Machineering
IndustrialPhysisics im Betrieblichen Einsatz:
Die virtuelle Inbetriebnahme rechnet sich schnell
Die virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen, als Fortsetzung der Simulation, ist in vieler Munde. Dennoch zögern etliche Unternehmen noch mit der Einführung. Es fehlt an Wissen und auch an einer Kostenübersicht. Für beides kann die Machineering GmbH&Co. KG, München, sorgen, wie die beiden Geschäftsführer, Beate Freyer und Dr. Georg Wünsch, im folgenden Interview darlegen.
CAD.de/NL: Auch wenn früher schon mit CAD und E-CAD gearbeitet wurde, war das lange noch keine digitale Inbetriebnahme. Wie schaffen Sie es, den "Eisenhaufen" in Bewegung zu bringen?
Wir haben in unserer Simulationssoftware industrialPhysics etwas Einzigartiges integriert. Mit der bidirektionalen CAD-Schnittstelle werden schon mit Beginn eines jeden Entwicklungsprozesses alle Änderungen in der CAD-Software unmittelbar in die Simulationssoftware übertragen. Somit steht zu jedem Zeitpunkt das virtuelle Modell in der aktuellen Version allen Beteiligten zur Verfügung. Durch die standardmäßige Anbindung von nahezu allen namhaften Steuerungen und der Bereitstellung von diversen Roboter- und Antriebskinematiken beruhen alle virtuellen Modelle stets auf echten Daten. Unsere physikbasierte 3D-Simulation schafft es also, den „Eisenhaufen“ unter Realbedingungen in Bewegung zu bringen.
 Hochregallager als digitaler Zwilling. Mit der bidirektionalen CAD-Schnittstelle
werden schon mit Beginn eines jeden Entwicklungsprozesses alle Änderungen in
der CAD-Software unmittelbar in die Simulationssoftware übertragen.
Somit steht zu jedem Zeitpunkt das virtuelle Modell in der aktuellen Version allen Beteiligten zur Verfügung
Welche Komponenten sind dafür nötig?
Natürlich müssen Sie die Simulationssoftware“ industrialPhysics“ erwerben. Die Lizenzen dafür sind in verschiedenen Versionen erhältlich, abhängig von den jeweiligen Anforderungen. Dadurch, dass wir wie bereits erwähnt, nahezu alle gängigen Steuerungen und weitere Komponenten virtuell angebunden haben, kann die Simulation schnell umgesetzt werden. Hardware-Seitig brauchen Sie lediglich einen Rechner für die Simulation mit einer guten Graphikkarte.
Welche Rolle spielen Ihre Feldboxen?
Die FieldBox 1 wird für die virtuelle Inbetriebnahme mit einer realen Steuerung über Profinet IO, EtherNet/IP und EtherCAT verbunden und kann entweder direkt auf dem Schreibtisch oder auch als Test Rack mit Anbindung an eine reale Steuerung eingesetzt werden. Via Plug and Play wird die Field Box mit dem Rechner bzw. der Steuerung verbunden und ist sofort einsatzbereit. So können auch verschiedene Steuerungen getestet und sich erst später für die passende SPS entschieden werden. Es wird vielmehr die komplette Feldbusemulation extern in der Field Box geleistet. Somit entfallen Änderungen an der SPS, die bisher zusätzlich den ComTCP-Client implementieren musste. Unsere FieldBox 1 gibt es in einer Performance und in der Standard-Variante.
 Aufbau und Simulation eines Logistigzentrums mit industrialPhysics.
Was ist der Unterschied?
Die FieldBox1 Performance ist die leistungsstarke Variante für mehrere Feldbusse. Dies wird vor allem dann wichtig, wenn viele Teilnehmer abgebildet werden sollen, wie bei komplexen Maschinen mit vielen Achsen.
Die FieldBox1 Standard eignet sich für Projekte mit einer normalen Komplexität und ist das passende Einsteigermodell zur Feldbusemulation. Dieses kleine Gerät zur Emulation von Feldbusteilnehmern kommuniziert die Prozessdaten direkt zu industrialPhysics. In der Standardvariante wird maximal ein Feldbus unterstützt
Woher kommen die Daten?
Die Simulationsmodelle basieren auf den realen CAD-Modellen diverser CAD-Systeme; d.h. durch die bidirektionale CAD-Schnittstelle können CAD-Modelle von echten Maschinendaten im nativen Format in die Simulation übertragen werden. Und das auf Knopfdruck. Das bedeute, dass Änderungen am Modell sofort eingelesen werden, ohne dass größere Aufwendungen notwendig sind. So entsteht aus der Geometrie ein sogenannter Kollisionskörper, dem nun physikalische Eigenschaften für das Bewegungsverhalten zugeordnet werden. Das jetzt entstandenen Simulationsmodell wird noch um Steuerungen erweitert und Roboter programmiert und einer virtuellen Inbetriebnahme steht nichts mehr im Wege.
Virtuelle Inbetriebnahmen von großen Maschinen und Anlagen, arbeiten mit großen Datenmengen? Wie wichtig ist hier daher das Thema Datenreduktion?
Für uns und unsere Kunden ist es wichtig, dass die Simulationsmodelle in Echtzeit und basierend auf den echten Daten der geplanten bzw. realen Maschine laufen. Daher lassen sich teilweise große Datenmengen nicht verhindern. Im Allgemeinen haben die Rechner von heute die dafür ausreichende Kapazität. Falls CAD-Modelle dennoch mehr Rechenleistung erfordern, kann die Simulation auf mehrere Rechner verteilt werden.
 Auch Roboter können mit industrialPysics simuliert werden.
Arbeiten Sie dabei mit eigener Software?
Ja. industrialPhysics steht dabei im Zentrum der Entwicklung als eine bereichsübergreifende Plattform, auf der zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Entwicklungsstand verifiziert und auf Realisierbarkeit mit weiteren Bereichen überprüft wird. Damit eine Simulationssoftware als bereichsübergreifende Plattform gewinnbringend zum Einsatz kommt, ist es erforderlich, alle gängigen Systeme und native Entwicklungsumgebungen über stabile Schnittstellen zur Verfügung zu stellen, damit diese unter Realbedingungen getestet und gegebenenfalls angepasst werden. Gerade die frühzeitige Testung im Entwicklungsprozess ermöglicht es den Unternehmen, eine Maschine oder Anlage zu einem sehr frühen Zeitpunkt optimal auszulegen und diese im vorgegebenen Zeitrahmen beim Kunden auszuliefern.
Wer schreibt die eigentliche Betriebssoftware, machen das die Kunden?
Nein, die Software wird von uns zur Verfügung gestellt. Die Kunden entscheiden sich für ein Lizenzmodell und wir können bei Bedarf notwendige Anpassungen wie die Anbindung von speziellen Komponenten vornehmen. Durch den stets engen Kontakt mit unseren Kunden bekommen wir regelmäßig Feedback und Kunden tragen ihre Wünsche an uns heran. Unsere Software ist stets auf dem neuesten Stand der Technik und das ist auch unser Bestreben, dies zu halten.
Nutzen Sie Hardware in The Loop oder nur virtualisierte Steuerungen?
Wir nutzen HIL. Der Hardware-in-the-Loop-Ansatz ermöglicht die direkte Anbindung an diverse Steuerungen verschiedener Hersteller. Schrittweise werden in der Simulation durchgängige, ablauffähige Modelle inklusive Steuerungslogik erstellt und dabei direkt und zeitsparend der Code für Industriesteuerungen generiert.
Was kommt am Ende raus? Was hat der Kunde davon?
Am Ende der Testungen steht die virtuellen Inbetriebnahme. Durch die virtuelle Absicherung der geplanten Maschine werden Fehler frühzeitig erkannt und zeit—sowie kostenintensive Nachbesserungen an der realen Maschine vermieden. Der Absicherungsprozess endet nicht mit dem Produktionsstart, sondern Ziel der virtuellen Anlagenentwicklung muss sein, die generierten Daten als digitalen Zwilling für die Absicherung und die Weiterentwicklung der realen Maschine weiterhin zu nutzen.
Den Nutzen stehen Kosten gegenüber. Wie kann man die sauber erfassen?
Wir haben, um genau diese Kosten-Nutzen-Rechnung zu erstellen, mit einem Kunden eine umfassende Investitionsrechnung durchgeführt. Dabei wurden die Einsparungspotenziale, die durch den optimalen Einsatz einer virtuellen Inbetriebnahme genau beziffert. Bei dem Sondermaschinenbauer mit rund 700 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von 140 Mio. Euro wurde dafür eine Bestandsaufnahme durchgeführt und Prozesskennzahlen ermittelt. Daraufhin haben wir ein kundenspezifisches Konzept zum Simulationseinsatz erstellt. Ein Jahr nach der erfolgreichen Implementierung der Simulationssoftware, industrialPhysics ,wurden die gleichen Kennzahlen nochmals ermittelt und so konnten wir die tatsächlich erzielten Einsparungen beziffern. Der Kunde konnte über alle Unternehmensbereiche hinweg insgesamt 2,5 Mio. Euro einsparen. Aus der gesamten Investitionsrechnung geht hervor, dass durch relativ niedrige Aufwände zur virtuellen Inbetriebnahme die deutliche Effizienzsteigerung in vielen Unternehmensbereichen gegenüberstehen. Mit einem Einsparungspotenzial von rund 1,7 Mio. Euro amortisieren sich die Kosten für die Anfangsinvestition bereits nach 3 Monaten.
 Dr. Georg Wünsch, Geschäftsführer der Machineering GmbH&Co.KG. , München.
Über Machineering
Die machineering GmbH & Co. KG mit Sitz in München entwickelt innovative Softwarelösungen für die Echtzeit-Materialfluss- und Robotersimulation. Das Expertenteam berät Unternehmen zu allen Themen rund um die Visualisierung und Simulation in den Bereichen Entwicklung, Vertrieb und virtuelle Inbetriebnahme.
Die 3D-Simulation komplexer Materialflüsse und mechatronischer Produktionsanlagen zählt zu den größten Effizienzreserven im Maschinen- und Anlagenbau. So lassen sich über die 3D-Simulation und das virtuelle Prototyping von Anlagen deren Entwicklung und Konstruktion beschleunigen und absichern. In der Projektakquise können geplante Anlagen im Dialog mit dem Kunden vertriebswirksam visualisiert werden. Das größte Potenzial aber liegt in der virtuellen Inbetriebnahme von Anlagen und Produktionsstraßen: Nachweislich lassen sich die Kosten für Installation, Test und Optimierung von Anlagen über die Simulation um bis zu 75% reduzieren.
www.machineering.de
-Karl Obermann-
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