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Herausforderungen in der Entwicklung von Engineeringwerkzeugenfür Produktionsmaschinen

Michael Schlereth, Siemens AG

© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 4 Mai-2012 Michael Schlereth

Agenda

Vorstellung Siemens Industry

Engineeringwerkzeuge für Produktionsmaschinen

Herausforderungen für zukünftige Engineeringwerkzeuge


Siemens Industry


Organisation der Siemens AG

1) Sektorgeführte Business Unit 2) Börsengang geplant

Industry

Health-care

DiagnosticsImaging & Therapy Clinical Products Customer Solutions

Infra-structure& Cities

Rail Systems Low and Medium Voltage

Building Technologies Osram 2)Smart GridMobility and

Logistics

Energy

Fossil PowerGeneration Wind Power Energy ServiceOil & GasPower

TransmissionSolar & Hydro

Drive Technologies Customer ServicesIndustry Automation Metals Technologies 1)


Drive Technologies: Vier Business Units mit einem Portfolio für den gesamten Antriebsstrang

Industry Sector – Division Drive Technologies

Motion Control SystemeCNC-SteuerungenServo- und LinearmotorenZustandsüberwachungFrequenzumrichter

Motion Control Systems(MC)

Large Drives(LD)

Industrie-, Traktions- und Spezialantriebe großer Leistung

Gleichstrommotoren und -stromrichter

Explosionsgeschützte Motoren und Antriebssysteme

Nieder- und Hochspannungsmotoren

1) Auftragseingang; 2) Mitarbeiter

Mechanical Drives(MD)

Getriebe und Kupplungenfür Wind- und Industrie-anwendungenGetriebemotoren

#1 Windgetriebe – # 1 CNC – # 2 Wechselstromantriebe

Antriebskomponenten für Elektroautos (Umrichterund Elektromotore)

Inside e-Car(EC)

Ralf-Michael Franke (CEO) Thomas Rathmann (CFO)


Organisation

DT MC – Motion Control SystemsHr. Frank Hr. Basson

Vertrieb und Marketing – Teil des weltweiten Siemens Global Network

FachabteilungenWerkzeug-maschinen

Produktions-maschinen

Krane

Verbundene Unternehmen,Joint Ventures:

YSAD - JPNEngineered DrivesAutomatisierungslösungenfür ProduktionsmaschinenSNC - CHNMotion Control-SystemeSFAE - CHNGesamtausrüstungenWeiss Spindeltechnologie Motorspindeln

52 Vertriebsregionen 47 Regionale Vertretungen

EntwicklungGWE, Lieferzentrum ErlangenCON, Lieferzentrum CongletonEWN, Lieferzentrum Bad Neustadt

LogisticsProcurementControlling,AccountingStrategisches MarketingBusiness Excellence

Service & SupportKlassischeDienstleistungenZusätzlicheDienstleistungen

Base Drives

General Motion Control


Motion Control SystemsUnsere Kompetenz weltweit

„Herausragender Kundennutzen ist unser oberstes Ziel“Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Engineering und Service von hochwertigen Automatisierungs- und Antriebssystemen.

Packaging Textile Metal forming

Wood Renewable Energy Glass Handling Converting

Automatisierungslösungen für Produktionsmaschinen

Printing Plastics


Lösungen für Verpackungsmaschinen

Modulare und skalierbare Maschinenlösungen auf Basis SIMOTION und SINAMICS

SIMOTION Baggers & WrappersSIMOTION Intelligent Infeed SIMOTION Toploading Track & TraceLinienintegration/Kommunikation

Vorteile auf einen BlickErhöhung der Verpackungsleistung durch ServotechnikReduzierung von Umrüstzeiten bei ProduktwechselReduzierung Engineering durch vorgetestete Bausteine Erhöhen der Qualität durchMechatronik SupportVerlängerung der Wartungsintervalle durch verschleißarme ServoantriebstechnikReduzierung Time-to-Market durch Simulation Nachhaltig effizient durch RückspeisungSafety Integrated


AnwendungsbeispielVerpackungsmaschine

Maschine

Produkte Anforderungen / Nutzen

Lösung

Hochperformanter Kartonierer mit Formatwechsel für Pharma- und Kosmetikprodukte

Simotion D445 mit virtueller Leitachse

Elf reale Achsen mit Sinamics S120

Rückspeisefähiges Active Line Modul

Durchgängiges flexibles Konzept

Kompakt und platzsparend

Einfache Verdrahtung und IBS

Schnelle Formatwechsel

Erfüllen von Pharma Anforderungen

Weltweiter Support

Kartonierer


Modulare und skalierbare Maschinenlösungen auf Basis SIMOTION und SINAMICSKomplett dokumentierte und getestete Software-Applikationen:

Elektronischer TransferWalzenvorschubHydraulische und mech. UniversalpressenServopressenFeederServopumpeSafety

Lösungen für die Umformtechnik

Vorteile auf einen BlickHöchste Taktraten bei Walzenvorschub (1900 Takte/min, 10mm Vorschub, 10µm Toleranz)Enorme Produktivitätssteigerung (150%) durch neue Maschinen-konzepte Minimale Produktionsausfälle durch intelligente kinetische PufferungSichere Produktion bei Netzstörungen durch intelligentes EnergiemanagementEnergieoptimierte Stößelbewegungsprofile für Servopressen Lösungen für energieoptimierte Produktion (Energieeinsparpotentiale von bis zu 45% bei elektrischen Achsen und bis zu 70% bei hydraulischen Achsen)


AnwendungsbeispielUmformtechnik

Maschine

Produkte Anforderungen / Nutzen

Lösung

SIMOTION D445

SINAMICS S120

SIMATIC MP277/MP370

SIMATIC S7 -F

Servomotor 1FT6/1FK7

Hochdynamische und materialschonendeBewegungsführungReduzierung von WerkzeugwechselzeitenKopplung des Bewegungssystems an PressenleitwertPlausibilitätsprüfung der VerfahrdatenSkalierbare Performance und variables Mengengerüst an Antriebsachsen

Servopresse


Lösungen für Druckmaschinen

Automatisierungs- und Antriebslösungen auf Basisvon SIMOTION und SINAMICSUnterstützung von unterschiedlichen Antriebskonzepten:vom Längswellenantrieb bis hin zur elektronischen Wellemit mehreren Antrieben je Druckwerk und elektronischenKurvenscheiben im FalzapparatUmfangreiches und offenes SoftwarepaketPrint StandardIntegrierte RegisterlösungEinfache und effiziente Kommunikation über PROFINET

Vorteile auf einen BlickFlexible Maschinen/ProduktionenHöhere Produktivität

Höhere GeschwindigkeitWeniger MakulaturSchnelle Inbetriebnahme und Auftragswechsel

Höhere DruckqualitätEinfaches Retrofit von wellenbehafteten MaschinenLösungen im

OffsetdruckTiefdruckFlexodruckWellpappendruckDigitaldruckDruckweiterverarbeitungRollenwechsler Auf- und AbwicklerEtikettendruck und -verarbeitung


AnwendungsbeispielDruckmaschine

Maschine

Produkte

Lösung

Illustrationsdruckmaschine

SIMOTION D4X5SINAMICS S120TM 411FT6, 1PH7, 1PH8, 1FK7, 1FWTRC 5000 (Kamera für Registerregelung)Print StandardPROFINET

Einfacher Funktionstest beim OEM durch modularen Aggregat-AufbauPrint Standard : Einfache Diagnose und FunktionserweiterungModulare, skalierbare Hard- und SoftwareHochgenaue und zuverlässige Synchronisation der Einzelantriebe

Anforderungen / Nutzen


Engineeringwerkzeugefür Produktionsmaschinen


Motion Control System SIMOTION

Controller-based

Flexible Anpassung an Maschinenkonzepte und Kundenwünsche

SIMOTION bietet drei unterschiedliche Hardware-PlattformenDie System-Funktionalität steht auf allen Plattformen komplett zur VerfügungDas Engineering ist für alle Plattformen gleich und übertragbar

Drive-based

Hardware - PlattformenSystem-Funktionalität

Engineering

PC-based


Mechatronische Lösungen

Nocken-steuerwerk

GetriebeKupplungHauptantrieb KurvenscheibeMechanischeLösung

Mechatronische Lösung

VirtuelleLeitachse

Mechanische Komponenten werden durch Servo-Antriebe und intelligente Bewegungsführung (Motion Control) ersetzt

Wegfall der Mechanik bedeutet höhere Dynamik und Flexibilität, weniger Verschleiß

Motion Control wird zum entscheidenden Faktor

Motion ControlFunktionen

Servo-Antriebe


Skalierbare Funktionalität

Passende Funktionalität für alle Aufgaben im Maschinenbau

+

+

PLC - Funktionalitätnach IEC 61131-3

Skalierbare Motion Control-Funktionalitätvon Nockenfunktion und Positionieren bis zu 3-D-Bahninterpolation mit Transformationen für verschiedene Handlingskinematiken

Technologische Funktionen


Integrierte Tools

Einheitliches, konsistentes Engineering für das gesamte System

AntriebInbetriebnahme

HMIProjektierung

SteuerungParametrierungProgrammierungIBN, Diagnose

GemeinsameDatenhaltung

KommunikationKonfiguration

P 350

Engineering-Workbench

Zentraler Aufruf aus Projektbaum

Engineering-Aufgaben

SIMOTION SCOUT


Aufgabenorientierte Programmiersprachen

Für jede Aufgabe die am besten geeignete Programmiersprache

StructuredText (ST)

Kontakt-Plan (KOP)

Funktions-Plan (FUP)

MotionControlChart(MCC)

Drive Control Chart (DCC)

SIMOTION bietet unterschiedliche Programmiersprachen, die auch gemischt eingesetzt werden können:

speziell für sequentielle Aufgaben (z. B. Motion Control)

speziell für zyklische Aufgaben (z. B. Logik)

speziell für kontinuierliche Aufgaben(z. B. Regel- und Rechenfunktionen)

für alle Aufgaben geeignet


Testunterstützung

Zeitersparnis durch zielgerichteten, effizienten Test

Programmtest:Debug-Funktionen mit HaltepunktenGrafische Schritt- oder SignalverfolgungEinzelschritt-Betrieb

Systemauskunft:Statusanzeige für System- und AnwendervariablenSystemauslastungTask-Laufzeiten

Trace-Funktion für Applikationstest:Aufzeichnung aller Variablen in einem Trace(Logik, Motion Control, Technologie, System, …)Trigger, Sample-Rate, Zeitraum frei einstellbarDarstellung:- als Liste, mit Export, z. B. nach Excel- als Diagramm, mit Überlagerung von Signalen

für Vergleich


Inbetriebnahme - Unterstützung

Komfortable Maschinen-Inbetriebnahme und Achsoptimierung

Achssteuertafel:Für manuelle Bewegung der Achsen und manuelles Setzen und Rücksetzen von Signalen (Eingangssignale, Freigaben, …)

Automatische Regleroptimierung:Für LagereglerFür Drehzahlregler (nur mit Sinamics S120)Inkl. automatischer Filter-Einstellung

Frequenzgang-Analyse:Funktionsgenerator kann auf beliebige Eingangsgröße aufgeschaltet werdenAufzeichnung von beliebigen Ausgangsgrößen Auswertung als- Bode-Diagramm oder- Frequenzspektrum


Herausforderungen für zukünftige Engineeringwerkzeuge


Wo ist die letzte Version gespeichert?

Was ist der Zweck dieses Signals?

Das erneute Eingebender Daten ist dochZeitverschwendung!

Ich muss noch die Maschinendaten wegspeichern!

Was ist der Zweck dieses Sensors?

Was für ein Aufwand, nur um das Setup zu testen?!

Heute suchen unterschiedliche Rollen nach denselben Informationen und geben diese immer wieder manuell ein

PLM Prozesse im Maschinenbau heute: Verschiedene Disziplinen – ähnliche Aufgaben

Elektrokonstruktion SW-Engineering

Muss meinem Kunden das Konzept zeigen!

Mal sehen, ob der Motor paßt?

Warum fordert derKunde das?

Mechanikkonstruktion


Zukünftige Siemens Tool-Landschaft für Maschinenbauer - Integrierte Engineering Plattform

Konzentration auf die Aufgaben nicht auf die Tools

Hohe Usability durch Toolintegration und konsistente Datenhaltung

Ermöglicht interdisziplinäres Engineering mit durchgängiger Datenhaltung

Variantenmanagement durch getestete wieder verwendbare Module in Hard- & Software

Kontinuierliche Absicherung der Funktionalität durch Simulation im gesamten Prozess

Kundenvorteile:

Anforderungs- & Daten-Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal

Integrated Detailed DesignConcept Design Virtual

Commissioning Commissioning Real MachineSystem Engineering

Minimiertes „time to market“ von der Idee zur Maschine bei hoher Qualität: “Build the right thing and build it right”


Wandel im Maschinenbau

Verschiebung der Entwicklungsanteile im Maschinenbau

Quelle: VDMA


Herausforderungen aus der zunehmenden Bedeutung von Software im Maschinenbau

Quelle: ITQ/VDMA

Entwicklung großer Software Systeme

Datenaustausch zwischen Engineering Disziplinen

Sichtbarmachen von Software


Herausforderung:

Datenaustausch zwischen Engineering Disziplinen


Siemens Tool-Integration: Mechanik, Elektrik und Automation

Konsistentes und automatisches Erzeugen eines Maschinen-Softwareprojektes aus den Daten des elektrischen CAD (Schaltschrank)




Integrated DetailedDesign

MechanicalDesign

ElectricalDesign

Automation Design


Siemens Tool-Integration: Beispiel einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine

A3A2

B3B2

C3

getestete Equipmentmodulein Hard-und Software

Maschine mit Varianten Kundenmaschine

A1

C3

A1

B2

A1

B2B1

C3C2

C1


SINAMICS-Module, fertig verdrahtet:

Siemens Tool: Elektrisches Design Automatisches Erstellen des Schaltplans

Kundenmaschine

A1

B2

C3


Betriebsartenverwaltung nach OMAC V3

Fehlerhandling

A1

B2C3

Project

Generator

Siemens Tool: Simotion SCOUT Projekt Generator

Project Generator basierend auf SCOUT - Programmieren wie mit LEGO:

getestete Equipmentmodule Genormte SW-Bausteine

Maschinensoftwareprojekt(incl. HMI und Servicemasken!)

A1

B2C3

Betriebsartenverwaltung nach OMAC V3

Fehlerhandling


Siemens Tool-Integration: Physikalische Anforderungen - Antriebsauslegung

Dimensionierung des Antriebssystems mit unterschiedlichen Optimierungszielen

Mechanisches Design mit M-CAD Software

3D-CAD

Load cycle


Herausforderung: Datenaustausch zwischen den Engineering Disziplinen

Datenmodellierung:Beschreibung von ModellenAdaption von ModellenAllgemeingültigkeit vs. Spezialisierung

Datenabgleich:Beschreibung der AbgleichalgorithmenBeschreibung von KonsistenzregelnUni- und bidirektionaler Abgleich


Herausforderung:

Sichtbarmachen von Software


Siemens Tool-Integration: Tools zur virtuellen Inbetriebnahme

Sicherstellen der Qualität während des Entwicklungsprozesses durch die Wiederverwendung der digitalen Daten

Anforderungs & Daten Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal



Virtual Commissioning

Concept DesignSystem Engineering


ECAD/Virtuelle Inbetriebnahme

Siemens Tool: Mechatronics Concept Designer

MechatronischeObjekt-Bibliothek

Game Engine

FunktionalesDesign

Konzept-Evaluierung durch Physik-basierte

Simulation

Verkürzung der Design-Zeiten durch

Parallelisierung der verschiedenen Disziplinen

Reduktion von Inkonsistenzen durch Methodik des funktionalen Designs

Wiederverwendungvon intelligenten Objekten


Plant Simulation

Machine Simulator, VNCK

Line Simulation SIMIT

Siemens Tools für die virtuelle Inbetriebnahme Für jede Branche das entsprechende Werkzeug


Herausforderung: Sichtbarmachen von Software

Debugger aus der Softwareentwicklung nicht ausreichend:physikalische Wirkungdynamische Vorgänge

Interdisziplinäre Entwicklung:Kommunikation zwischen den Entwicklungsbeteiligten verschiedenerDisziplinenInterdisziplinäre Beschreibungsmethoden bisher wenig verbreitetSichtbarkeit des Software-Verhaltens in anderen DisziplinenWirkungsabhängigkeit zwischen Software und Physik

Heutige Lösungen erfordern hohen Zeit- und Kostenaufwand.


Herausforderung:

Entwicklung großer Software Systeme


Siemens Automatisierungs-Software:Integrated Development Enviroment

Integration der Automatisierungs-Softwareentwicklung




Automation Software Development

Automation Design

SourceControl

BugTracking Test

Team


Anforderungen aus dem Maschinenbau

Zentrale Engineering-Kriterien zur Auswahl einer Automatisierungsplattform

Versionsverwaltung

Test / Anbindung externer Tools

Compiler

Datenmanagement

Debugging

Handling zwischen Entwicklungsplattform (IDE) und Steuerung

Programmierung

Verwendung von Bibliotheken

Hardwarekonfiguration


Softwareentwicklungsumgebungen

Continuous Integration (e.g. Jenkins, CruiseControl)Bugtracking (e.g. Mantis, Doors)Software Configuration Management (e.g. Subversion, GIT, TFS)Automatisierte TestsDashboard/Status Control

Realisierung:Lokaler ServerCloud based (e.g. Collabnet, Sourceforge, Github)


Herausforderung: Entwicklung großer Software Systeme

Integration von Software-EntwicklungsumgebungenWiderspruch zwischen der Benutzerfreundlichkeit von Automatisierungsentwicklungstools und Software Management ToolsAutomatisierungsentwicklungs-Umgebungen verwalten neben Quelltexten auch große Mengen an Konfigurationsdaten in speziellen Datenformaten/DatenbankenModelle und Modellierungsprozesse sind inkompatibel zu Quelltext basierten Software-Verwaltungs ToolsContinuous Integration und Test durch interdisziplinäres Zusammenspiel schwierig


Ausblick


Siemens Provides a Unified Platformfor Greater Speed with Confidence

SPEED (First to Market)Achieve concurrent disciplines byintegrating product & productionDigitally analyze products & production for agile processesRe-use assets: knowledge, engineering, parts, manufacturing plans & resources

CONFIDENCE (Right to Market)Simulate & validate for predictablequality, cost and complianceClose the loop between virtual & physicaldata for continuous improvementManage change predictably to ensurehigh quality throughout the lifecycle


Sie sind eingeladen unsere Herausforderungen anzunehmen…


Michael SchlerethDrive Technologies DivisionI DT MC R&D 7 3

Frauenauracher Str. 80 91056 Erlangen, Germany

Phone: +49 (9131) 98-1137

E-Mail: [email protected]

Thank you for your attention!

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