Scope Online - Industriemagazin für Produktion und Technik
Sie befinden sich hier:
Home> Produktion> Digitale Fabrik> Virtueller Retrofit - nachhaltiger Einsatz gebrauchter Anlagen

Maschinen- und AnlagenbauWipotec: Gewogen und für gut befunden

OEM-Wägezellen

Wipotec produziert OEM-Wägezellen für fast alle namhaften Maschinenbauer. Bei vielen Kunden laufen die Transportbänder rund um die Uhr, an 365 Tagen im Jahr. Oft sind deshalb nur schmale Wartungsfenster für den Einbau neuer Anlagen oder die Installation von Ersatzteilen vorgesehen.

…mehr

Digitale FabrikVirtueller Retrofit - nachhaltiger Einsatz gebrauchter Anlagen

Die Original Equipment Manufacturer (OEM) der Automobilbranche bringen heute in immer kürzeren Abständen neue Varianten auf den Markt. In der Folge müssen bestehende Fabrikanlagen in immer kürzeren Zeitabschnitten umgebaut oder angepasst werden. Nach rund fünf Jahren Betrieb sind diese Anlagen aber nicht schrottreif, sondern können wiederverwendet werden. Im Branchenjargon spricht man hierbei von Retooling und Retrofit. Das spart Geld und man gewinnt ein zusätzliches Plus an Sicherheit, da statt großer zeitintensiver Inbetriebnahmen die Anlagen nur punktuell umgebaut werden. Nicht zuletzt bedeutet die Wiederverwendung bestehender Komponenten auch einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz. Integrierte Product Lifecycle Management Lösungen (PLM) bieten die technologische Grundlage hierfür.
sep
sep
sep
sep

Die Digitale Fabrik ermöglicht ständige Planungsbereitschaft

Digitale Fabrik: Virtueller Retrofit - nachhaltiger Einsatz gebrauchter Anlagen

Seit ungefähr zehn Jahren existieren integrierte Werkzeuge zur Digitalen Fabrikplanung. Die meisten der heute im Einsatz befindlichen Anlagen der Automobilbranche sind daher mit Methoden und Werkzeugen der digitalen Fabrik geplant und weitestgehend in 3D konstruiert worden. Früher hatte die Fabrik- und Anlagenplanung einen Projektcharakter. Sobald die Anlage stand, war die Planung veraltet und vergessen. Heute hingegen versteht man die Fabrik- und Anlagenplanung als Prozess. Auch Planungsänderungen nach Inbetriebnahme werden erfasst und die Planungsdatenbanken ständig aktualisiert. Umbauten für neue Fahrzeugvarianten oder technologiegetriebene Verbesserungsmaßnahmen können daher effizienter und schneller vonstattengehen.

Anzeige

Anlagenplanung ist Teamarbeit. Deshalb stellt häufig der OEM das sogenannte Mengengerüst der bestehenden Anlage seinen potenziellen Lieferanten zur weiteren Bearbeitung in Form einer Datenbank zur Verfügung. Diese Datenbanken umfassen das vollständige digitale Abbild der Anlagen vor dem Anlagenumbau, also: Layouts, Roboter, Förderanlagen, Sicherheitssysteme, etc. Die Delmia Process Engineer (DPE) Software ist eine solche Planungsdatenbank. Sie verwaltet das Mengengerüst. Jede vorhandene Komponente ist aufgeführt. Sie dient als Basis für die notwendige Kostenkalkulation und Angebotsabgabe. Im Fall der Beauftragung des Anlagenlieferanten bildet sie den zentralen Datenspeicher für alle planerischen Tätigkeiten.

Digitale Fabrikplanung

"Die Aufgabenstellung bei virtuellen Retrofits besteht zunächst darin, die existierenden digitalen Planungen mit der real installierten Anlage abzugleichen", sagt Jörg Schiebel, Geschäftsführer der Dassault Systèmes Deutschland GmbH. Erfahrungsgemäß gibt es heute immer noch Abweichungen zwischen dem digitalen Abbild und der realen Fertigung, wenngleich diese nicht mehr so gravierend sind wie vor zehn Jahren. Unter Nutzung der Planungsdatenbank werden die Fertigungslinien digital weiterentwickelt. Die Fabrikplanung verläuft dabei in verschiedenen Stufen vom Pre-Engineering, Concept-Engineering bis zum Detail-Engineering. Mit Hilfe von PLM-Systemen lassen sich dann u. a. 3D Layouts überarbeiten, Vorrichtungen umkonstruieren, Robotersimulationen durchführen und bei Bedarf die Logistik simulieren. Aus Sicht des OEM eignen sich diese Werkzeuge auch für das projektbegleitende Controlling.

Virtuelle Inbetriebnahme

Der Umbau von Produktionslinien macht jedoch nicht an der physischen Anlage halt. Auch die Softwarekomponenten, z.B. SPS-Programme und überlagerte Anlagenüberwachung, muss an die geänderte Situation angepasst werden. "Voraussetzung dafür, dass umgebaute oder neue Anlagen virtuell in Betrieb genommen werden können, ist die vollständige Beschreibung der einzelnen Anlagen oder Anlagenteile durch mechanische, elektrische und informationstechnische Inhalte", erklärt Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung (IITB) in Karlsruhe. Bei Mechanik und Elektrik erfolgt dies beispielsweise durch die Bereitstellung erweiterter 3D-Geometriemodelle, welche die Geometrie, die Kinematik und die Sensorik beinhalten. Die informationstechnischen Inhalte beschreiben die Logik der Anlage in Form von SPS- oder Roboterprogrammen - aber auch das Verhalten der Benutzerschnittstelle (HMI). Nur durch das Zusammenwirken dieser drei Komponenten ist die virtuelle Inbetriebnahme im Rechner möglich [4]. Für die neue VDI-Richtlinie 4499 "Digitaler Fabrikbetrieb" ist die virtuelle Inbetriebnahme eine Schlüsselkomponente des Digitalen Fabrikbetriebs .

"In der Praxis hat sich für die integrierte Zusammenarbeit der Disziplinen Mechanik, Elektrik und Steuerungsprogrammierung der Begriff "funktionales Engineering" etabliert", betont Sauer. Statt wie früher die einzelnen Disziplinen separat und sequentiell zu bearbeiten, werden diese Arbeiten heute für automatisierte Produktionsanlagen parallel ausgeführt - der Ablauf des Anlagenengineerings hat sich damit dramatisch verändert. Vor allem die Wiederverwendbarkeit mechatronischer Komponenten in verschiedenen Projekten und ihre Mehrfachnutzung innerhalb eines Projekts werden damit entscheidend verbessert.

"So können vor der realen Inbetriebnahme Fehler beseitigt und die Anlage bezüglich Taktzeiten oder Steuerungsbefehlen optimiert werden. Weiterhin wird die virtuelle Inbetriebnahme dazu genutzt, das Anlagenmodell daraufhin zu untersuchen, ob die in der Anlagenplanung gemachten Annahmen mit den tatsächlichen, in der Steuerungstechnik programmierten Abläufen übereinstimmen, um z. B. Schrittketten zu validieren oder Spannerpositionen zu verifizieren" , sagt Sauer.

Früher konnten die Mitarbeiter der elektrischen Anlagenkonstruktion erst dann richtig mit der Arbeit beginnen, wenn Mechanik und E-Konstruktion der Anlage abgeschlossen war. Heute hingegen lässt sich dank virtueller Inbetriebnahme der Prozess verkürzen und die einzelnen Arbeiten parallelisieren. Planungsunstimmigkeiten werden früher erkannt und im virtuellen Modell korrigiert.

Als nächster Schritt in die Zukunft arbeiten die Entwickler der Digitalen Fabrik-Werkzeuge am gemischten Betrieb von realen und virtuellen Anlagen. Im Jargon nennt man das "hybride Inbetriebnahme". Bei der hybriden Inbetriebnahme wird zusätzlich zur realen Anlage eine virtuelle partielle Simulation dieser Anlage parallel geschaltet. Im Laufe des Inbetriebnahmeprozesses wird die simulierte Anlage schrittweise durch die reale Anlage ersetzt. "Eine SPS "weiß" ja nicht, ob sie eine virtuelle und/oder reale Anlage steuert. Und somit kann man die Mischung aus real & virtuell parallel in Betrieb nehmen. Wenn man zum Beispiel in der realen Welt über eine HMI ein Roboterprogramm startet, wird dieser Vorgang an die reale SPS gemeldet. Sie wiederum startet den Controller des Roboter - egal, ob es der reale Roboter ist, oder der virtuelle", so Jörg Schiebel weiter. Der Nutzen liegt auf der Hand: Planungssicherheit und zeitliche Entzerrung der Inbetriebnahme. Bei Vorreitern befindet sich die hybride Inbetriebnahme bereits an der Schwelle zum Produktiveinsatz bzw. wird in einigen Projekten sogar produktiv genutzt.

MES - Leittechnik und Digitale Fabrik wachsen zusammen

Auf Basis der neuen Möglichkeiten, die die virtuelle Inbetriebnahme bietet, liegt es nun auf der Hand, die Signale des laufenden SPS-Programms durch eine Leittechnik zu überwachen und damit die digitale Absicherung zu komplettieren. Ziel ist dabei, die umgebauten oder neuen Anlagen möglichst gleichzeitig mit der überlagerten Leittechnik-Software in Betrieb zu nehmen. "Statt wie bisher üblich die überlagerte Leittechnik erst in Betrieb zu nehmen, wenn alle Anlagen auf- oder umgebaut und in Betrieb genommen sind, kann sich die Leittechnik heute schon mit den virtuellen Anlagen verbinden und deren Zusammenspiel, Funktionen und Leistungsparameter überwachen, prüfen und verbessern", so Dr. Sauer. Teilweise kann aus den Daten der Digitalen Fabrik die Leittechnik generiert werden - mit positiven Auswirkungen auf Fehleranfälligkeit und Projektierungsaufwand.

Ein möglicher Aufbau eines solchen Systems ist im Bild dargestellt. Die 3D-Animation zur Laufzeit wird durch eine reale SPS gesteuert. Die SPS ist - wie in der normalen Serienproduktion - mit einem Leitsystem über die marktgängige OPC-Kommunikation mit einem Leitsystem zur Anlagenüberwachung und -steuerung gekoppelt. Sämtliche Werte, die die virtuelle Anlage liefert, z.B. Taktzeiten, Puffer, Anlagenstillstände, Verfügbarkeiten, etc., können mit dem Leitsystem visualisiert, überwacht und ausgewertet werden. So lässt sich auch die Leittechnik lange vor der üblichen Leittechnik-Inbetriebnahme testen und in Betrieb nehmen.

Fazit

Bisherige Erfahrungen in der Anwendung der Virtuellen Inbetriebnahme haben nachgewiesen, dass es mit heutigen Methoden und IT-Werkzeugen durchaus möglich ist, diese Absicherungsmethode wirtschaftlich einzusetzen und aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Es zeigt sich aber auch, dass die Virtuelle Inbetriebnahme in den gesamten Planungs- und Engineeringworkflow integriert werden muss.

Der wegen kürzerer Produktzyklen und nachhaltiger Aspekte immer stärker in den Fokus rückende Umbau unter Weiterverwendung ganzer Anlagenteile fordert auch bei der Digitalen Fabrikplanung weiterführende Tools. Integrierte und durchgängige Werkzeuge des Product Lifecycle Management (PLM) sind hierbei von Vorteil. Die Kombination von CATIA für die Konstruktion, DELMIA für die Fabrikplanung und Virtuelle Inbetriebnahme und MES-Systemen garantiert die intelligente virtuelle Vernetzung realer und digitaler Fertigungslinien. Für den OEM bedeuteten diese Tools einen schnelleren Umbau, eine risikolose Inbetriebnahme und eine Reduzierung der Kosten. Und dies alles bei einer verbesserten Umweltbilanz für das Unternehmen.

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Neukonzept und Retrofit bei Schüco durch SSI-Schäfer

Intralogistik automatisierenNeukonzept und Retrofit

SSI Schäfer automatisiert die Intralogistik von Schüco International, einer der führenden Spezialisten für Fenster-, Türen und Fassadentechnologie. Darüber hinaus erhielt SSI Schäfer den Auftrag für einen Retrofit des Bestands-Hochregallagers inklusive Vorzone. Die Arbeiten werden nach der Inbetriebnahme des Erweiterungsneubaus im ersten Quartal 2018 starten.

…mehr
Retrofit ersetzt Neuanschaffung: Werkzeugmaschinen auf den neuesten Stand bringen

Retrofit ersetzt NeuanschaffungWerkzeugmaschinen auf den neuesten Stand bringen

Der Werkzeugmaschinenhersteller MAG mit den Traditionsmarken Boehringer, Ex-Cell-O, Cross Hüller und Lamb schärft sein Profil als Retrofit-Experte. Dazu baut er gezielt seine Dienstleistungen auf diesem Gebiet aus.

…mehr
WZM-Hersteller mit neuem Bestellportal: MAG baut Service aus

WZM-Hersteller mit neuem BestellportalMAG baut Service aus

Wer seinen Kunden einen optimalen Service bietet, der schafft ein hohes Maß an Kundenbindung und Kundenloyalität. Auch Werkzeugmaschinenhersteller MAG sieht im Dienstleistungsbereich noch ernormes Potenzial. Das Unternehmen profiliert sich überdies immer mehr als Retrofit-Experte.

…mehr
Verjüngungskur für Werkzeugmaschinen: Schiess erweitert Retrofit-Programm

Verjüngungskur für WerkzeugmaschinenSchiess erweitert Retrofit-Programm

Das Unternehmen Schiess, Tochter der Shenyang Machine Tool Group (SYMG), informiert auf der Metav neben dem umfangreichen Programm an Neumaschinen auch über ihr erweitertes Retrofit-Angebot.

…mehr
Retrofit von Strahlanlagen: Produktivität und Effizienz optimieren

Retrofit von StrahlanlagenProduktivität und Effizienz optimieren

Das Ausschöpfen von Optimierungspotenzialen in der Fertigung trägt entscheidend dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu stärken. Eine Möglichkeit dazu bietet das Retrofit von Strahlanlagen durch Rösler mit Rutten Long Life Strahlturbinen. Der schwedische Stahlhersteller SSAB und die deutsche Gießerei Heunisch steigern damit bereits Produktivität und Effizienz.

…mehr
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Neue Stellenanzeigen

Anzeige

Direkt zu:


ExtraSCOPE


TrendSCOPE


Robotik in der industriellen Fertigung