Simulation und virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) im Maschinenbau
Ganz vorne mit dabei
Die Verantwortlichen beim österreichischen Maschinenbauer Sema wollen bei modernen Entwicklungsprozessen immer ganz vorne mit dabei sein. Die logische Konsequenz war es daher, im Engineering auf virtuelle Technologien zu setzen. Zuvor ließen sich unter anderem die Ablaufsimulation sowie die Auslegung und Verifizierung von Taktzeitanalysen nicht zufriedenstellend umsetzen. Die Entscheidung für die Software iPhysics aus dem Hause Machineering sollte dies ändern.
Bild: Machineering GmbH & Co. KGVerschiedene Prozesse sollten sich im Engineering verbessern. Angefangen bei der Durchlaufzeitverkürzung für Aufträge, der Simulation von Abläufen und Sequenzen unmittelbar nach bzw.
Bild: Machineering GmbH & Co. KG
Im ersten Schritt ging es um die Suche nach dem passenden Partner und einem geeigneten Tool. So fanden zunächst Workshops zur Echtsimulationen mit zwei Softwareanbietern im Unternehmen statt. Nach Abschluss dieser Phase stand fest, dass die Simulationssoftware iPhysics das passende Produkt für den Maschinenbauer sein sollte. "Konkret fiel die Entscheidung zugunsten von Machineering, da Simulationsdaten direkt in die CAD-Datenbank integriert werden, iPhysics für zahlreiche Steuerungen offen ist und diverse Roboterschnittstellen vorhanden sind. Auch die gemeinsame Entwicklungsvereinbarung bezüglich der Siemens-Steuerung 840Dsl sprach für das Unternehmen", erinnert sich Weiermair. "Wichtig war uns zudem, dass Machineering mit dem CAD-Partner von Sema kooperiert. Die große Flexibilität sowie die Entwicklungsmöglichkeiten und Ideen von iPhysics haben uns dann endgültig überzeugt."
Bild: Machineering GmbH & Co. KGImplementierung und Ziel
Nachdem die Entscheidung für iPhysics gefallen war, erfolgte die Implementierung der Software. Im ersten Schritt wurde beim Maschinenbauer die Schnittstelle zur CAD-Datenbank installiert und eingerichtet. Anschließend zeigte der Softwareanbieter im Rahmen eines einwöchigen Trainingsprogramms für Konstrukteure und Steuerungstechniker die Möglichkeiten von iPhysics. "Ab da konnten wir selbständig in größerem Umfang mit der Simulationssoftware arbeiten", bestätigt Weiermair. Anforderungen wie die Datenbankschnittstellen und die Schnittstelle zur Siemens-Steuerung wurden schnell umgesetzt und auch Vereinfachungen sowie fertige Funktionsbausteine integriert. Nachdem zum damaligen Zeitpunkt noch keine virtuelle Inbetriebnahme für die Sinumerik 840 Dsl seitens Machineering vorhanden war, stellte Sema eine solche Steuerung bereit. Der Softwareanbieter entwickelte daraufhin eine Schnittstelle zum Simulations-Tool. Ebenso wurde die Schnittstelle und Datenmigration zur CAD-Datenbank von PTC Creo Modelling and Modellmanager entwickelt.
Alles in allem hat es Sema geschafft, Simulation und virtuelle Inbetriebnahme tief in die Prozesse zu integrieren. Derzeit kommt iPhysics in verschieden Unternehmensbereichen zum Einsatz. So wird in der mechanischen Konstruktion ein digitaler Zwilling erzeugt sowie Software in the Loop Simulation SIL umgesetzt, um Abläufe der geplanten Maschine bereits im Entwicklungsstadium zu testen. Im Bereich Steuerungstechnik nutzt der Maschinenbauer iPhysics für die virtuelle Inbetriebnahme sowie für Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) zur Unterstützung von Softwareerstellung und -test am digitalen Zwilling. Diese HIL-Simulation wurde aber mittlerweile abgelöst. "Mittlerweile erfolgt die Softwareerstellung und Simulation in einer virtuellen Steuerung", erklärt Weiermair und resümiert: "Digitale Simulation und VIBN sind absolut empfehlenswert und sinnvoll, gerade auch für kleinere und mittlere Unternehmen. Bei regelmäßigem und übergreifendem Einsatz im Engineering stellt sich zeitnah Benefits in Form von Qualitätsverbesserung der Software und Abläufe, Durchlaufzeitverkürzung oder der Reduzierung von Engineering-Fehlern heraus."
Gerade die virtuelle Inbetriebnahme unterstützt die Kommunikation mit den Kunden während des gesamten Engineering-Prozess. Entwicklungsschritte können visualisiert und den Kunden präsentiert werden. Derzeit setzt Sema noch keine Floating-Lizenzen ein. Eine Umstellung soll aber im Zuge des erweiterten Einsatzes von iPhysics erfolgen, um die effizientere Nutzung der Lizenzen in verschiedenen Engineering-Bereichen zu ermöglichen.
Erfolgreiche Projekte
Seit der Einführung von iPhysics hat der Maschinenbauer zahlreiche Vorteile in Virtual-Engineering-Projekte erzielt. So konnte die Feststellung von zu klein ausgelegter Steuerungskapazität frühzeitig erfolgen, Kollisionen bereits während der virtuellen Inbetriebnahme festgestellt und verhindert sowie Taktzeitsimulation und Ablaufverbesserungen bereits in einer frühen Entwicklungsphase umgesetzt werden. Gleichzeitig ließ sich die Durchlaufzeit für Maschinenentwicklung durch parallele Softwareentwicklung (Synchron-Engineering) reduzieren und somit die Anzahl der durchgeführten Projekte vervielfachen.
"Die Implementierungszeit lässt sich durch den Einsatz der Simulationssoftware deutlich reduzieren", betont Weiermair abschließend. "Für die Konstruktion beläuft sich der zusätzliche Aufwand durch die Simulation auf etwa 20 bis 40 Stunden. Abhängig vom Projektumfang und der Erfahrung, profitiert das Engineering aber bei der anschließenden Erstellung des digitalen Zwillings von einer Zeitersparnis von bis zu 50 Prozent. Für die Steuerungstechnik ergibt sich bei Einsatz des Digital Twins kein wesentlicher Zusatzaufwand, aber ebenfalls eine Durchlaufzeitverkürzung von rund 50 Prozent durch die parallele Entwicklung. Die Vorteile in Summe kompensieren am Ende die Mehraufwände um den Faktor 2 bis 3. Kurzum: Die Einsparungen und der Nutzen sind deutlich höher als der Aufwand."
Darüber hinaus konnten die Kommunikationsabläufe und der Informationsaustausch durch intensivere Zusammenarbeit verbessert werden, da so eine zeitnahe Abstimmung möglich ist. Die größten Benefits für Weiermair sind die Softwareerstellung und Tests ohne echte Maschine. "Wir sehen eine deutliche Qualitätssteigerung der Software durch Tests am digitalen Zwilling. Und auch die Unfallgefahren bei der Inbetriebnahme konnte gesenkt werden. Vor allem profitieren wir von den nun sehr übersichtlichen Abläufen."
Bild: Machineering GmbH & Co. KGImplementierung und Ziel
Nachdem die Entscheidung für iPhysics gefallen war, erfolgte die Implementierung der Software. Im ersten Schritt wurde beim Maschinenbauer die Schnittstelle zur CAD-Datenbank installiert und eingerichtet. Anschließend zeigte der Softwareanbieter im Rahmen eines einwöchigen Trainingsprogramms für Konstrukteure und Steuerungstechniker die Möglichkeiten von iPhysics. "Ab da konnten wir selbständig in größerem Umfang mit der Simulationssoftware arbeiten", bestätigt Weiermair. Anforderungen wie die Datenbankschnittstellen und die Schnittstelle zur Siemens-Steuerung wurden schnell umgesetzt und auch Vereinfachungen sowie fertige Funktionsbausteine integriert. Nachdem zum damaligen Zeitpunkt noch keine virtuelle Inbetriebnahme für die Sinumerik 840 Dsl seitens Machineering vorhanden war, stellte Sema eine solche Steuerung bereit. Der Softwareanbieter entwickelte daraufhin eine Schnittstelle zum Simulations-Tool. Ebenso wurde die Schnittstelle und Datenmigration zur CAD-Datenbank von PTC Creo Modelling and Modellmanager entwickelt.
Alles in allem hat es Sema geschafft, Simulation und virtuelle Inbetriebnahme tief in die Prozesse zu integrieren. Derzeit kommt iPhysics in verschieden Unternehmensbereichen zum Einsatz. So wird in der mechanischen Konstruktion ein digitaler Zwilling erzeugt sowie Software in the Loop Simulation SIL umgesetzt, um Abläufe der geplanten Maschine bereits im Entwicklungsstadium zu testen. Im Bereich Steuerungstechnik nutzt der Maschinenbauer iPhysics für die virtuelle Inbetriebnahme sowie für Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) zur Unterstützung von Softwareerstellung und -test am digitalen Zwilling. Diese HIL-Simulation wurde aber mittlerweile abgelöst. "Mittlerweile erfolgt die Softwareerstellung und Simulation in einer virtuellen Steuerung", erklärt Weiermair und resümiert: "Digitale Simulation und VIBN sind absolut empfehlenswert und sinnvoll, gerade auch für kleinere und mittlere Unternehmen. Bei regelmäßigem und übergreifendem Einsatz im Engineering stellt sich zeitnah Benefits in Form von Qualitätsverbesserung der Software und Abläufe, Durchlaufzeitverkürzung oder der Reduzierung von Engineering-Fehlern heraus."
Gerade die virtuelle Inbetriebnahme unterstützt die Kommunikation mit den Kunden während des gesamten Engineering-Prozess. Entwicklungsschritte können visualisiert und den Kunden präsentiert werden. Derzeit setzt Sema noch keine Floating-Lizenzen ein. Eine Umstellung soll aber im Zuge des erweiterten Einsatzes von iPhysics erfolgen, um die effizientere Nutzung der Lizenzen in verschiedenen Engineering-Bereichen zu ermöglichen.
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 6 (Juni) 2023 - 19.06.23.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
