den tatsächlichen Geschwindigkeiten und Taktzeiten sowie den richtigen Abläufen und Abhängigkeiten durchführen. Die Steuerungstechnik bereitet offline einige Softwarebausteine vor." Im nächsten Schritt wird die Maschinensoftware in Verbindung mit dem digitalen Zwilling erstellt. Dabei wird die echte Maschinensteuerung mit dem digitalen Zwilling verbunden. Damit steht SEMA eine zweite Simulationsmöglichkeit des Ablaufs mit dem digitalen Zwilling auf Basis einer echten Maschinensteuerung und Software zur Verfügung. Dann kann zwischen dem digitalen Zwilling und reale Anlage hin- und hergeschaltet werden." Geplant ist, industrialPhysics zukünftig auch für Service, Training und Schulung von Kunden an virtuellen Maschinen einzusetzen.
Beweis erbracht
Das Simulations-Tool wurde bereits für komplette Produktneuentwicklungen in der Konstruktion und Steuerungstechnik eingesetzt. An einem typischen Beispiel ließ sich nach Fertigstellung der Anlage feststellen, dass sich 98 Prozent der Software mithilfe des virtuellen Zwillings erstellen ließen und ihr Transfer auf die reale Anlage reibunslos funktionierte. Die Durchlaufzeit konnte so um zwei Monate verkürzt werden. Bei der virtuellen Inbetriebnahme wurde auch erkannt, dass die Rechenleistung der einzusetzenden Steuerungen nicht ausreichte und so konnten diese schon vorab getauscht werden.
Positive Effekte rundum
"Wir sind sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Nicht nur wir, sondern auch unsere Kunden profitieren vom Einsatz von industrialPhysics", sagen Schacherleitner und Weiermair. "Auch die Zusammenarbeit mit Machineering war und ist immer sehr gut. Wir können jederzeit auf den Support zählen, wir finden immer ein offenes Ohr, wenn es um unsere Wünsche geht."
Kürzere Durchlaufzeiten, Abläufe und Sequenzen simulieren und frühe Aussagen zu Konzepten und deren Verifikationen treffen zu können - das waren die Wünsche der österreichischen SEMA Maschinenbau. Die Software IndustrialPhysics von Machineering leistet genau das.
Bild: SEMA Maschinenbau GmbHAnfang 2017 beschlossen die Verantwortlichen von SEMA, dass der Entwicklungs- und Konstruktionsprozess weiter optimiert werden sollte. Das Unternehmen fertigt Serien- und Sondermaschinen ausschließlich auf Bestellung. Die termingerechte Lieferung qualitätiv hochwertiger Maschinen ist dabei die Geschäftsgrundlage. "Damit eine entwickelte Maschine auch den Anforderungen und Bedürfnissen gerecht wird, ist eine vorangehende Simulation von Abläufen und Sequenzen hilfreich. Diese Simulation war bisher parallel zur Konstruktions- bzw. Entwicklungsphase einer Maschine nicht umsetzbar. Mit dem Einsatz von IndustrialPhysics können jetzt Aussagen zu Konzepten beziehungsweise Konzeptverifikationen schon frühzeitig getroffen werden", schildert Adolf Schacherleitner, Geschäftsführer und Eigentümer der SEMA Maschinenbau GmbH.
Simulation hilft Konstrukteuren
Der Maschinenbauer erstellte zunächst ein Lastenheft, das alle Anforderungen an die Lösung zusammenfasste. Durchlaufzeitverkürzung für Aufträge sowie die Erstellung von komplexen, vernetzten, verschachtelten und voneinander abhängigen Abläufen, Ablaufoptimierung, Fehlererkennung und Taktzeitoptimierung sowie eine deutliche Qualitätssteigerung. Auch sollte der Simulationsforecast (Life Cycle) auf Basis der Maschinendaten möglich sein. "Wir hatten zudem unsere bestehende IT-Infrastruktur im Blick. Die neue Lösung musste mit unserem CAD-System PTC Creo, mit der Model-Manager-Datenbank, den Maschinensteuerungen PLC Siemens S7 und NC Siemens Sinumerik 840Dsl sowie den Roboterschnittstellen Kuka und ABB kompatibel sein", schildert Dipl.-Ing. Johannes Weiermair, Technischer Leiter und Prokurist.
Anforderungen passten
"Während eines Workshops bei unserem CAD-Softwarepartner Techsoft wurde uns der Münchner Simulationssoftwarehersteller Machineering empfohlen", erläutert Weiermair. "Daraufhin stellten wir den Kontakt her." Nach dem Vergleich mit anderen Anbietern wurde schnell klar, dass die Lösung am besten zu den Anforderungen des Maschinenbauers passte. "Es war keine extra Datenschnittstelle notwendig, die Simulationsdaten werden direkt in die CAD-Datenbank integriert. Auch die Offenheit für zahlreiche Steuerungs- und Robotersimulationsschnittstellen überzeugte uns. Außerdem liegt eine gemeinsame Entwicklungsvereinbarung bezüglich der Siemens-Steuerung 840Dsl vor", sagt Weiermair.
Bild: SEMA Maschinenbau GmbHFruchtbare Zusammenarbeit
Nach der Entscheidung für den Zuschlag im Sommer 2017 wurde die Software bei SEMA implementiert. "Nachdem es sich bei IndustrialPhysics um ein umfangreiches Tool handelt, war eine gewisse Einarbeitungszeit für einen umfassenden und sinnvollen Einsatz im Unternehmen notwendig ", sagt Weiermair. "Auf Herausforderungen und Verbesserungsvorschläge wurde seitens Machineering rasch reagiert." Über die Entwicklung der Schnittstelle zur Siemens-Steuerung ergab sich eine enge Zusammenarbeit zwischen den beiden Firmen. Auch bei der Lastenhefterstellung mündete die Kooperation in zahlreiche Neuerungen, die ihren Weg in die Releases der Simulationssoftware fanden.
Zügigere Inbetriebnahme
Mit einem digitalen Zwilling als virtuellem Pendant einer Maschine konnten die Österreicher mehr Übersicht in ihre Abläufe bringen. Bewegungen können nun virtuell einfach gestoppt und die Ansicht gedreht und angepasst werden. Auch sichtbehindernde Teilen lassen sich per Mausklick ausblenden. Zudem sind Tests durch Funktionen wir Stopp, Start, Wiederholung leichter als zuvor. Kollisionen fallen früher auf und verzögern die Inbetriebnahme nicht länger. Auch die Kommunikation zwischen Engineering und Steuerungstechnik konnte verbessert werden, da Abläufe in der Konstruktion bereits digital simuliert werden und einfacher erklärbar sind.
Teamarbeit neu organisiert
"Die Abläufe bei Konstruktion und Steuerungstechnik haben sich grundlegend verändert, seit wir auf IndustrialPhysics setzen. Bisher wurde zuerst eine Maschine in 3D konstruiert, dann Kollisionskontrollen mit einfachen Bewegungsabläufen konfiguriert und schließlich erfolgte die Übergabe, Ablauferklärung und Besprechung des Projektes mit den Abteilungen Elektrotechnik und Steuerungstechnik. Dort wurde teilweise vorab die Software ohne die Maschine vorbereitet, dann die endgültige Maschinensoftware in Verbindung mit der Maschine erstellt", schildert Weiermair. "Heute erstellen wir in der Konstruktionsphase einen digitalen Zwilling aus den CAD-Daten. Dieser digitale Zwilling unterscheidet sich zu den CAD-Daten darin, dass alle Funktionen und Bewegungen der mechanischen Bauteile wie in der echten Maschine erfolgen können und dass Sensoren und Aktoren funktionell aktiv sind. So können wir die Simulation des echten sequenziellen Ablaufs durch den digitalen Zwilling mit den tatsächlichen Geschwindigkeiten und Taktzeiten sowie den richtigen Abläufen und Abhängigkeiten durchführen. Die Steuerungstechnik bereitet offline einige Softwarebausteine vor." Im nächsten Schritt wird die Maschinensoftware in Verbindung mit dem digitalen Zwilling erstellt. Dabei wird die echte Maschinensteuerung mit dem digitalen Zwilling verbunden. Damit steht SEMA eine zweite Simulationsmöglichkeit des Ablaufs mit dem digitalen Zwilling auf Basis einer echten Maschinensteuerung und Software zur Verfügung. Dann kann zwischen dem digitalen Zwilling und reale Anlage hin- und hergeschaltet werden." Geplant ist, industrialPhysics zukünftig auch für Service, Training und Schulung von Kunden an virtuellen Maschinen einzusetzen.
Beweis erbracht
Das Simulations-Tool wurde bereits für komplette Produktneuentwicklungen in der Konstruktion und Steuerungstechnik eingesetzt. An einem typischen Beispiel ließ sich nach Fertigstellung der Anlage feststellen, dass sich 98 Prozent der Software mithilfe des virtuellen Zwillings erstellen ließen und ihr Transfer auf die reale Anlage reibunslos funktionierte. Die Durchlaufzeit konnte so um zwei Monate verkürzt werden. Bei der virtuellen Inbetriebnahme wurde auch erkannt, dass die Rechenleistung der einzusetzenden Steuerungen nicht ausreichte und so konnten diese schon vorab getauscht werden.
Positive Effekte rundum
"Wir sind sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Nicht nur wir, sondern auch unsere Kunden profitieren vom Einsatz von industrialPhysics", sagen Schacherleitner und Weiermair. "Auch die Zusammenarbeit mit Machineering war und ist immer sehr gut. Wir können jederzeit auf den Support zählen, wir finden immer ein offenes Ohr, wenn es um unsere Wünsche geht."
machineering GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in IT&Production 4 (Mai) 2020 - 12.05.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
