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Virtuelle Inbetriebnahme: Effizienz, Langfristige Flexibilität und hohe Verfügbarkeit

Dipl.-Ing. Tho­mas Koch, NILES-SIMMONS Indus­trie­an­la­gen GmbH

 

Das Spannungsfeld

Moderne Bear­bei­tungs­ma­schi­nen wer­den immer kom­ple­xer, die Funk­ti­ons­viel­falt in den Maschi­nen nimmt ste­tig zu. Im Gegen­satz dazu wird das zur Ver­fü­gung ste­hende Zeit­fens­ter, um die Maschi­nen in die Pro­duk­tion ein­zu­brin­gen, fort­wäh­rend kür­zer. Beson­ders gra­vie­rend tritt diese Dis­kre­panz bei der Erwei­te­rung oder dem Umbau bestehen­der Anla­gen und Fer­ti­gungs­li­nien her­vor, wo Still­stand­zei­ten so gering wie mög­lich gehal­ten wer­den müs­sen. Zusätz­lich, kom­men immer häu­fi­ger Werk­stück­ma­te­ria­lien zum Ein­satz, die hoch­ent­wi­ckelt, lang­le­big und ent­spre­chend teuer sind, wodurch eine inten­sive Inbe­trieb­nahme von Maschi­nen und Tech­no­lo­gie schnell zu einem enor­men Kos­ten­fak­tor wer­den kann. Um in die­sem Span­nungs­feld erfolg­reich zu sein, ist es erfor­der­lich, dass die Funk­tio­nen und Abläufe bereits vor der rea­len Inbe­trieb­nahme umfang­reich getes­tet werden.

Eine Mög­lich­keit dies umzu­set­zen ist die Vir­tu­elle Inbe­trieb­nahme (VIBN) von Maschi­nen und Anla­gen. Dazu wer­den vir­tua­li­sierte Maschi­nen­mo­delle ent­wi­ckelt, wel­che das reale Sys­tem- und Zeit­ver­hal­ten abbil­den. Bei erfolg­rei­cher Umset­zung die­ser vir­tu­el­len Tests kön­nen Ent­wick­lungs- und Inbe­trieb­nahme-zei­ten um bis zu 30 – 50% ver­kürzt und eine erheb­li­che Effi­zi­enz­stei­ge­rung erreicht werden.

Abbil­dung 1 – Vir­tua­li­sie­rung einer Kur­bel­wel­len­be­ar­bei­tung mit einer Fräs­ma­schine N20CM

Die Funktionsweise

Die VIBN beschreibt die Erstel­lung eines vir­tu­el­len 3D-Abbil­des einer oder meh­re­rer zu ent­wi­ckeln­der Maschi­nen und die Kopp­lung die­ses Modells mit rea­len oder vir­tu­el­len Steue­run­gen. Die mecha­ni­schen und elek­tri­schen Eigen­schaf­ten der Anla­gen sol­len damit mög­lichst 1:1 und in Echt­zeit nach­ge­bil­det werden.

Mit einer sol­chen Vir­tua­li­sie­rung von Maschi­nen­mo­del­len, ist eine Inbe­trieb­nahme par­al­lel zum Ent­wick­lungs- und Fer­ti­gungs­pro­zess mög­lich. Bereits wäh­rend der Pro­gram­mie­rung der Soft­ware kön­nen die Funk­tio­nen sowie das mecha­ni­sche Ver­hal­ten der Maschine am Modell getes­tet und damit Feh­ler­quel­len loka­li­siert und besei­tigt wer­den. Auch kri­ti­sche Maschi­nen­zu­stände kön­nen gefahr­los model­liert und inten­siv geprüft werden.

Abbil­dung 2 – Test des vir­tu­el­len Maschi­nen­mo­dells bei NILES-SIMMONS Indus­trie­an­la­gen GmbH in Chemnitz

 

Es wer­den dabei nicht nur ein­fa­che Schalt­vor­gänge simu­liert, wie bei­spiels­weise die Zuschal­tung des Kühl­schmier­stof­fes oder wei­te­rer Medien, son­dern auch kom­plexe Vor­gänge getes­tet. Dazu zäh­len auch kom­plette Bear­bei­tungs­pro­zesse oder kom­plexe Zusam­men­hänge hin­sicht­lich Mate­ri­al­fluss und Robo­ter­steue­rung. Durch die Kopp­lung von meh­re­ren Maschi­nen und Auto­ma­ti­ons­sys­te­men wer­den voll­stän­dige Bear­bei­tungs- und Fer­ti­gungs­pro­zesse simu­liert. Diese kön­nen zum Bei­spiel aus ein­zel­nen Fer­ti­gungs­zel­len, wie der Kom­bi­na­tion einer Fräs­ma­schine, einer Mess­ma­schine und einer Anla­gen­au­to­ma­tion bestehen, oder auch voll­stän­dige Fer­ti­gungs­li­nien abbil­den. Wäh­rend die­ser Tests wer­den sowohl die Abläufe zur Mes­sung und Über­gabe der Qua­li­tä­ten und Maß­kor­rek­tu­ren an die Maschi­nen, als auch die sich ändern­den Pro­duk­ti­ons­steue­rungs­pro­zesse erkannt. Die mit Hilfe der Modelle opti­mier­ten Pro­gramme wer­den im Anschluss auf die rea­len Sys­teme übertragen.

 

Abbil­dung 3 – Vir­tu­elle Simu­la­tion eines voll­stän­di­gen Bear­bei­tungs­ab­lau­fes und Über­füh­rung auf das reale System

 

Der Nutzen

Die­ses Ent­wick­lungs­werk­zeug ist sowohl eine wert­volle Ergän­zung für den Ent­wick­lungs­pro­zess, als auch eine Ergän­zung für den Ser­vice und die Feh­ler­ana­lyse. Neben der deut­li­chen Ver­kür­zung der Inbe­trieb­nah­me­zeit, spe­zi­ell auch direkt beim Kun­den vor Ort, kön­nen vor allem auch Kos­ten auf­grund von Nach­ar­bei­ten oder teu­rem Mate­ri­al­ein­satz für Tests redu­ziert und die Zuver­läs­sig­keit der Sys­teme erhöht wer­den. Ins­be­son­dere auf­grund des Ein­sat­zes der vir­tu­el­len Inbe­trieb­nahme kön­nen Ver­füg­bar­kei­ten bis zu 95% erreicht werden.

Ein wei­te­rer Vor­teil der vir­tu­el­len Maschi­nen­mo­delle, vor allem aus Kun­den­sicht, ist die Nut­zung derer wäh­rend eines kom­plet­ten Maschi­nen­le­bens. Mit ihnen kön­nen Kun­den ganze Pro­duk­ti­ons­li­nien umbauen bzw. auch nur ein­zelne Funk­tio­na­li­tä­ten in der Pro­duk­ti­ons­li­nie ergän­zen. Still­stands­zei­ten, Umbau­zeit­räume und ein­her­ge­hende Risi­ken kön­nen auf ein Mini­mum redu­ziert wer­den. Vir­tu­elle Maschi­nen­mo­delle ermög­li­chen so die Opti­mie­rung der gesam­ten Pro­duk­ti­ons­pla­nung – ein Maschi­nen­le­ben lang. Aus die­sem Grund ist die Bereit­stel­lung einer vir­tu­el­len Inbe­trieb­nahme und damit ver­bun­den die Mög­lich­keit der Über­nahme des ent­stan­de­nen digi­ta­len Modells immer häu­fi­ger ein zen­tra­les Kri­te­rium im Rah­men von Inves­ti­ti­ons­ent­schei­dun­gen der Kun­den im Werkzeugmaschinenbau.

 

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