Digitaler Zwilling Wie der digitale Zwilling die Inbetriebnahmezeit verbessert

Von Juliana Pfeiffer

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Mit Simulationen am digitalen Zwilling lässt sich bereits früh im Entstehungsprozess erkennen, ob die geplante Maschine wirklich den Anforderungen entspricht. Der Sondermaschinenbauer Hymmen senkt damit Kosten und verbessert die Inbetriebnahmezeiten seiner Anlagen.

Mit dem Mechatronics Concept Designer lassen sich die komplexen Druck- und Pressenanlagen der Hymmen GmbH inklusive Automatisierungstechnik simulieren.
Mit dem Mechatronics Concept Designer lassen sich die komplexen Druck- und Pressenanlagen der Hymmen GmbH inklusive Automatisierungstechnik simulieren.
(Bild: Hymmen GmbH Maschinen- und Anlagenbau)

Die Hymmen GmbH Maschinen- und Anlagenbau hat sich auf die Produktionstechnik für die Großserienproduktion von plattenförmigen Materialien sowie die Oberflächenveredelung von Platten- und Bahnware spezialisiert. Das mittelständige Unternehmen mit Sitz in Bielefeld entwickelt unter anderem Sondermaschinen wie Druck-, Pressen- und Thermokaschieranlagen sowie Lackstraßen für die Möbel-, Fußböden-, Laminat- und Baustoffindustrie. Bisher hat Hymmen seine beauftragten Anlagen beim Kunden oft vorab live vorgeführt, bevor sie ausgeliefert wurden. Aufgrund der Größe der Anlagen ist dies allerdings schwierig und sehr kostenintensiv, wie Thomas Eikelmann, geschäftsführender Gesellschafter bei Hymmen berichtet: „Bei den metallischen Pressen werden zum Beispiel Gruben benötigt, aber wir können nicht jedes Mal unseren Boden im Werk umgraben. Also sind wir auf digitale Systeme angewiesen, um Simulationen durchzuführen.“

Virtuelle Inbetriebnahme mit dem Mechatronics Concept Designers

Bei der Umsetzung hilft der digitale Zwilling: Damit lässt sich bereits früh im Entstehungsprozess erkennen, ob die geplante Maschine den Anforderungen entspricht, Bauteile und Antriebe richtig ausgelegt sind oder die Steuerungstechnik korrekt funktioniert. Die Beratung, Ausarbeitung und Umsetzung einer durchgängigen Lösung rund um den Mechatronics Concept Designers (MCD) von Siemens NX übernahm das Solid System Team, wie Eikelmann erklärt: „Der MCD ist für uns der zentrale Baustein zur Realisierung eines digitalen Zwillings und der virtuellen Inbetriebnahme unserer Druck- und Pressenanlagen.“ Seit über 20 Jahren arbeitet der Anlagenbauspezialist mit dem Solid System Team zusammen. Das Systemhaus übernimmt die Beratung, Integration und Wartung der CAD-Lösungen bei Hymmen. Bei Lösungen rund um den digitalen Zwilling arbeitet die SST seit vielen Jahren mit der EDAG Production Solutions GmbH & Co. KG zusammen. Gemeinsam haben sie für Hymmen die passende Lösung für die virtuelle Inbetriebnahme erarbeitet.

Der MCD ist für uns der zentrale Baustein zur Realisierung eines digitalen Zwillings und der virtuellen Inbetriebnahme unserer Druck- und Pressenanlagen.

Thomas Eikelmann, CTO Hymmen GmbH

Reibungsloser Datenaustausch

Bisher hat Hymmen seine Anlagen mit Solid Edge konstruiert. Ein kompletter CAD-Umstieg auf NX kam für den Anlagenbauer nicht in Frage. Einerseits sollten die Bestandsdaten weitergenutzt werden und das jahrelange Know-how in Solid Edge erhalten bleiben. „Mit Solid Edge fahren wir bis heute sehr gut, weil wir mit dieser performanten Software unsere komplexen Anlagen in ihrer Gesamtheit darstellen können“, sagt Jan Henrik Ostmeier, Head of Project Engineering bei Hymmen. Deshalb hat sich das Unternehmen bewusst für die durchgängige Software-Kombination von Siemens Digital Industries Software entschieden. Das NX CAD mit seinem Add-On Mechatronics Concept Designer ließ sich problemlos in die bestehende Engineering-Landschaft ergänzend zu Solid Edge implementieren.

Um einen reibungslosen Datenaustausch an den MCD zu ermöglichen, wurden die bestehenden Solid-Edge-Konstruktionsarbeitsplätze über ein von SST entwickeltes Plug-In angebunden. Nachdem 3D-Engineering der Maschinen und der Gesamtanlage werden alle Bestandteile direkt in NX und den Mechatronic Concept Designer eingelesen und kinematisiert. „Unsere Digitalisierungsstrategie wurde direkt umgesetzt und wir konnten mit unseren Daten 1:1 weiterarbeiten“, freut sich Ostmeier. Von den Vorzügen profitieren auch die vor- und nachgelagerten Bereiche der Konstruktion. So lassen sich auch bereits digital modellierte Komponenten, die Hymmen von seinen Zuliefern erhält, einbinden.

Durchgängigkeit vom Engineering bis zur Automatisierung

Im Mechatronic Concept Designer erfolgt die physikbasierte Simulation. Dabei werden beispielsweise auch Reibung, Gewichte oder Dichten definiert. Über eine Schnittstelle sind außerdem diverse Zusatz-Modelle angebunden, wie Ostmeier erklärt: „Das sind zum einen Verhaltensmodelle, in denen einzelne Komponenten simuliert werden, aber auch eine Kommunikationsimulation, quasi eine Simulation des klassischen Schaltschranks mit Umrichter, Motorsteuerung und so weiter.“ Die Durchgängigkeit reiche so vom Engineering bis zur Automatisierung. So kann der Maschinenbauer bereits bei der virtuellen Inbetriebnahme mit dem MCD seine Steuerungen von Siemens und Beckhoff auslegen. Die Lösung ist mit der Automatisierungssoftware – dem TIA Portal für die Siemens-PLCs und Twin CAT für die Beckhoff-PLCs – verbunden. „Für uns ist es sehr wichtig, dass wir grundsätzlich keine Änderungen am vorab entwickelten SPS-Programm durchführen, wenn wir diese Simulation machen. Das heißt, wir nehmen genau das SPS-Programm virtuell in Betrieb, das später auch auf der realen Anlagensteuerung läuft“, betont Ostmeier.

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Inbetriebnahme-Zeit um die Hälfte reduzieren

Hymmen kann so beispielsweise virtuell die eingesetzten Roboter programmieren und ausrichten. Zusammenstöße im späteren Betrieb, sowie kostspielige Reparaturen nach einer Kollision im realen Testbetrieb werden somit vermieden. Mit der virtuellen Inbetriebnahme am digitalen Zwilling reduzieren sich auch die Reisezeiten und -kosten für die reale Inbetriebnahme an der Maschine. „Wir haben bei einer Anlage, die wir nach England liefern, den Beschick- und im Abstapelungsbereich über den digitalen Zwilling vorab in Betrieb genommen und man sieht schon gewaltige Effekte. Wir sind guter Dinge, dass wir die Inbetriebnahme-Zeit bei diesem Kunden um die Hälfte reduzieren können“, erzählt Eikelmann. Denn gerade zum Schluss werde laut Eikelmann vor Ort beim Kunden viel Geld „verbrannt“, beispielsweise weil etwas aufgrund fehlerhafter Programmierung kaputtgefahren wird. „Der Digital-Twin-Ansatz kommt unseren Kunden letzendlich auch direkt zugute. Mit dem Mechatronics Concept Designer können wir die Durchlaufzeiten unserer Anlagen vorab ermitteln und noch vor Auslieferung an der ein oder anderen Stelschraube stellen“, hebt Ostmeier einen weiteren Pluspunkt hervor.

Sobald die Erkenntnisse bei der realen Inbetriebnahme vor Ort durch Betriebsdatenerfassung wieder zurück in die Welt des digitalen Zwillings gespielt werden, schließt sich der Kreis. So kann sich Hymmen selbst überprüfen, entsprechende Rückschlüsse ziehen und seine Anlagen optimieren.

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