Chancen durch die virtuelle Inbetriebnahme im Maschinenbau ... · system Dedicated Manufacturing...

Chancen durch die virtuelle Inbetriebnahmeim MaschinenbauBernd Mussmann | 10:00-11:00 Uhr

Call in: +49 3022 153197 | +43 1928 6526 | +41 4458 03425Conference Code: 861 802 1958#

Unrestricted @ Siemens AG 2018

© Siemens AG 20182018-09-06 Siemens PLM Software

Herzlich Willkommen

Patricia WermuthSiemens PLM Software

München

Bernd MussmannSiemens PLM Software

Köln


Präsentation


Waldrich Coburg – die reale Maschine & der digitale Zwilling


Markt und TrendsHerausforderungen durch Nachfrage

Optimal Manufacturingsystem

Dedicated ManufacturingLines

Flexible ManufacturingSystems

ReconfigurableManufacturing Systems

General PurposeMachine Tools

Product Volumeper Model

Product Variety

1850

1913

19551980

2000

PersonalizedProduction

MassProduction

Craft production

Time span

Globalization

MassCustomization

UnifiedArchitecture Product Architecture Modular

Architecture

Source: Prof. Bauernhansl 2015


Durch Simulation können Fehler früh imProduktlebenszyklusentdeckt werdenSix Sigma/QualitätsregelRule of ten

»Die Zehnerregel der Fehler-kosten oder Rule of Ten sagtaus, dass sich die Fehlerkostenfür einen nicht entdecktenFehler von Stufe zu Stufe derWertschöpfung um den Faktor10 erhöhen. Je früher einFehler entdeckt und beseitigtwird, desto kostengünstigerist dies für die Organisation.(…)«

FazitDie Qualität des Engineeringprojektes muss so früh wie möglich im Produktlebenszyklus gesteigert werden!

Kost

enpr

o Fe

hler

Product life cycle

Planung Entwicklung IBS Betrieb

1 €10 €

100 €

1.000 €


„Shift Left“ - Digitale Transformation „richtig starten“

Kosten/Zeit

ZeitProduktion

VorgezogeneOptimierungseffekte durch

digitale Planung und Simulation

SOP


Kollaboratives durchgängiges Engineering & VIBN

Line Designer Automation Designerin NX

Totally IntegratedAutomation Portal

Process SimulatePlant SimulationPLCSIMAdvanced

NX/MCDin NX

Automation Designerin NX

Totally IntegratedAutomation Portal

MCD/SIMIT/PLCSIM Advanced

Anlagenbau

Maschinenbau

TeamcenterManufacturing (MPP)

Built-in Generatoren Integrierte Simulationund Validierung

AutomationEngineering

AutomationDesign

VirtuelleInbetriebnahme

Line Design

Mechanical Design

Prozessplanung

Integriertes Engineering vonMechanik und Automatisierung

Teamcenter/PLM


Ist dies „nur“ eine Beladetür?

Einfache Funktionen werden schnell zukomplexen Aufgabenstellungen

Pneumatischer Zylinder

I/O-Signale

Luft- und Ventileinheit

Endschalter

Notendschalter

Sicherheitsrelais

Schaltschrank

Anwender-schnittstelle

Kabel, Schlauch,Rohr

PLC Software

Maschinen Lösungen sind immer eineKombination von verschiedenen Gewerken!


Interdisziplinäre KonzeptionErfassen interdisziplinärer Aspekte von Anbeginn

Wie soll die Maschinearbeiten?

Kunden-spezifikation

Bewegungs-steuerung

Antriebe undAktoren

Wiederverwendung ältererKomponenten

Mechanik

Sensoren


• Kinematiken• Sequenzen• Verhaltensmodell der

Maschine• Signale von Sensoren &

Aktoren• Kräfte• SIZER (Motorenausl.)

Verteilte Information

Kollaboratives Engineering und VIBN mit dem MCD

3D Maschinengerüst

Baugruppen

Dig

itale

rZw

illin

g

Elektrik

Bewegungs-steuerung

MechatronicsConceptDesigner

Sensoren

Antriebe und Aktoren

Wiederverwendungälterer Komponenten

MechatronicsConceptDesigner

Gebündelte Informationen


Mechatronische Maschinenkonzeption im MCDErstellung von Maschinen Konzepten – Mechanik und Kinematik

• Einfaches Erstellen vonMaschinenkonzepten in einerModellierumgebung

• Berücksichtigung vonphysikalischen Eigenschaften,wie Trägheit, Kollisionund Gravitation

• Präsentation und Evaluierungvon Maschinenkonzepten

Einfaches erstellen von komplexenMaschinenkonzepten+


Mechatronische Maschinenkonzeption im MCDPlanung Sensorik, Aktorik, Maschinenablauf und Interaktion

• Erweiterung der Kinematik mit LogischenFunktionen

• Definition von Aktorik und Sensorik

• Erstellung von Maschinenabläufen

• Kommunikation der Maschinenidee mit……anderen Abteilungen und Kollegen…technischen und nicht technischen Kunden

Digitales Konzept ermöglichtfrühe Validierung von Lösungen+


SINUMERIK interagiert mit der Maschinensimulation wie miteiner realen Maschine - Inbetriebnahme-Tests im Virtuellen

Virtuelle Welt

SINUMERIK 840D sl

Sensoren &Aktoren

Maschine MechatronicsConceptDesigner

SIMULATION UNIT

SINUMERIK840D sl

Reale Welt

Quelle: MAKA Systems GmbH

Gateway (SIMIT - MCD)

FieldbusPROFINET/PROFIBUS

Ethernet (Controller Signals)

Systemübersicht

SIMIT+

CNC Operate, NC und PLC

Emulation der ursprünglichenFeldgerätekommunikation

SIMIT – Simulation des Maschinenverhaltens:• Automatisches Verhalten, Maschinenlogik usw.

MCD – funktionale Simulation der Maschine:• Kinematik, 3D-Sensoren, konfigurierte Achse,• Kollisionsüberwachung, physikalisches

Verhalten,• Greifen, Materialtransport...


Benefit in der Design / Engineering Phase durch VIBN

Klassische Maschinenentwicklung: Sequenzielles Engineering

1 MaschinenKonzept

2 Maschinen Engineering 3 Maschinen CommissioningMechanik

Elektrik

Automation

1 MaschinenKonzept

2 Maschinen Engin.Mechanik

Elektrik

Automation

Maschinenentwicklung mit virtueller Inbetriebnahme: Parallelisierung im Engineering

VirtualCommissioning

3 Maschinen Commissioning

Commissioning

Commissioning

4 MaschinenOperation


Entwicklung des Designs im Büro

Benefit in der Vertriebsphase / Servicephase durchEvaluierung von Anforderungen / Änderungen

Reduzieren des Angebotsrisikos mit dem digitalen Zwilling

à Effiziente Planung der neuen Maschineà Absicherung des Lösungskonzeptesà Effiziente Planung der neuen Maschineà Absicherung des Lösungskonzeptes

à Zeigen und Vorführen des Lösungsansatzesà Besseres Verständnis der Problemstellung

/Lösungsansatzes

à Zeigen und Vorführen des Lösungsansatzesà Besseres Verständnis der Problemstellung

/Lösungsansatzes

Kunden MaschinenherstellerAnforderungen werden in einer

komplexen Spezifikationfestgehalten

Verifizieren des Angebotes mit demKundenþ

Source: MAKA Systems GmbH

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PLC/CNCSystem

Entwicklung undEvaluierung der Lösung


…indem die Funktionalität der Maschine gezeigt wird

Ein digitaler Zwilling für Trainings- & Demonstrationszwecke

… schulen der Bediener am Digitalen Zwilling anstatt derrealen Maschine

Training der Bediener am virtuellen Modell

à Kein Risiko die Maschine zu beschädigen während desTraining.

à Darstellung der Folgen von Fehlern in der Bedienungverursachen.

à Kein Risiko die Maschine zu beschädigen während desTraining.

à Darstellung der Folgen von Fehlern in der Bedienungverursachen.

à Marketing Videos können schnell erstellt werdenà Entwicklungstand kann dem Kunden gezeigt werdenà Marketing Videos können schnell erstellt werdenà Entwicklungstand kann dem Kunden gezeigt werden

Training an dervirtuellenMaschine

Stärken des Vertrauens…

VirtuellerMaschinen-

demonstrator


Referenzen


Referenz: Kapp Niles auf der EMO 2015

Kunde: Kapp Niles (Coburg, Deutschland)Industrie: Ein Spezialist für Verzahnungs- & ProfilschleifmaschinenMaschinen: 1. Schwenkladereinheit zur Befüllung der Zahnradschleifmaschine KX 100 DYNAMIC

2. Zahnradschleifmaschine KX 260 DYNAMIC

Kundenanforderungen & Ergebnisse:• Testen von Designfehlern vor der Auslieferung und Inbetriebnahme

• Reduzierung der gesamten Entwicklungszeit bis zur IBN um 30%-35%

• Eine Modellkonfiguration für ein Beispiel, in dem ein Computer,der mit einer realen CNC Steuerung verbunden ist, die Maschinesimuliert.

• Siemens Portfolio: Mechatronics Concept Designer Software,CNC SINUMERIK 840D SL, SIMIT Simulation Software,SIMULATION UNIT (um die virtuelle Maschine mit der realenSteuerung zu verbinden).


https://www.youtube.com/watch?v=GKB2AO1vxyg


Referenz: Maier –Virtuelle IBN reduziert Risiken

Kunde: Maier Werkzeugmaschinen GmbH(Coburg, Deutschland)Industrie: Ein Spezialist für CNC Langdrehautomaten (Jede Maschine ist an die Kundenbedürfnisse angepasst)Maschine: 1. CNC – Langdrehautomat mit 4 CNC Achsen

Kundenanforderungen & Ergebnisse:• Enger Lieferzeitplan mit verschiedenen Maschinenvarianten. Entzerren von Kapa Engpässen in der Automatisierung.

• Erstellung eines Digitalen Zwillings zur VIBN mit verschiedenen Steuerungen Siemens / Fanuc

• 30% schnellere Entwicklung der Maschine

Michael Maier: „Es hat mich schon lange gestört,dass wir die Steuerung der Maschine erst zu

einem verhältnismäßig späten Zeitpunkt testenkonnten.“


Referenz: MAKA – Kürzere Entwicklungszeiten

Kunde: MAKA Systems GmbH (Nersingen, Deutschland)Industrie: Ein Spezialist für Holz & AluminiumbearbeitungsmaschinenMaschine: 5 Achsen CNC MaschineKundenanforderungen & Ergebnisse:• Kürzere Lieferzeiten durch Reduzierung des IBN Aufwandes.

• Schnellere Prototypenentwicklung – Validieren von Lösungsansätzen

• Ca. 30% schnellere Entwicklung der Maschine – (60% - 70% reduzierter Zeitaufwand bei der realen IBN)

Technischer Vorreiter zu sein hat bei MAKATradition

Dr. Jens Muckli (Geschäftsführer MAKA) & Peter Hofsäss(Siemens)


MAKA: Türfertigung


https://www.youtube.com/watch?v=J299bw6cSYc


Referenz: Bausch + Ströbel

„Digitalisierung haben wir dann richtiggemacht, wenn der Kunde mit dem Wunschfür eine Anlage kommt und wir innerhalb vonzwei Tagen mit ihm bei uns am Standort dieAnlage konfigurieren können.„

Dr. Hagen Gehringer,Geschäftsführer Bausch + Ströbel

• 30% Effizienter bis 2020

• Anpassungen während des Baus werdenin den Digitalen Zwilling zurückgespiegelt.

• Holzmodell durch den digitalen Zwillingersetzt

https://www.youtube.com/watch?v=cHOFA-chhEg


Referenz: Maier Werkzeugmaschinen GmbH

Verwendete Produkte

Projekt Information

Maier Werkzeug-maschinen GmbH Wehingen / Deutschland

i

Bisher JetztKonventionelleMaschinen-inbetriebnahme

Virtuelle Inbetriebnahme bestehendaus:• SINUMERIK 840D sl VC-Rack• Mechatronics Concept Designer• SIMIT• SIMULATION UNIT

Lieferzeiten verkürzen undSimulationen

wirklichkeitsgetreudurchführen

50% Produktivitätssteigerung(1,5 Maschinen pro Woche

Ausliefern statt 1)

Sehr viele Tätigkeitenfallen wegenVorabtests am amDigitalen Zwilling weg

Digitaler Zwillings:Insbesondere beiSondermaschinen, diemodular zusammen-gestellt und aufeinzelne Kundenabgestimmt sind

KundenvorteilBevor die reale Maschineentsteht, wird sie als „DigitalerZwilling“ bzw. kinematisiertesModell mechatronisch komplettfertig konstruiert


Waldrich Coburg

Vorführung vonMaschinenfunktionen auf der

Messe

Digitaler Zwilling:Showcase auf der EMO2018

Kundenvorteil


Zusammenfassung & Ausblick


Zusammenfassung Benefits

… Inbetriebnahme … Vertrieb desKunden … Ausbildung

des Kunden …Änderungs-

anforderungenvom Kunden

Änderungsmanagment

• Änderungen an einerausgelieferten Maschine,getrieben durch den Kunden

Schulung des Bedienpersonals vor der Inbetriebnahme derMaschine beim Kunden

• Schulung an Bedientafeln sowie Alarme ohne Maschinen

Praxisnahe Demonstration des virtuellenModells einer Maschine

• Videos und Vertriebsmaterialien einfach erstellen• Der Entwicklungsstand kann dem Kunden einfach

präsentiert/ mit ihm abgestimmt werden

Inbetriebnahmeprozess vereinfachen undbeschleunigen

• Simultanes Arbeiten an “einer” virtuellen Maschine• Risikofreie Testumgebung - Keine Maschinenbeschädigung• Virtuelle Testes - Verkürzte die Inbetriebnahme• Mehr Planungssicherheit durch frühe Fehlererkennung

…


Automation Design

GanzheitlicherAnsatz für dieintegrierteMechatronikund Automation mitNX AutomationDesigner

NX automation designer

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