Digitaler Zwilling: Wenn die smarte Fabrik greifbar wird

Das ist neu: Ein Hersteller von Spanntechnik und Greifsystemen hilft Anlagenbauern und Anwendern, mit digitalen Zwillingen ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen. So lassen sich vom Engineering über die Inbetriebnahme der Anlage bis hin zu deren Performance alle Prozessschritte virtuell simulieren und testen.

Weltweit stehen Firmen des Maschinen- und Anlagenbaus, Zulieferer und Komponentenhersteller vor derselben Herausforderung: Sie müssen ihren Kunden eine größere Produktvielfalt bei immer stärkerer Individualisierung bieten und immer häufiger neue Produkte auf den Markt bringen. Das erfordert hochflexible Anlagen, die sich für neue Teilegenerationen schnell und problemlos umrüsten lassen. 

 

Medienbruchfrei digitalisierten Engineeringprozessen kommt dabei eine entscheidende Bedeutung zu, ist Marcel Nagel, Head of Product & Portfolio Management for digital Products & product-related Services bei der Schunk GmbH & Co. KG, überzeugt: „Das digitale Abbild einer Anlage erlaubt es, während diese noch die aktuelle Teilegeneration produziert, bereits durch Simulation herauszufinden, welche Auswirkungen die nächste Generation auf das Konzept der Anlage hat.“

Die smarte Fabrik in Reichweite

Das wissen auch die Kunden des Weltmarktführers für Spanntechnik und Greifsysteme aus Lauffen am Neckar: Anlagenbauer, Integratoren und Anwender verschiedenster Branchen: „Zunehmend tragen sie die Forderung nach virtueller Planbarkeit an uns als Komponentenhersteller heran und wir tragen dem Rechnung“, sagt Nagel.

 

Seit vielen Jahren arbeitet Schunk bereits mit CAD-Modellen der Komponenten für die mechanische und elektrische Konstruktion. Inzwischen setzt das Unternehmen digitale Zwillingen für die virtuelle Inbetriebnahme und darüber hinaus ein. „Wir selbst als produzierendes Unternehmen haben an einer hochmodernen IT-Landschaft gearbeitet, um bereit für die Digitalisierung zu sein und ein intelligentes Datenmanagement aufzubauen. Denn wir streben unsere eigene smarte, virtuelle Fabrik mit durchgängig digitalisierter Wertschöpfungskette ebenso an wie unsere Kunden. So schaffen wir einen Mehrwert, den wir an unsere Kunden weitergeben können“, verdeutlicht Nagel.

 

Unsere Kunden fordern zunehmend die virtuelle Planbarkeit und wir tragen dem Rechnung.
Marcel Nagel, Head of Product & Portfolio Management for digital Products & product-related Services, Schunk GmbH & Co. KG

Produkt, Produktion und Performance

Siemens ist Schunk dabei ein wichtiger Partner. Als man im Jahr 2015 in einem Benchmarking nach einem Hersteller von Simulationssoftware für das virtuelle Engineering suchte, habe lediglich Siemens ein über alle Produktlebensphasen hinweg durchgängiges System angeboten, wie Nagel betont. Ausgehend vom Mechatronics Concept Designer (MCD) arbeitet Schunk seither für die Kunden konsequent an der Digitalisierung von Produkt, Produktion und Performance. 

 

Eine wichtige Rollen spielen dafür auch das TIA Portal mit Funktionsbausteinen und PLCSIM Advanced zur zielgerichteten Simulation von Controllern sowie das cloudbasierte, offene IoT-Betriebssystem MindSphere. „Das riesige Potential der Digitalisierung ist noch gar nicht abzusehen und deckt ohne Medienbrüche sämtliche Produktlebensphasen ab: vom Engineering über die Inbetriebnahme und den Betrieb der Anlage vor Ort beim Kunden bis hin zu Service und Wartung“, sagt Nagel.

Durchgängige Abbilder aller Produktlebensphasen

Konkret heißt das: Zum Bibliotheksmodell der digitalen Zwillinge der standarisierten mechatronischen Greifsystemkomponenten in der Simulationsumgebung des MCD kommt zunächst nahtlos die Modellierung der Steuerungswelt in PLCSIM Advanced mit TIA Portal-Funktionsbausteinen. Das erlaubt die Simulation der Produktion als Ganzes und somit die virtuelle Inbetriebnahme der Anlage vor der realen, angepasst auf die jeweilige Zielsteuerung. Fehler, Risiken und Aufwand bei der realen Inbetriebnahme lassen sich auf diese Weise verhindern beziehungsweise entscheidend minimieren.

 

Läuft die Anlage dann, wird auch ihre Performance virtuell abgebildet - es entsteht sozusagen der dritte Teil des digitalen Zwillings in MindSphere. Auch damit hat das Unternehmen Schunk – das mit der Schunk Electronic Solutions GmbH, die  Nutzentrenner herstellt, selbst einen Maschinenbauer in der Unternehmensgruppe hat und damit sein eigener „Lead User“ ist – erste Erfahrungen gesammelt. Von diesen wird vor allem der zunehmend wichtige Geschäftsbereich Service profitieren. 

 

Mit entsprechender Sensorik wird Schunk mittelfristig alle seine Komponenten befähigen, bestimmte Prozessdaten zu erfassen. Diese lassen sich dann über MindSphere-Apps analysieren. „Wir sind sicher, dass wir dadurch unseren Kunden einen echten Mehrwert bieten können.“ Nagel denkt hier etwa an die Wartung: „Dank solcher Datenanalysen müssen die Anlagen seltener gewartet werden, nämlich nur dann, wenn es wirklich notwendig ist.“

Und die durchgängige Digitalisierung eröffnet noch mehr Chancen: „Im Simulationsumfeld lassen sich Sollwerte beispielsweise für die Greifkraft in einer bestimmten Anwendung ermitteln, die wir dann mit den realen Werten im Betrieb vergleichen können“, so Nagel. „Stimmen beide nicht überein, weiß der Kunde, dass er etwas verändern muss und kann so Anlagenstörungen oder gar Ausfällen vorbeugen.“

Einsteigerpaket geschnürt

Schunk bietet interessierten Kunden zu den Hardwarekomponenten ein Software-„Einsteigerpaket“ mit Komponentenbibliothek digitaler Zwillinge sowie Support bei der Nutzung innerhalb des MCD – somit „alles aus einer Hand.“ Diese können anhand einer Demobaugruppe spielend lernen und testen, ob und wie sich ihr Engineering-Aufwand dank virtueller Simulation tatsächlich vermindert – und ob sich der Kauf der Software-Vollversion für sie auszahlt.

Smarte Greifer

Nicht nur das Engineering, auch die Komponenten selbst wandeln sich bei Schunk im Zuge der Digitalisierung und werden mit Edge Computing, wie beispielsweise Industrial Edge, zu „smarten Greifern“. Ergänzend und in Verbindung mit Cloud Computing können dank entsprechender Hard- und Software beispielsweise vom Greifer ermittelte zeitkritische Prozessdaten dezentral direkt vor Ort vorverarbeitet werden. „So kann der Kunde dann zum Beispiel sofort erkennen, wann sich eine Störung ankündigt, und korrigierend eingreifen“, gibt Nagel ein Beispiel. 

Zum Edge Computing zählt er auch Künstliche Intelligenz (KI): In Verbindung mit einer Kamera erlauben neuronale Netze smarten Komponenten, das Greifen unterschiedlicher, wechselnder Objekte ohne Vorprogrammierung selbst zu erlernen. „Das hat Charme, und wir sehen in KI ein großes Potential, Greifvorgänge weiter zu optimieren.“ Die smarte Fabrik ist also nicht mehr fern – sondern bereits in greifbarer Nähe.

31.01.2019

Picture credits: Siemens AG / Schunk GmbH & Co. KG

Das 1945 als mechanische Werkstatt gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Lauffen am Neckar ist heute weltweiter Kompetenzführer für Greifsysteme und Spanntechnik. 3.400 Mitarbeitende in neun Werken und 34 eigenen Ländergesellschaften sowie Vertriebspartner in über 50 Ländern sorgen für eine intensive Marktpräsenz. Mit über 11.000 Standardkomponenten bietet Schunk das weltweit größte Portfolio in der Greif- und Spanntechnik. Zum Kundenkreis zählen unter anderem das „Who is Who“ des Maschinen- und Anlagenbaus, der Robotik, Automatisierung und Montagehandhabung sowie alle namhaften Automobilmarken und deren Zulieferer.

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