Maschinenentwicklung mit digitalem Zwilling

manroland Goss verkürzt per digitalem Zwilling die Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeit.

Herausforderungen

Effizienz, Qualität und Kosten

In der Druckindustrie herrscht verschärfter Konsolidierungs- und Wettbewerbsdruck, der den Druckmaschinenherstellern mehr denn je abverlangt. Nicht nur im Verpackungsdruck setzen zunehmend kleinere Losgrößen und entsprechend häufige Produktionswechsel kürzeste Rüstzeiten voraus. Gleichzeitig fordern die Betreiber konstant hohe Druckqualität und höchste Anlagenverfügbarkeit zu optimierten Kosten. Die hochkomplexen Systeme müssen in kürzester Zeit produktionsreif sein, dann schnell und dauerhaft zuverlässig laufen. Wer dabei wettbewerbsfähig bleiben will, muss insbesondere die Entwicklung und Inbetriebnahme effizienter gestalten und die Time-to-Production verkürzen.

Durchgängiger Automatisierungsstandard für Neu und Alt

Komplexe Drucklösungen beinhalten neben der eigentlichen Druckmaschine diverse Gewerke für die Vor- und Nachbearbeitung. Diese kommen mitunter von verschiedenen Herstellern und müssen zu einem perfekt funktionierenden Ganzen integriert werden. Das erfordert einen durchgängigen, vereinheitlichten Automatisierungsstandard sowohl für neue als auch zahlreiche Retrofit-Anlagen.

Schnell zu höchster Produktivität

Umfangreiche Druckanlagen können erst beim Anwender aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Dabei gilt es einen sicheren Produktionsanlauf und schnell die zugesicherte Produktivität und Verfügbarkeit zu realisieren.

Aufwand mit Standards reduzieren

Mehr Schnittstellen, mehr Aufwand. Wer viele verschiedene Gewerke integrieren muss, weiß aufeinander abgestimmte Automatisierungskomponenten aus einer Hand zu schätzen. Effizienz vom Einkauf bis zum Ersatzteilwesen muss hier das Ziel sein.

Über manroland Goss

Rollenoffset-Drucktechnologie für den Weltmarkt

manroland Goss ist der führende Anbieter von Rollenoffset-Drucktechnologie für alle Anwendungen vom Zeitungs- über den Illustrations- bis zum Verpackungsdruck. Dabei haben die Augsburger immer das Ganze und den Gesamtlebenszyklus der Systeme im Blick: von der Materialwirtschaft bis zum versandfertigen Produkt, von der Entwicklung bis zum Service.

 

Der Druckmaschinenbauer setzt seit mehr als 20 Jahren – und in Zukunft praktisch durchgängig – auf Automatisierungs-Hardware sowie Software-Lösungen von Siemens. Gleichzeitig profitiert er von der umfassenden Branchenkompetenz und der weltweiten Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Support seines Ausrüsters.

 

Jüngster Meilenstein auf dem gemeinsamen Weg in die Zukunft ist der Einstieg in die Digitalisierung von Entwicklungsprozessen, in die virtuelle Auslegung, Simulation und Optimierung von Aggregaten und Abläufen bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme im eigenen Haus.

Die Zusammenarbeit mit Siemens ist für uns seit jeher ein Garant für performante Automatisierungslösungen. Der gelungene Einstieg in die Digitalisierung ist der Schlüssel zum Erfolg in der Zukunft.
Franz Kriechbaum, Geschäftsführer manroland Goss
Lösung

Digitalisiert in die Zukunft

manroland Goss hat die Zeichen der Zeit erkannt und entwickelt zunächst periphere Anlagenteile in einem rein digitalen Workflow. Erste konkrete Anwendung ist ein Rollentransportsystem mit mehreren Trolleys, Förderstrecken und Drehtischen zur Versorgung einer oder mehrerer Druckeinheiten.

Vom 3D-Modell zum digitalen Zwilling

Erster Schritt zum digitalen Zwilling ist der Import des 3D-Modells der Anlage in den NX Mechatronics Concept Designer von Siemens und die „Kinematisierung“ relevanter Elemente. Damit werden unter anderem Antriebe dimensioniert, kinematische und dynamische Eigenschaften festgelegt, Kollisionsbereiche definiert und Bewegungsabläufe simuliert.

 

Über PLCSIM Advanced können virtuelle Controller generiert und PLC-Programme komfortabel ausgetestet, optimiert und die Automatisierungslösung vorab virtuell in Betrieb genommen werden. Die Simulationsplattform SIMIT ermöglicht auch die Einbindung realer SIMATIC Controller oder HMI-Geräte in die Simulation.

Parallelisiertes Arbeiten

Der digitalisierte Ansatz verändert den konventionellen, sequenziellen Entwicklungsprozess und ermöglicht paralleles Arbeiten aller Beteiligten an einem Projekt: Designer, Mechanik- und Elektrokonstrukteure und auch Programmierer.

 

Jetzt gilt es, den digitalen Workflow zu verinnerlichen, zu perfektionieren und bei der Entwicklung künftiger Gewerke gewinnbringend zu nutzen.

Rollenoffset-Druck in Höchstgeschwindigkeit

Die Maschinenreihe Varioman ist als Plattform konzipiert und setzt im Kern auf offset-basierende, formatvariable, kosteneffiziente Druckwerke. Dazu können bei Bedarf Tief-, Flexodruck- und weitere Einheiten integriert werden, was die Reihe hoch flexibel macht. Das hat auch der Betreiber einer neuen Fabrik für Tiefkühlverpackungen erkannt und eine „Varioman c:line“ für den Kartonagendruck ins Herz seiner Produktion gestellt. Bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 400 m/min und einer Bahnbreite bis 1.300 mm wird die Linie über 2.500 Pizzaschachteln in der Minute bedrucken. Motivwechsel in unter vier Minuten machen auch die Fertigung kleinerer Losgrößen wirtschaftlich.

Automatisierungstechnik aus einer Hand

Maßgeblichen Anteil daran hat auch das Automatisierungskonzept 2020, das auf durchgängiger Steuerungs- und Antriebstechnik von Siemens basiert. Kernkomponenten sind fehlersichere Controller SIMATIC S7-1500F als Ablauf- und Druckwerksteuerung, ein unterlagerter Motion Controller für hoch präzise und dynamische Bewegungsführung sowie bewährte Umrichter SINAMICS S120 und SINAMICS S210. Letztere sind für den Betrieb mit besonders kompakten Servomotoren SIMOTICS S-1FK2 konzipiert, die dank One-Cable-Connect auch unter beengten Platzverhältnissen in den Druckwerken schnell montiert werden konnten. Komplettiert wird der zukunftssichere Ansatz durch SIMATIC HMI-Geräte zur lokalen Visualisierung. Verbindende Klammer ist das integrierte Engineering aller Komponenten im TIA Portal.

Weniger Aufwand dank Safety Integrated

Die SIMATIC F-CPU und die fehlersicheren Baugruppen des dezentralen Peripheriesystems SIMATIC ET200SP integrieren Standard- und Safety-Funktionen in einem Gerät beziehungsweise einem Aufbau. Das erspart die bislang separate Sicherheitssteuerung und jede Menge Verdrahtungsaufwand, das heißt Kosten. Zudem sind Software-basierte Safety-Lösungen wesentlich flexibler und schneller umzusetzen.

Kundennutzen

Nahezu halbierte Inbetriebnahmezeit vor Ort

Schneller und sicherer am digitalen Zwilling

Der agile digitale Workflow bringt erhebliche Zeit- und damit Kostenvorteile.

 

Der iterative Prozess eliminiert schon in einem frühen Entwicklungsstadium aufwandsarm Fehler, so dass Programme mit einem deutlich höheren Reifegrad als bisher die reale Inbetriebnahme verkürzen. Schon beim ersten Digitalisierungsprojekt „Rollentransport“ rechnen die Entwickler mit einer Verkürzung der Inbetriebnahmezeit von 20 bis 25 Mannwochen um mindestens 10 Mannwochen. Das bedeutet annähernd eine Halbierung im Vergleich zum herkömmlichen Procedere bei einem deutlich sichereren Produktionsanlauf.

 

Das reduziert Risiken und führt schneller zur sicheren Druckproduktion. Die Simulation erlaubt zudem vereinfachte Vergleiche verschiedener Lösungsansätze. In diesem Fall konnte so der Nachweis erbracht werden, dass die bevorzugte Lösung den Rollennachschub zuverlässig gewährleisten kann.

 

Generell sind am digitalen Zwilling auch Trainings möglich, so dass Instandhalter und Bediener jederzeit abseits der laufenden Produktion geschult werden können. Auch im Vertrieb ergeben sich daraus gänzlich neue Möglichkeiten.

Ganz konkret rechnen wir schon beim ersten Digitalisierungsprojekt mit einer Verkürzung der Inbetriebnahmezeit von 20 bis 25 Mannwochen um mindestens 10 Mannwochen.
Roland Schmidberger, Leiter Software-Entwicklung manroland Goss

Technologie aus einer Hand

Mit seinem neuen Automatisierungskonzept 2020 setzt manroland Goss künftig praktisch durchgängig auf Hard- und Software von Siemens. Das reduziert Aufwände über den gesamten Lebenszyklus der Anlagen. Angefangen bei der Single-Source-Beschaffung, über das durchgängige Engineering aller Komponenten im TIA Portal, die Diagnose im laufenden Betrieb, bis zur gesicherten Ersatzteilversorgung rund um den Globus.

Auch Themen wie die Normung neuer Technologien stehen bei einem großen Partner wie Siemens mindestens ein Jahr früher auf der Agenda, so dass wir die entsprechenden Produkte früher implementieren und davon profitieren können.
Thomas Stoll, Vice President Procurement, manlorand Goss