Rätt från början – ÅF i Olofström effektiviserar med digitala tvillingar

Rätt från början – ÅF i Olofström effektiviserar med digitala tvillingar

Smart industri | Automationssimulering av diskret produktion med SIMIT och Process Simulate
Vill du veta mer?

Ann-Louise Lindmark

2018-06-18

ÅF-Industry i Olofström med enheten Advanced Manufacturing är på god väg mot Industri 4.0. och den digitala fabriken. I sina projekt för fordonsindustrin simulerar de automationsstyrningen och bygger upp digitala tvillingar av diskreta produktionslinjer med hjälp av simulerings- och träningsmjukvara från Siemens. ”Det är underbart att det finns smarta hjälpmedel även för automationsingenjörer.”

ÅF-Industry i Olofström är specialiserat på högautomatiserade och robotiserade produktionslinjer och -celler och fokuserar sedan starten 2002 – då som del av Epsilon; sedan 2013 som del av ÅF – på projektleveranser till främst fordonsrelaterade och tunnplåtsrelaterade producerande företag.

 

– Våra kunder har hög automationsmedvetenhet och är förändringsbenägna. Det tycker vi om. Vi har bedrivit verksamhet i Olofström i över 15 år och jobbar med att fullt integrera virtuellt arbete i den arbetsmetodik som vi har haft implementerad sedan start, säger Paul Jarnehäll, affärsområdeschef för Advanced Manufacturing på ÅF-Industry i Olofström.

 

Att jobba med fordonskunder innebär en nödvändighet av kort time-to-market.

 

– Vi är mycket pressade i tid. Vi jobbar med den industri som är mest aggressiv inom produktutveckling. Kunderna vill jobba länge med sina kundförändringar samtidigt som produkten behöver möta marknaden en viss tid. År 2020 ska det ta 20 månader för Volvo att utveckla en ny modell från design till marknad. Det ställer krav på oss. Det ska gå snabbt men samtidigt ska det vara flexibelt med många kundanpassningsmöjligheter, säger Paul Jarnehäll.

Simulering är en förutsättning för att vi ska lyckas i våra projekt

Gör arbetet på hemmaplan

När kunderna blir alltmer globala med produktionssajter i Kina och USA blir det viktigare att kunna göra så mycket som möjligt hemma på kontoret.

 

– Tack vare att vi använder simulering som hjälpmedel på hemmaplan kan vi jobba med kortare tidsaxel. Vi går från resursbaserat till projektbaserat arbetssätt och väljer ut vilka delar som blir sajtrelaterade respektive simulerade. Stor del av besiktningsarbetet kan göras redan innan i de simulerade produktionslinjerna, säger Anders Yngve, automations- och projektingenjör på ÅF-Industry i Olofström.

 

Även ombyggnadsprojekt har större press: projekt som tidigare tog sju veckor ska nu gå på tre veckor, inklusive testning.

 

– Vi såg hur de arbetade inom robotsidan där de hade större offlinemöjligheter och kunde göra mycket av arbetet på hemmaplan innan ett projekt. En robotprogrammeringskollega berättade att tiden för att införa en ny produkt i en ny linje som förut tog en vecka nu tar tre timmar tack vare att mycket av arbetat kan göras innan på kontoret. Vi började fundera på hur även vi skulle kunna korta tiderna genom att kapa tiden på sajten. Verifiera plc-kod kan man ju till exempel göra på hemmaplan. Vi ville göra mer rätt hemma för att undvika fel borta och få arbetat i bättre fas på tidsaxeln och därmed minska bördan på slutet, säger Robert Wyöni, simuleringsingenjör på ÅF-Industry i Olofström.

 

– Sedan starten 2002 har mjukvarorna i Tecnomatix från dåvarande UGS, nu Siemens PLM, varit en del av den arbetsmetodik som vi har gjort till vår och som på så många vis har bidragit till de stora framgångar vi har och har haft kopplat till de åtaganden vi genom åren genomfört. Sedan dess har det ju hänt mycket vad gäller processimulering, de verktyg som finns och deras förmåga. Men jag skulle ändå vilja påstå att det finns två viktiga händelser som rejält har ändrat på vyerna för vad man kan nyttja virtuella simuleringsverktyg till ur vårt perspektiv, säger Paul Jarnehäll och specificerar:

 

– Dels då Siemens köpte upp UGS, vilket gav PLM-produkterna en plattform och ett sammanhang, och senare den förändring som kom då Robcad försvann och Process Simulate, en av mjukvarorna i Tecnomatix, tog dess plats. Process Simulate gav en helt ny vy för oss hur simulering och verifiering skulle kunna fungera i framtiden.

 

– Med ett etablerat arbetssätt med processimulering i Process Simulate uppstod snabbt ett behov av att flytta fram arbetet med OLP, offlineprogrammering, för de robotförberedande arbetena och detta är nu en lika etablerad arbetsmetod hos oss som arbetet i Process Simulate. Väl på denna nivå börjar bilden av att kunna göra en fullständig verifiering av produktionssystemet klarna – vi behöver integrera plc-kod. Vi behöver alltså Virtual Commissioning, konstaterar Paul Jarnehäll.

Automationssimulerar och felsäkrar med SIMIT

För att kunna integrera plc-koden i verifieringsprocessen togs för tre år sedan beslutet att investera i Siemens simulerings- och träningsmjukvara Simit och simuleringsenheten Simit Unit, från början utvecklat för processkontrollsystemet Simatic PCS 7 och tidigare främst använt inom processindustri men som här används inom diskret tillverkning.

 

– Simit är ett ganska allmänt verktyg som används både för process- och maskinsimulering. Det motsvarar mekarnas CAD kan man säga och är väldigt användarvänligt med grafiskt interface och intressanta applikationsbibliotek som till exempel Simit Contec för transportbandssimulering. Vi använder Simit för att testa program, larm, förreglingar, processbilder och sådana automationsuppgifter för att se att det fungerar som det är tänkt, säger Robert Wyöni.

 

I sina fordonsindustriprojekt testar ÅF automationen med hjälp av Simit, Simit Unit och plc-cpu:n Simatic S7-1517F-3 PN/DP i en så kallad hardware-in-the-loop-simulering (HiL), där den faktiska plc-cpu:n exekverar mot Profinet-I/O simulerade  av Simit Unit. Givare, ställdon, funktionskedjor, applikationsmjukvaran och säkerhetssystemet kan funktionstestas i simulerad miljö och plc-systemets hårdvara kan felansättas i trygg miljö utan att riskera att något kritiskt fallerar.

 

– Hittar man fel tidigt har man tid att backa, säger Robert Wyöni.

Nu kan vi göra mycket av arbetet hemma på kontoret i lugn och ro

Bättre arbetsmiljö för automationsingenjören

Eftersom program och funktion kan avlusas tidigt i projekt förflyttas och fördelas den tyngsta arbetsbördan från idriftsättningsfasen till engineerings-/utvecklingsstadiet. Utveckling och test kan ske på dagtid under normala kontorsförhållanden vilket minskar stressen hos personalen och man undviker övertidsjobb sent i projekten med stora risker som följd på både personal och utrustning.

 

– Nu kan vi göra mycket av arbetet hemma på kontoret i lugn och ro. Att slippa åka ut på distans handlar om både hårda och mjuka värden. Det kostar mindre och man sparar tid med virtuell funktionstest och kan testa program redan innan elskåpet ens är byggt. Det blir en större trygghet när man vet att det fungerar som det ska när man väl kommer ut på anläggningen, säger Paul Jarnehäll.

 

Istället för att testa och diskutera med kund på plats under idriftsättning kan ändringar testas under lugna former på kontoret.

 

– Automationsingenjören blir inte helt själv med problemet utan kan bolla med kollegor från olika discipliner på kontoret och har bättre möjlighet att utkristallisera problemområden. På en idrifttagning är man mer utlämnad till sig själv. Nu kan man göra en virtuell bild, visa och diskutera på kontoret och får mer säkerhet när man väl kommer ut, säger Paul Jarnehäll.

 

– Du slipper göra fel i verklig körning. Du vill ju göra så rätt som möjligt redan från början. Fler hjärnor som tänker och fler ögon som ser innebär större möjlighet att snabbare komma fram till den mest optimala och innovativa lösningen, säger Anders Yngve.

 

– Rätt hemma är bättre än fel borta. Det är roligare att det blir bra än att det blir dåligt, ler Paul Jarnehäll.

Hittar man fel tidigt har man tid att backa

Automationsingenjörens roll växer

Automationsingenjören är van att vara sist i kedjan – efter mek och el – där pressen är stor eftersom tiden ofta är tajt och kunden vill starta sin produktion. Kommer man på en bra idé där i slutet av kedjan är det ofta för sent.

 

– Kan man göra automationen i en tidigare fas blir följderna av eventuella fel mindre. Det innebär också att automationsingenjörens betydelse ökar, säger Anders Yngve.

 

– Ju svårare desto roligare, säger Robert Wyöni.

 

För ÅF är automationssimulering en naturlig del i en standardiserad arbetsprocess och man ser stora möjligheter med att kunna utföra förstudier i kontorsmiljö där man kan utröna och fastställa kravbilder runt funktionalitet tidigt tillsammans med kund. Exempelvis kan HMI-utformningen tidigt stämmas av med operatörer och operatörerna kan även tidigt tränas i att använda anläggningen i kritiska situationer redan innan FAT eller leverans, utan risk för material och människa.

 

– Simulering är en förutsättning för att vi ska lyckas i våra projekt. Det här gör vi i alla våra projekt, oavsett om det är ett kundkrav eller inte. Vi gör det för att processmässigt verifiera virtuellt för att säkerställa våra egna processer. Men vi ser också att allt fler kunder börjar kräva det. Och det går ju fortare att göra rätt från början. När det sedan ska tas i drift verifierar vi att hela systemet fungerar. De enskilda parametrarna har vi redan verifierat hemma på kontoret, säger Paul Jarnehäll.

 

– Det är mycket tryggare att genomföra projekt och idrifttagningar efter att de först genomförts i en simulerad miljö. Både precision, kvalitet och ekonomi blir bättre, säger Anders Yngve.

Det är roligare att det blir bra än att det blir dåligt

Agil affärsmodell

Att överge den gamla modellen med att först göra all mekanik, sedan all el och sist automationen och istället göra processerna parallellt, testa av och stämma av med kunden under tiden öppnar också upp för, och ställer krav på, en ny affärsmodell.

 

– Komplexiteten har ökat dramatiskt de senaste åren. Kunderna vet ofta inte exakt hur de vill ha det och matar på med kontinuerliga förändringar. Vi säljer inte programmering, vi säljer systemleveranser till fast pris och vill så snabbt som möjligt ta oss till verifiering av systemet. Då måste man jobba agilt och stämma av oftare med kunderna, säger Paul Jarnehäll.

 

– Denna projektmetod är sprungen ur och beprövad inom mjukvarubranschen. Nu när automationen blir alltmer mjukvarubaserad vore det konstigt om inte den här metoden fungerar inom automation också. Men då måste man ha byggt affären på det sättet från början.

 

ÅF strävar också efter att finna gemensamma arbetsformer och arbetsprocesser för de olika disciplinerna robotprogrammerare och plc-programmerare för att det digitala arbetsflödet ska bli så effektivt som möjligt. Istället för att göra beskrivningar på texturer sätter man nomenklaturstandard tidigt i projektet och namnger rätt från början – olika discipliner pratar annars olika språk.

 

– Om den virtuella miljön följer den installerade basen under hela dess livscykel kan optimeringar, säkerhetsanalyser och ombyggnader planeras i säker miljö utan att störa pågående produktion. De största utmaningarna nu är att olika aktörer i branschen snabbt måste börja samarbeta för att föra tekniken framåt, främst för att skapa konkurrensfördelar för svensk produktion. Då är hjälpmedel som TIA Portal, Simit och Process Simulate till stor hjälp, säger Paul Jarnehäll.

 

– Vi på Siemens är väldigt imponerade över hur långt ÅF har kommit med den digitala fabriken och då inte bara över användandet av våra simuleringsmjukvaror för att skapa digitala tvillingar utan även över den förståelse som krävs runt exempelvis nya arbetsprocesser och affärsmodeller samt fördelarna i de mjuka värdena som arbetsro och samarbete mellan olika tekniska discipliner som exempelvis automation och mekanikkonstruktion. Det är väldigt roligt och inspirerande med en sådan kompetent Solution Partner som både kan genomföra avancerade projekt med teknik i absoluta framkant och som även kan ställa konkreta krav tillbaka till oss så att vi kan slipa våra erbjudanden och lösningar, säger Magnus Åberg, försäljningsingenjör på Siemens.

ÅF-Industry är Nordens ledande konsult inom produktutveckling samt process- och produktionssystem.

Automationsplattform: TIA Portal

 

Diagnostikmjukvara: Simatic ProDiag

 

Simuleringsmjukvara: Simit samt Process Simulate, en del i Siemens PLM-mjukvara Tecnomatix

 

Simuleringsenhet: Simit Unit PN256