Ein Modell zum Anfassen

Es ist eine wahre Zwickmühle, die der Senior Operator von Kautex Textron beschreibt: Die neue Anlage soll schnell in Betrieb gehen und danach hochproduktiv arbeiten. Gleichzeitig müssen aber Mitarbeiter an der Maschine geschult werden – und das kostet Zeit. Der Ausweg aus diesem Dilemma: Ein digitaler Zwilling für Training und Inbetriebnahme.

Jetzt bekommen die Mitarbeiter bei der KAUTEX TEXTRON GMBH & CO. KG des Öfteren „virtuellen Besuch“, wie uns ein Mitarbeiter erklärt. Er ist Senior Operator im Bereich neue Produkte und war für die Entwicklung des digitalen Zwillings verantwortlich. „Das heißt: Wir bringen eine interaktive, voll funktionsfähige Trainingsumgebung direkt zu den Mitarbeitern in unseren Werken, wo sie sich in einer realitätsnahen Umgebung mit der Bedienung und Wartung der Anlage vertraut machen können – und zwar völlig unabhängig davon, ob diese Maschine erst noch aufgebaut oder in Betrieb genommen werden muss oder bereits läuft.“ Bislang musste für die Schulung während der Inbetriebnahme oder die Einarbeitung neuer Mitarbeiter Zeit an der physischen Maschine vorgesehen werden – „und das verträgt sich schlecht mit der Anforderung, dass unsere Anlagen absolut produktiv arbeiten müssen“, so der Senior Operator weiter. „Deswegen haben wir uns mit Alternativen beschäftigt, wie wir das Training gefahrlos und mit geringeren Kosten durchführen können.“

KAUTEX TEXTRON GMBH & CO. KG

Kautex Textron GmbH & Co. KG ist eine Tochtergesellschaft des Multi-Industriekonzerns Textron Inc. und gehört zu den 100 umsatzstärksten Automobilzulieferern weltweit. Das Unternehmen ist führender globaler Zulieferer für Hybrid- und konventionelle Kunststofftanksysteme, Selective-Catalytic-Reduction-Systeme (SCR), sowie Kamera- und Sensor-Reinigungs-Systeme. Unser Leistungsspektrum umfasst darüber hinaus die Produktion von Nockenwellen, Gussteilen, sowie Kunststoffverpackungen für die unterschiedlichsten Branchen. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Bonn besitzt und betreibt mehr als 30 Werke in 14 Ländern weltweit.

Der Digitale Zwilling: Ein interaktives, realitätsgetreues Modell der Anlage

Für den Senior Operator war schnell klar, dass dazu die Möglichkeiten der Anlagenmodellierung genutzt werden konnten. „Bei Projektbeginn standen wir bereits in einem regen Austausch mit Siemens, die uns die Möglichkeiten im Bereich des digitalen Anlagenzwillings vorgestellt haben. Trotzdem hatten wir einige Bedenken, ob und wie wir eine möglichst interaktive und wirklichkeitsgetreue Simulation der Anlage realisieren können.“ Deswegen entschied sich KAUTEX TEXTRON, gemeinsam mit Siemens zunächst einen Proof-of-Concept zu erstellen, für eine typische Produktionsmaschine, mit der Kunststoffbehälter für Kraftstoffe geformt werden. Zunächst erstellten die Siemens-Experten Grundmodellierung – „das war der erste Meilenstein, in dem wir den Trockentakt der SPS abbildeten“, erinnert sich der Senior Operator. Danach wurden die Anwender in das Projekt einbezogen, die ihre Anforderungen und ihr Feedback einbringen konnten. „Auf diese Weise haben wir aus dem Trockentakt einen Prozesstakt gemacht, in dem wir sämtliche Bewegungen am Equipment, Störungen, und das Verhalten des zu bearbeitenden Modells berücksichtigen.“

Die Simulationsumgebung interagiert mit der realen Welt

Dabei hatte das Team um den Senior Operator einige Herausforderungen zu bewältigen. Zum einen die Komplexität des Maschinenmodells, für die auch eine Kopplung zwischen dem Verhaltensmodell der Anlage und dem Robotermodell geschaffen werden musste. Zum anderen stand das Projekt unter einem großen Zeitdruck, da die Simulationsumgebung zu einem fixen Termin dem Management präsentiert werden musste: „Hier hat sich die Zusammenarbeit mit einem strategischen Partner bewährt – so sind zum Beispiel in der SIMIT Simulationsumgebung bereits alle Automatisierungskomponenten von Siemens hinterlegt, sodass wir das Verhaltensmodell mit deutlich weniger Aufwand erstellen konnten.“

 

Im Verhaltensmodell in SIMIT laufen sowohl die Daten aus SIMATIC S7-PLCSIM Advanced als virtueller SPS als auch aus dem Mechatronics Concept Designer als Modell des physikalischen Anlagenverhaltens zusammen. Über eine Schnittstelle integriert SIMIT zudem das Robotermodell in die Simulation. „Ein weiterer Knackpunkt war dann noch die Simulation der Anlagenbedienung, die so nah wie möglich an der realen Bedienperipherie sein sollte“, ergänzt der Senior Operator. „Hier haben wir ebenfalls eine gute Lösung gefunden, das in der Simulation abzubilden. Alternativ können wir aber auch die realen SIMATIC HMI Komponenten über unseren SIMATIC IPC anbinden.“

Während einer Inbetriebnahme in einem Werk in Japan haben wir durch die Simulationsumgebung rund 40% des Aufwands vor Ort eingespart. Es rechnet sich.
Senior Operator Neue Produkte, KAUTEX TEXTRON GMBH & CO. KG

Überzeugte Anwender und ein beeindrucktes Management

Der Aufwand hat sich gelohnt: Mittlerweile wurden bereits zahlreiche Anwender am digitalen Zwilling geschult, „und die Kollegen sind begeistert, wie nah das Modell an der realen Maschine ist, und welchen Detailgrad wir in der Simulation bieten“, berichtet der Senior Operator. Schwerpunkt der Anwendung ist dabei das Training der Mitarbeiter in den Produktionen, aber auch bei der Inbetriebnahme leistet die Simulation wertvolle Unterstützung. „Natürlich muss man im Vorfeld mehr Aufwand in ein Projekt investieren, um das Modell zu entwickeln. Aber dadurch haben wir in einem konkreten Fall während einer Inbetriebnahme in einem Werk in Japan rund 40% des Aufwands vor Ort und rund 10.000 € an Spesen eingespart. Es rechnet sich.“

 

Und nicht nur die Anwender sind begeistert, so der Senior Operator. „Auch unser Management war schnell überzeugt. Als wir das Modell vorgestellt und gezeigt haben, wie wir hier im Modell mit einer funktionsfähigen SPS interagieren und die Komponenten zusammenspielen, wurde klar, welche Möglichkeiten sich daraus ergeben. Jetzt haben wir die volle Unterstützung dafür, das Modell wo immer möglich einzusetzen.“

Impulse für neue Anwendungen

Diesen „Wow-Moment“, wie der Senior Operator es nennt, kann er persönlich gut nachvollziehen. „Ich beschäftige mich seit 20 Jahren mit dem Thema Simulation. Wenn ich jetzt sehe, dass wir unser Modell mit einer 3D-Anwendung koppeln können, sodass ich gefahrlos in einer Roboterzelle stehen und mir die Bewegungen in Abhängigkeit vom echten SPS-Programm ansehen kann – das ist wirklich faszinierend.“ Daraus ergeben sich für den Senior Operator auch weitere Anwendungsmöglichkeiten, „etwa für Remote Assist bei der Instandhaltung. Hier kann ich dem Anwender über eine Hololens im Modell den Ort des Fehlers highlighten, ohne dass ich dazu Expertensupport brauche.“ Doch zunächst müssen sich der Senior Operator und sein Team um den Rollout der Simulationsumgebung kümmern. „Nach Deutschland und den USA steht als nächstes der breite Einsatz in Asien auf dem Programm. Außerdem möchten wir unsere Lieferanten in die Entwicklung der Modelle mit einbeziehen“, erklärt er und ergänzt lachend: „Und dann können Sie natürlich auch immer das Modell verfeinern. Es wird uns also nicht langweilig.“