Digitaler Zwilling
Virtuelles Engineering vom Konzept bis zur Software
| Autor / Redakteur: Marcel Nagel* / Jan Vollmuth
Ein Engineering-Dienstleister vereinfacht mit Digitalen Zwillingen von Schunk die Konzeption, Konstruktion und Inbetriebnahme von automatisierten Anlagen radikal.
Fruchtbare Zusammenarbeit: Seit einem Jahr pflegt Schunk eine OEM-Partnerschaft mit Siemens PLM Software und bietet seitdem als First Level Support ein Einsteigerpaket, das den Mechatronics Concept Designer, eine Bibliothek digitaler Zwillinge sowie Einstiegsschulungen und einen individuellen Support bei der Nutzung umfasst. Sechs Monate lang können Konstrukteure, Programmierer und Projektierer die Simulationssoftware kostenfrei in der Vollversion testen. Der Engineering-Dienstleister CTE Entwicklungen aus Augsburg ist einer dieser Anwender.
Digitalisierung des kompletten Engineering-Prozesses
Projektleiter Richard Dünisch, der die Testphase der Simulationssoftware Mechatronics Concept Designer (MCD) federführend begleitet hat, sieht zwei wesentliche Argumente für das Simulationstool: die Optimierung der Abläufe bei CTE Entwicklungen und die Digitalisierung des kompletten Engineering-Prozesses bis hin zur Inbetriebnahme beim Kunden. „Mit dem MCD können wir eine virtuelle Komplettanlage liefern inklusive Softwareentwicklung“, erläutert Dünisch. „Eine derart umfassende Digitalisierung des Engineerings bringt für Anlagenbauer und deren Kunden einen gigantischen Nutzen.“ Statt wie bisher bei Stücklisten, 2D-Ableitungen, Elektro-, Schalt- und Pneumatikplänen zu enden, können Kunden künftig von CTE Entwicklungen ein digitales Komplettpaket erhalten – vom Konzept über Mechanik, Elektrik und Software bis hin zur vollständigen virtuellen Inbetriebnahme und der realen Anbindung an die Steuerung.
Komplexe Bewegungsabläufe ohne großen Aufwand darstellbar
„Der Mechatronics Concept Designer bietet die Möglichkeit, in der Konzeptphase innerhalb kürzester Zeit Komponenten aufzubereiten und erste Ablaufsequenzen zu erstellen inklusive einer Taktzeitangabe, die auf realen Bewegungen basiert“, sagt Dünisch. Während Taktzeitabschätzungen bislang meist mit Excel-Sheets erfolgen und häufig mit umfangreichen Abstimmungen und Diskussionen zwischen den Beteiligten verbunden sind, können diese auf Basis der physikalischen Simulation bereits im Konzept dargestellt werden. „Allein bei der Verifizierung des Konzepts lassen sich je nach Projekt Wochen und sogar Monate sparen“, ist Richard Dünisch überzeugt. „Auch komplexe Bewegungsabläufe sind ohne großen Aufwand darstellbar, inklusive verifizierender Funktionalität.“
Der Effekt auf Kundenseite sei enorm: Statt aufwändig Abläufe zu erklären und zu hinterfragen sind die Ablaufsequenz selbsterklärend und bereits komplett verifiziert. „Wir können unterschiedliche Konzepte durchspielen, deren Abläufe, Taktzeiten sowie Komplexität darstellen und mit dem Kunden an den Ideen weiterarbeiten.“ Man wisse exakt, welche Antriebe, Achsen, Greifer und Zylinder verwendet werden und müsse am Ende nur noch die Anlage konstruieren. Das rechnet sich für alle Beteiligten: Statt einer bislang üblichen ganztägigen Konzeptrücksprache mit zehn Teilnehmern hatten in den Beispielanwendungen 1,5 Stunden gereicht. „Elektrik, Software und Mechanik – jeder war begeistert, weil auf Anhieb ein konkreter Datenstand vorhanden war, auf dem er weiterarbeiten kann. Jeder sieht und versteht das Projekt sofort und arbeitet parallel daran weiter.“
Engineering von Mechanik, Elektrik und Softwareprogrammierung vereint
Der Mechatronics Concept Designer vereint das Engineering von Mechanik, Elektrik und Softwareprogrammierung in einer Oberfläche. So können sämtliche Tätigkeiten parallel erfolgen. Das bringt Geschwindigkeit, reduziert Komplexität und Verständigungsprobleme, erhöht die Flexibilität und spart Kosten. Änderungen lassen sich rasch übernehmen und auf Machbarkeit prüfen. Vergleichbare Folgeprojekte lassen sich zudem viel schneller realisieren. Auch die Aufbereitung der Anlagen beanspruchte deutlich weniger Zeit.
Schunk bietet mehrstufigen Support, der sich auf Basisschulung in der Software, den grundlegenden Umgang mit dem Tool, die Modellierung von Modulen sowie auf die Bereitstellung von Modellen und Übungsbaugruppen erstreckt. Der Greifsystemspezialist unterstützt also auch bei der virtuellen Inbetriebnahme der Anlage. „Wenn wir an die Grenzen unseres Know-hows gestoßen sind, waren die Spezialisten immer für uns da“, betont Dünisch. In Webmeetings habe man gemeinsam das Modell überprüft und Lösungen gefunden. Schunk-Komponenten, die noch nicht als Digitaler Zwilling in der Standardbibliothek zur Verfügung standen, wurden rasch nachgeliefert. „Die Daten in der Standardbibliothek funktionieren einwandfrei, haben keine Fehlstellen und müssen nicht nachgearbeitet werden.“ Komponenten anderer Hersteller wie Pneumatikzylinder hat CTE Entwicklungen selbst als Digitale Zwillinge angelegt und in einer eigenen Bauteilbibliothek abgelegt.
Kompletten Programmablauf simulieren
Ein weiterer Vorteil: die virtuelle Inbetriebnahme. So ließe sich der komplette Programmablauf simulieren und z.B. fehlende Signale erkennen, die im Extremfall einen Crash verursachen. „Ein solcher Crash in der realen Maschine kann Unsummen an Zeit, Geld und Mitarbeiterkapazität kosten“, betont Dünisch.
Wohl auch deshalb fordern immer mehr Lastenhefte einen Digitalen Zwilling der Anlage. Zwar blieben letztlich immer noch Fertigungstoleranzen, Montagetoleranzen, Übersetzungs- oder Bedienfehler, die erst in der realen Inbetriebnahme in den Griff zu bekommen seien, doch sei es nach einer virtuellen Inbetriebnahme höchst unwahrscheinlich, dass eine Anlage in der Realität auf Crash fährt. Vor allem aber spare die virtuelle Inbetriebnahme bei den meisten Neuentwicklungen einen Prototypen und damit je nach Projekt Monate oder sogar Jahre an Entwicklungszeit.
Dass weder der Anlagenbauer noch der industrielle Anwender in Software und Know-how investieren muss, sei ein zusätzliches Plus. Gerade bei kleinen und mittelständischen Unternehmen sei die Digitalisierung noch nicht umfassend angekommen. „Dabei ergeben sich erhebliche Vorteile, wenn wir bereits im Engineering mit der Digitalisierung beginnen – ohne dass der Anlagenbauer oder Anwender selbst aktiv werden muss.“ Vor allem Montageapplikationen sollen schon bald von dem Digital-Know-how profitieren: „Jeder dieser Anwendungen ist hochspezifisch auf die jeweiligen Bauteile zugeschnitten und der Entwicklungsdruck hoch“, erläutert Dünisch. „Es sind immer neue Prozesse, aber immer ähnliche Komponenten. Mit dem MCD lassen sich in solchen Fällen 30 bis 40 % der Gesamtzeit sparen.“
* Marcel Nagel ist Head of Product & Portfolio Management for digital Products & product-related Services, SCHUNK GmbH & Co. KG, Lauffen.
