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Digital Engineering auf Anhieb richtig machen

Reduzierung von Time-to-Market beim OEM, Integrationskosten beim Maschinenbetreiber, Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit, flexible Produktion hin zu Losgröße 1 sind Vorteile des Digital Engineering.

Während die Produktion bereits zunehmend digitalisiert wird und aktuelle Anlagendaten zur Steuerung von Fertigungsprozessen eingesetzt werden, steht die digitale Transformation bei Konstruktion und Entwicklung noch relativ am Anfang. Das größte Manko: es fehlt weitgehend an einer durchgehenden Werkzeugkette und vor allem an standardisierten Datenaustauschformaten zwischen den Tools. Lenze SE, Hameln, treibt deshalb mit Hochdruck die Anpassung und Erweiterung seiner Tools und Services voran, um diese Lücke zu schließen. Als OEM steht man ständig unter Zeit- und Kostendruck. Die neue Maschine soll pünktlich geliefert werden, allen vereinbarten Spezifikationen entsprechen, sich schnell, einfach und mit wenigen Änderungen in Betrieb nehmen lassen und dann fehlerfrei im Betrieb laufen. Die Wirklichkeit sieht oft anders aus: Software muss in kürzester Zeit entwickelt werden, während einem der Kunde im Nacken sitzt, oder Funktionen umständlich nachträglich eingebaut werden müssen, weil bei den Anforderungen etwas übersehen wurde - das ist fatal für die Kostenkalkulation.

Virtuelle Inbetriebnahme

Titelstory 11/2018 - Entwicklung von Anlagenteilen
Bei der Entwicklung von Anlagenteilen wird im ersten
Schritt der entsprechende Maschinentyp ausgewählt,
wie diese Screens zeigen
Quelle: Lenze
Genau diese Probleme adressiert Digital Engineering. Der digitalisierte Entwicklungsprozess ermöglicht genauere Iterationen in einer frühen Projektphase bietet Unterstützung bei der Programmierung der Anwendungssoftware und ebnet den Weg zur virtuellen Inbetriebnahme. Kürzere Entwicklungszyklen bei geringerem Personalaufwand und schnelleres Time-to-Market sind die wichtigsten Effekte, denen sich kaum ein OEM verschließen kann. Weniger Reibungsverluste aufgrund einer gemeinsamen Datenbasis für alle Abteilungen und die Chance, komplexere Funktionen beherrschbar zu machen, so dass Maschinen mit höherer Intelligenz ausgestattet werden können, sind weitere Vorteile – zumindest in der Theorie. In der Praxis ist das vorgezeichnete Szenario – jedenfalls Stand heute – erst bruchstückhaft realisiert. Die dafür benötigten Tools, mit gemeinsamen Datenmodellen und standardisierten Schnittstellen, stehen noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. So existieren im Entwicklungsprozess noch zu viele Insellösungen, die nicht in der Lage sind, mit vertretbarem Aufwand und ohne Informationsverlust Daten miteinander auszutauschen. Ohne einen durchgängigen Informationsfluss sind die positiven Effekte des Digital Engineerings jedoch nicht zu erreichen.

Anforderungen formulieren

Titelstory 11/2018 - Modularer Baukasten
Ein modularer Baukasten bietet die passenden mecha-
-tronischen Module für die Konstruktion der Maschinen-
-anlage
Quelle: Lenze
Die Hamelner haben sich daher entschlossen, die von der Plattform Industrie 4.0 entwickelten Spezifikationen zur Verwaltungsschale umzusetzen und seine Tools fit zu machen für das Digital Engineering. So zeigt Lenze auf Messen bereits erste Tools, Prototypen und Konzeptstudien kommender Entwicklungswerkzeuge. Kunden sollen im Dialog ihr Feedback geben und Anforderungen formulieren. Ausgangsbasis sind die bereits vorhandenen Werkzeuge, wie etwa die modulare „Fast" Applikation Software Toolbox, dazu kommen neue Anwendungen, die speziell im Hinblick auf das Digital Engineering entwickelt werden. Ergänzt werden diese durch Services, beispielsweise in Bezug auf das Industrial Internet of Things (IIoT). Und nicht zuletzt auch Beratungsleistungen, um OEMs, Anlagenbauer und -betreiber bei der Digitalen Transformation der Industrie zu begleiten und zu unterstützen. Den Einstieg liefert das „InAutomation“-Konzept. Damit kann ein Anwender aus mechatronischen Maschinenmodulen eine Applikation konfigurieren und parametrieren sowie die Software basierend auf „Fast“ automatisch generieren. Auf dieser Basis kann bereits eine „virtuelle Maschine“ genutzt werden, die sich mit Hilfe einer VR- oder Hololens-Brille sogar als Augmented-Reality-Objekt in 3D darstellen lässt. Einfache Abläufe sind schon in der Simulation zu sehen sowie mögliche Fehler oder Probleme. So lassen sich diese bereits in einer frühen Projektphase entdecken und abstellen.

Von Anfang an digital

Titelstory 11/2018 - Digital Engineering bis zur fertigen Maschine
Digital Engineering bis zur fertigen Maschine
Quelle: Lenze
Die Fast-Toolbox, mit der sich eine modulare Maschinensteuerung ganz einfach entwickeln lässt, wird zu einem Software-Framework ausgebaut, das zum einen mit dem Digitalen Zwilling umgehen kann und zum anderen die Basis für die automatische Code-Generierung legt. Das Ziel dabei ist, zukünftig die Maschinensoftware nicht mehr entwickeln zu müssen, sondern nur noch zu parametrieren. Ergänzt wird dies um Methoden zum automatisierten Code-Testing, was die Entwicklungsabteilung weiter entlastet. Ähnlich dem beliebten Tool „Drive Solution Designer“ entsteht eine neue Anwendung, die nicht nur Motion Control, sondern die vollständige Automatisierung von Maschinen abdeckt, dabei aber die daraus erwachsende Komplexität der Lösungen handhabbar macht. Mit Hilfe weiterer Tools können Maschinen beziehungsweise Anlagen in verschiedenen Levels simuliert werden, die unterschiedlich hohe Anforderungen an Rechenzeit und -kapazitäten stellen: Physik der Mechanik, Antriebstechnik und Motion- Applikationen, bis hin zu Automationssystemsund kompletten Fertigungsprozessen. Mit ausreichender Rechenpower kann auf diesem Weg bereits eine virtuelle Inbetriebnahme erfolgen. Alle dafür nötigen Daten finden sich im digitalen Zwilling.

Grundlagen für Services und Cloud

Daten aus dem digitalen Zwilling über die verwendeten Komponenten und Module, Laufzeiten und -bedingungen liefern wertvolle Informationen für neue Services und Geschäftsmodelle des OEM, insbesondere für Wartung und Service Level Agreements. Vorteile ergeben sich aber auch für den Betreiber von Maschinen und Anlagen, beispielsweise im Asset Management, für IIoT-Services oder Methoden wie Big Data Analytics und Machine Learning. Condition Monitoring und Predictive Maintenance profitieren ebenfalls vom Einsatz des digitalen Zwillings, der mit seinen standardisierten Datenmodellen und -formaten den Einsatz von Cloud-Anwendungen vereinfacht.

Wichtiger Treiber im Maschinenbau

Die Vorteile des Digital Engineerings sind unbestreitbar: Reduzierung von Time-to-Market beim OEM sowie den Integrationskosten beim Maschinenbetreiber, Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit, flexible Produktion hin zu Losgröße 1, lernfähige Maschinen, veränderbare und flexible Produktionen und erweiterbare Maschinensoftware sind nur einige Pluspunkte, die hier genannt werden sollen. Lenze hat es sich zur Aufgabe gemacht, standardisierte Software, Schnittstellen und Konnektivität zu entwickeln und dem Markt bereitzustellen, um dafür zu sorgen, dass ein durchgängiger Informationsfluss gewährleistet wird – auch über die Grenzen des eigenen Angebotes hinaus. Indem frühzeitig Chancen und Wege aufgezeigt werden, will man die Kunden inspirieren, sich mit Digital Engineering als einem der wichtigsten Treiber für Innovationen im Maschinen- und Anlagenbau auseinanderzusetzen. Ihre Anforderungen und Ideen bilden die Grundlage für neue Tools und Services. So positioniert sich Lenze als Berater für die Digitale Transformation, für Industrie 4.0 und IIoT, der seine Kunden bei diesem Wandel begleitet und unterstützt.
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