Erfolgsmodell Simulation: Vorab simuliert - Effizienter automatisiert

Ist Simulation sinnvoll oder Spielerei?

Das fragen sich viele, die sich zum ersten Mal mit dem Thema befassen. Für die blue automation GmbH sind Simulation und virtuelle Inbetriebnahme längst Türöffner im Dialog mit Kunden. Weil der digitale Ansatz Risiken minimiert und die reale Inbetriebnahme um teils mehr als die Hälfte verkürzt.

Mehr Funktionalität einbringen und dabei die bisherige Taktzeit deutlich reduzieren, Qualität nachweisen und produktiver werden – das war die Idee eines Automobilzulieferers beim Erweitern einer bestehenden Verpackungsanlage für Pumpenteile. Und die Maßgabe an dessen Automatisierer und Systemintegrator, die blue automation GmbH aus Rennerod. Konkret waren eine zusätzliche Drehmomentkontrolle samt prozesssicherer IO/NIO-Strategie zu integrieren und dabei ein effizienterer Gesamtablauf zu realisieren. Lösungsansatz der Westerwälder: zwei interagierende Handling-Roboter, die die Teile aus Trays aufnehmen, nacheinander in eine Reinigungs- und zwei Prüfstationen einlegen, Schlecht- und Gutteile separieren und nur letztere kontrolliert in Verpackungsröhren des Endkunden eingelegt. Daneben brauchte auch das Bedienkonzept des Gesamtsystems ein Facelift

blue automation GmbH

Die 2013 als „One-Man-Show“ gestartete blue automation GmbH hat sich zu einem global agierenden Automatisierer und Systemintegrator entwickelt.

Mit einem über 30-köpfigen Ingenieurteam in Rennerod, einer Niederlassung in Indien, einem Büro in China und einem Partnerunternehmen in den USA, reicht das Leistungsportfolio für Maschinenbauer von der Hardware-Planung über das Software-Engineering für SPS-, Antriebs- und Visualisierungssysteme, zum Roboter-Engineering bis zur Simulation und virtuellen Inbetriebnahme.

Zum Kundenstamm zählen Unternehmen der Branchen Automobil, Verpackung, Pharma und Chemie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Umwelttechnik.

 

Von links: Thomas Grahl, Geschäftsführer und Kevin Spörl, Head of Virtual Commissioning bei blue automation GmbH

Simulation in der Automatisierung - Früh übt sich: Potenzial erkannt und investiert

Für die Spezialisten von blue automation ein weiteres prädestiniertes Projekt für eine vorherige Simulation samt virtueller Inbetriebnahme. Für Geschäftsführer Thomas Grahl und Software-Entwickler Kevin Spörl war vor drei Jahren die Zeit reif für den Einstieg in die Digitalisierung von Anlagen am PC. Das darin schlummernde Potenzial hatten beide erkannt und gepackt. Die Systemfrage konnte eine Testversion des NX Mechatronics Concept Designers (MCD) von Siemens gegen starke Konkurrenz für sich entscheiden. Im Fokus dabei: wie funktional, flexibel, offen und durchgängig ist der Ansatz. Insbesondere in puncto Kollisionsanalyse und Kinematisierung konnte der NX MCD punkten. Auch periphere Aspekte wie Supportkapazität, Globalität und Zukunftsaussichten waren entscheidungsrelevant. Die einfache Anbindung an das Engineering Framework Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) beziehungsweise weiterer Tools von Siemens ließ schließlich kaum eine andere Wahl. „Das beste Gesamtpaket bot und bietet uns Siemens“, sind sich beide einig. 

 

Seither hat blue automation reichlich Erfahrung mit unterschiedlichen Setups gesammelt und erstellt immer komplexere Simulationen. Je umfangreicher, umso größer der Nutzen, so die Erkenntnis. Überzeugte Nutznießer sind Maschinenbauer verschiedener Branchen, zunehmend aus dem automobilen Umfeld. Gerade dort sind die virtuelle Inbetriebnahme aber auch Simulation in anderen Phasen des Lebenszyklus immer häufiger in Lastenheften zu finden, um Prozesse frühzeitig abzusichern.

Skalierbare Szenarien (für alle Ansprüche)

Allein durch die Interaktion des kinematisierten Modells in NX MCD, hier samt Roboterwegen,  und dem SPS-Programm im virtuellen SIMATIC Controller S7-PLCSIM Advanced, lassen sich Bewegungsabläufe austesten, optimieren und Anlagen virtuell in Betrieb nehmen. Wie SIMATIC Controller sind auch SINAMICS Umrichter und SIMOTICS Servomotoren als Software- und/oder Hardware-in-the-loop einzubinden und mit Hilfe bewährter Technologieobjekte sehr realitätsnah simulierbar. Über die Simulationsumgebung SIMIT und standardisierte Schnittstellen sind darüber hinaus weitere Controller sowie Robotersteuerungen führender Anbieter einfach zu integrieren. So lassen sich auch komplexe heterogene Lösungen detailliert untersuchen. Mit einem digitalen oder realen SIMATIC HMI-Gerät (Human Machine Interface) wird auch das Bedienen und Beobachten simulierbar – übrigens auch eine smarte Alternative für das Operator Training abseits der produzierenden Anlage.

"Der anfängliche Mehraufwand lohnt sich und bringt längst in jedem einzelnen Fall echten Mehrwert. Mit unserer Simulationserfahrung kommen wir schneller zu qualitativ hochwertigen, fehlersicheren Programmen und Anlagen."

Thomas Grahl, Geschäftsführer blue automation GmbH

Am digitalen Zwilling optimieren

Der digitale Zwilling ist ein virtuelles Abbild der zu automatisierenden Anlage, generiert aus 3D-CAD-Daten. Überführt in den NX Mechatronics Concept Designer und „kinematisiert“, das heißt in wesentlichen Teilen mit physikalischen Eigenschaften versehen und digital „verfahrbar“ gemacht, lassen sich komplexe Bewegungsabläufe im Modell ausführen, analysieren und aufeinander abstimmen. Ohne dabei Gefahr zu laufen, dass Teile miteinander kollidieren und beschädigt werden. Beim herkömmlichen Entwicklungsprozess müssten Teile gefertigt, montiert und getestet werden, mitunter in mehreren Schleifen. Mit entsprechend langen Produktentwicklungs- oder Stillstandszeiten – ergo Produktionsausfällen, auch in Folgeprozessen.

"In der erstellten Simulation konnten wir im aktuellen Projekt insbesondere das Zusammenspiel und die Arbeitsteilung der beiden Roboter so feinjustieren, dass ein schneller, stabiler und kollisionsfreier Prozess gewährleistet ist."

Kevin Spörl, Head of Virtual Commissioning bei blue automation GmbH

Dabei haben sich auch konstruktive Anpassungen der Greifer ergeben, die bei klassischer Vorgehensweise wohl erst viel später entdeckt worden wären. Diese mechanisch-kinematische Absicherung ist oft allein den Aufwand wert. Weil dabei frühzeitig Dinge sichtbar werden, die statische Ansichten nicht offenbaren können. Gerade in frühen Phasen des Lebenszyklus neuer Projekte schafft eine Simulation Vertrauen und gibt beiden Seiten mehr Sicherheit, weil Entwicklungsrisiken erkannt und minimiert werden. Im konkreten Fall wurden die Ziele maximale Prozesssicherheit, Qualität und Produktivität voll erreicht. Die Taktzeit konnte von zuvor über 40 auf unter 20 Sekunden verkürzt, also mehr als halbiert werden. Und es gehen nur IO-getestete Teile zum Kunden.

Simulation in der Automatisierung – sicherer und Zeit sparend

Hinzu kommen die Vorteile von Simulation der Automatisierungslösung am Modell. An erster Stelle der, mit einem gut strukturierten, sehr weit ausgereiften Programm in die reale Inbetriebnahme beim Anwender zu gehen. Das erspart viel Prüfaufwand und späte Programmänderungen unter Zeitdruck und führt somit schneller zum Produktionsstart. „Unsere Inbetriebnehmer gehen einfach mit einem sichereren Gefühl in die oft heiße Endphase“, sagt Thomas Grahl. Bei diesem Projekt habe selbst der durch Simulation optimierte Robotergreifer auf Anhieb perfekt funktioniert, was den eigenen Roboterspezialisten zufolge typischerweise immer ein gewisses mechanisches Feintuning erfordere. 

 

Alles in allem hat das die reale Inbetriebnahme der Anlage um mehr als die Hälfte verkürzt. Und einmal mehr einen kritischen Kunden überzeugt. Künftige gemeinsame Projekte sollen immer einschließlich vorausgehender Simulation und virtueller Inbetriebnahme umgesetzt werden. Ein erstes Folgeprojekt ist bereits angelaufen.