Digitaler Zwilling der Maschine

Konstruktion, Elektroplanung und Automatisierung ziehen zeitgleich an einem Strang

Um die Anforderungen der Kunden zu erfüllen, entwickelte der norwegische Maschinenbauer Tronrud Engineering in enger Zusammenarbeit mit Siemens einen innovativen Prototyp. Ziel war eine Maschine, die bei unverändertem Platzbedarf 300 Kissenbeutel pro Minute in Kartons packen kann und somit doppelt so schnell wie bisherige Maschinen ist.

Die Digitalisierung ist eine große Chance. Entscheidend ist, nicht die Herausforderungen zu fürchten, sondern die Vorteile zu sehen, die uns eine höhere Wertschöpfung ermöglichen.

Olav Tronrud, CEO Tronrud Engineerung

Für die Entwicklung verwendete das Projektteam Teamcenter, NX  Mechatronics Concept Designer (MCD) und das Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) und SIMATIC S7-PLCSIM Advanced zur Erstellung von 3D-Modellen der Maschine und ihrer Teile sowie zur Simulation des Maschinenverhaltens.

Mit diesem virtuellen Abbild der Maschine – dem digitalen Zwilling – konnte parallel an Design, Mechanik und Programmierung gearbeitet werden. Tronrud Engineering konnte dadurch die Designphase um 10% und die Inbetriebnahmezeit um 25% senken was die Markteinführungszeit drastisch verkürzt hat.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Tronrud Engineering die weltschnellste Verpackungsmaschine entwickelte

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Virtuelle Inbetriebnahme

Wasser statt Cognac – so entspannt kann die Inbetriebnahme ablaufen

Die Inbetriebnahme einer neuen Maschine ist nervenaufreibend. Hier zeigt sich, ob vorher in allen Bereichen optimal gearbeitet wurde. Insbesondere, wenn mehrere Kinematiken interagieren müssen, kann es zu Kollisionen und Schäden kommen. Mit einer virtuellen Inbetriebnahme hat Tronrud Engineering dieses Problem vermieden.

Da alle Teile und elektrischen Schaltbilder sowie Automatisierungstechnik in vollständig virtuellen Umgebungen entwickelt wurden, ließen sich das Verhalten und das Zusammenspiel aller Komponenten mithilfe der digitalen Zwillinge selbst in frühen Entwicklungsstadien simulieren und testen. Kollisionen der Kinematiken gab es daher nur im Computer, als die Bewegungen mit dem NX Mechatronics Concept Designer getestet wurden. Die Inbetriebnahme-Phase konnte so um etwa 20 bis 25 Prozent verkürzt werden, was sich für Tronrud Engineering auszahlt: Die Reduzierung der Werkstattzeiten ermöglicht, mehr Maschinen zu produzieren.

 

Einziger kleiner Nachteil der virtuellen Inbetriebnahme ist der Wegfall eines selbstironischen Umtrunks. Früher gab es an jeder Maschine eine Tafel, auf der für jede Kollision ein Strich gemacht wurde. Die Striche wurden dann in Flaschen feinen Cognacs umgewandelt. Heute trinkt das Team nur noch Wasser.

Automatisierung

Innovationen auf dem Weg zur schnellsten Verpackungsmaschine

Bei der Entwicklung des Prototyps wurde schnell klar, dass eine deutliche Erhöhung des Arbeitstakts unter Beibehaltung des Flächenbedarfs älterer Maschinen nur durch grundlegende Änderungen an der neuen Maschine möglich war. Also nutzte Tronrud Engineering alle technischen Möglichkeiten aus.

Da die neue Maschine für unterschiedliche Beutel- und Kartongrößen geeignet sein sollte, mussten die Ingenieure im Inneren Platz schaffen. Daher wurden die früher verwendeten pneumatischen Motoren durch dezentrale SINAMICS S120M Servomotoren von Siemens ersetzt, was zugleich die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht. Zusätzliche Platzersparnisse wurden durch die Verwendung der fehlersicheren Steuerung SIMATIC S7-1500TF möglich, da keine zusätzliche Sicherheitshardware nötig und der Verkabelungsaufwand reduziert wird. 

Durch das Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) konnte Tronrud Engineering auch die Engineering-Effizienz steigern, da SPS, HMI und die Antriebstechnik in der gleichen Softwareumgebung bearbeitet werden konnten. Außerdem verwendete Tronrud Engineering den modularen Industriestandard PackML, den Siemens mit einem Template unterstützt. Dadurch kann der Code in künftigen Projekten einfach weiterverwendet werden. Dies führt zu spürbaren Zeiteinsparungen.

Spezifische Verpackungslösungen

End-to-End-Lösungen für die Verpackungsindustrie

Viele produzierende Unternehmen stehen derzeit vor Herausforderungen wie der Verkürzung der Time-to-Market, der Steigerung von Flexibilität und Effizienz sowie der Verbesserung der Produktqualität. So benötigt beispielsweise die Verpackungsindustrie schnellere Maschinen, die einen schnellen Design- und Produktwechsel ermöglichen und überdies einen geringeren Flächenbedarf haben.

Durch die Unterstützung des modularen Industriestandards PackML durch Siemens können Maschinenbauer zum Beispiel PackTags benutzen. Diese werden zusammen mit MindSphere, dem cloudbasierten, offenen IoT-Betriebssystem von Siemens, zur einfacheren Dokumentation und Datenanalyse verwendet. Die Auswertung von Maschinendaten führt zu neuen Erkenntnissen, die eine weitere Optimierung und Effizienzsteigerung der Maschinen ebenso ermöglichen wie die vorausschauende Wartung, die Tronrud Engineering seinen Kunden als neuen Service anbieten kann.

Spezialist für VerpackungstechnikAls Spezialist für die Verpackungsindustrie bietet Siemens zukunftssichere modulare Lösungen wie komplexe Bewegungsführung – sogar für die Serienfertigung in Losgröße 1.

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