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Konstruktions-Software

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Virtuell in Echtzeit planen

Text: Christian Daniel, ISG Industrielle Steuerungstechnik
Mit einer intelligenten Simulationslösung können Maschinen- und Anlagenbauer vernetzter Maschinen und Anlagen mit realen Steuerungskomponenten in Steuerungsechtzeit in 3D simulieren.

Ein Modellzyklus in der Automobilindustrie betrug vor 30 Jahren rund zehn Jahre. Inzwischen kommt alle zwei bis drei Jahre ein neues Fahrzeugmodell auf den Markt. Wie kann eine Produktion so schnell umgerüstet oder gar Maschinen neu aufgebaut werden? Indem Fahrzeugbauer neue Produktionslinien für Fahrzeugtypen oder Motorenkomponenten vor Inbetriebnahme virtuell auf Qualität und Performance simulieren, sparen sie Zeit und Geld.

Um flexible und rekonfigurierbare Produktionssysteme zu verwirklichen, sind auch über den Automotiv-Bereich hinaus zunehmend neue Planungsansätze auf Basis von Modellen erforderlich, welche die reale Welt möglichst ohne Einschränkung abbilden. Eine Software-Lösung zur virtuellen Simulation vereinfacht den Engineering-Prozess signifikant. Das Simulationsmodell steht bereits in der Entwicklungsphase zur Verfügung und berücksichtigt die Belange aller beteiligten Unternehmensbereiche. Es begleitet die Anlage im Sinne eines Integrated Engineering über ihr gesamtes Produktleben – jederzeit verfügbar für virtuelle Inbetriebnahmen, Anlagenverbesserungen während des Betriebs, Fernwartung, Mitarbeiter- und Kundenschulungen.

Reale Tests mit virtuellen Komponenten im Millisekunden-Takt

Anders als bei Trial&Error-Konzepten müssen Unternehmen ihre Anlage bei der Simulation nicht mehr komplett auf- oder umbauen, um sie umfassend testen zu können. Finden solche Tests real, im laufenden Betrieb statt, ist bei Fehlern sogar mit Produktionsausfällen und Lieferverzug zu rechnen. Auch die Kosten für verbrauchtes Testmaterial sind oft immens. Hier liegt die große Stärke virtueller Tests. Bei einer Simulationslösung wie ISG-virtuos lässt sich die reale Steuerungstechnik (PLC, CNC) von Maschinen, Anlagen und Robotern über die jeweiligen realen Feldbusse an ein Simulationssystem anschließen (Hardware-in-the-Loop-Simulation). So ist es möglich, das Zusammenspiel der Steuerung und der späteren Maschine auf Qualität, Performance und geplante Produktionsabläufe eingehend zu testen – und das in Steuerungsechtzeit, also im Millisekunden-Takt. Die Ergebnisse lassen sich ohne Einschränkung auf die reale Anlage übertragen. Zudem eignet sich eine derartige Simulation auch zur Analyse neuer Konzepte, denn Ideen können ohne kostspielige Prototypen vorab überprüft werden. Zugleich fördert sie eine enge, abteilungsübergreifende Zusammenarbeit: Auf Basis der Simulation können Mitarbeiter aus mechanischer und elektrischer Konstruktion, Produktion, IT und Vertrieb, verschiedene Lösungsideen diskutieren und direkt testen.

Reale Produktionsszenarien virtuell erproben

Mit einer Simulationslösung nehmen Anlagen- und Maschinenbauer sowie Engineering-Unternehmen reproduzierbare Tests vor, überprüfen die Inbetriebnahme der Steuerungen und führen neben Verbesserungen in der Performance auch virtuelle Factory Acceptance Tests (FATs) durch. Außerdem ist ein kompletter Test von Produktionsläufen mit virtuellen Werkstücken und realen Produktionsdaten möglich. Notwendige Anpassungen werden frühzeitig realisiert, durch die Behebung von in der Simulation erkannten Kollisionen, Fehlfunktionen und Ablaufproblemen lassen sich Folgekosten einsparen. Auch nach der Auslieferung einer Anlage können mit dem virtuellen Modell Verbesserungen und Adaptionen getestet werden, ohne die reale Anlage hierfür blockieren oder gefährden zu müssen. Durch diese dynamische Gestaltung der Geschäftsprozesse sind kurzfristige Reaktionen auf neue Anforderungen möglich.

Idealerweise erfolgen Konzeption und Implementierung der Simulationslösung in enger Zusammenarbeit zwischen Software-Anbieter und Unternehmen. Nach gemeinsamer Erarbeitung der für das Unternehmen passendsten Lösung wird diese mit den Anwendern durchgespielt, zum Beispiel als komplette Inbetriebnahme einer Anlage. Ihre vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten macht eine Simulationslösung zum vollwertigen Ersatz für reale Systeme samt Sensoren, Aktoren, Antriebstechnik und Sicherheitsfunktionen. Wie praktische Erfahrungen zeigen, profitieren Unternehmen auf mehreren Ebenen davon: Die Inbetriebnahmezeiten am realen System sinken um bis zu 80 Prozent, Kosten und zeitlicher Aufwand für Produktentwicklungen reduzieren sich um bis zu 20 Prozent. Zudem verringern sich die Projektgesamtkosten durch das Simulation-based Engineering um rund 30 Prozent.

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