Bericht -

Durch virtuelle Inbetriebnahmen die Entwicklung beschleunigen

Das Projekt „Virtuelle Inbetriebnahme mit Smart Hybrid Prototyping“ (VIB-SHP) liefert Ergebnisse. Seine IT-Referenzarchitektur und sein Baukastensystem zeigen neue Möglichkeiten auf, komplexe Fertigungsanlagen schneller in die Fabrik zu bringen.

Im Rahmen von VIB-SHP stellen namhafte Industrieunternehmen, Software-Hersteller und Forschungsinstitute nun einen skalierbaren mechatronischen Baukasten für das „Smart Hybrid Prototyping“ bereit. Er bildet die Basis für eine interaktive 3D-Entwicklungsumgebung, in der auch mittelständische Unternehmen die Inbetriebnahme von Produktionsanlagen effizient absichern können. CONTACT Software liefert dafür zentrale Bausteine.

Anlagenbau im Wandel

Die vierte industrielle Revolution macht Produktionssysteme immer „smarter“. Sie werden Teil einer digital vernetzten Werksumgebung, in der verschiedene Systemkomponenten und Services dynamisch zusammenarbeiten. Die Entwicklung von Fertigungsanlagen wird dadurch allerdings noch komplexer. Eine Maßnahme: Absicherungsprozesse in der Virtuellen Realität (VR) im Sinne eines Front Loading, bevor die ersten Aufbauten erfolgen.

Getrieben durch starken Wettbewerb und Kostendruck setzen sich Configure-to-Order-Strategien auch im Anlagenbau zunehmend durch. Dabei werden Produktionssysteme aus vordefinierten Plattformkomponenten konfiguriert, bevor der erste Ingenieur in einem Engineer-to-Order-Prozess in die Entwicklung eingebunden wird.

Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es Unternehmen, späte kostspielige Änderungen zu vermeiden und Anlagen schneller in die Fabrik zu bringen. Hohe Kosten für die Entwicklung plattformfähiger Komponenten, fehlende Kapazitäten zum Aufbau simulationsfähiger Modelle und neue Anforderungen an die IT-Infrastruktur verhindern aber oft, dass der mittelständische Maschinen- und Anlagenbau von solchen Technologien profitiert.

Simulationsmodelle aus dem Baukasten

Ein grundlegendes Ergebnis von VIB-SHP ist ein Baukasten, der die klassischen Modelle (SPS/E-CAD, M-CAD) um Verhaltensmodelle und VR-Informationen ergänzt. Ihre Abbildung als cybertronisches Produktdatenmodell macht auf der Ebene von Produktionsstationen eine disziplinübergreifende Sicht auf die Partialmodelle möglich.

Das Baukastensystem fördert die Wiederverwendung der Modelle und verringert redundante Arbeit in den einzelnen Entwicklungsprojekten. Insbesondere der Aufwand für den zusätzlichen Aufbau von Verhaltensmodellen wird somit minimiert und macht digitale Absicherungsprozesse auch für den Mittelstand interessant.

Transparente Änderungsprozesse

Änderungsprozesse beginnen oft in einer Disziplin oder beim Kunden. Ihre Auswirkungen sind jedoch nicht selten disziplinübergreifend und machen deshalb die sichere Durchführung immer wieder zu einer Herausforderung. Deshalb wurde in VIB-SHP Wert auf eine integrierte Datenhaltung im Sinne eines cybertronischen Produktmodells gelegt, damit Inkonsistenzen zwischen disziplinspezifischen Modellen wie Mechanik, Elektrik/Elektronik und SPS sichtbar werden. So können Missverständnisse in der Kommunikation früher erkannt und behoben werden, was das Risiko teurer Nachbesserungen signifikant reduziert.

Flexible IT-Architektur

Unternehmen sind mehr und mehr darauf angewiesen, ihre IT-Landschaft schnell, flexibel und kostengünstig an sich ändernde Anforderungen anpassen zu können. Gartner propagiert deshalb eine bimodale IT-Architektur, die auch einer agilen Vorgehensweise Rechnung trägt. Aus diesem Grund setzt VIB-SHP auf eine offene Architektur: Durch die vom Fraunhofer IPK entwickelte Open Source Software TUI Framework können dynamisch unterschiedliche Simulationslösungen in einer Co-Simulation orchestriert werden. So ist mit WINMOD, SimLine, PhysX-Engine und Autodesk VRED ein beeindruckendes virtuelles Abbild des Produktionssystems entstanden.

CIM Database PLM agiert innerhalb dieser Umgebung als Datenmanagementsystem für die Entwicklungsdomänen und Datenprovider für die virtuelle Inbetriebnahme. Durch innovative Schnittstellen, die auf Formate wie AutomationML zurückgreifen, haben wir eine IT-Landschaft konzipiert, die heutige Ansprüche an Durchgängigkeit erfüllt und gleichzeitig flexibel anpassbar ist.

Steuerungen und Ergonomie virtuell absichern

Steuerungsprogramme werden üblicherweise oft erst bei einem Testaufbau der Anlage oder beim Kunden erprobt. Durch die virtuelle Inbetriebnahme lassen sie sich schon frühzeitig im Entwicklungsprozess vollumfänglich absichern. Auch können haptische, akustische oder sicherheitsrelevante Aspekte immersiv direkt in der virtuellen Realität erfahren und bewertet werden. Der Reifegrad der Absicherung wird im Vergleich zu einer Absicherung am 2D-Bildschirm entscheidend verbessert.

Das Konsortium

Beckhoff Automation, EDAG Production Solutions, MEWES & Partner, Jonas & Redmann und PROMESS haben VIB-SHP als Industriepartner unterstützt. Die VR-Expertise kommt von den Unternehmen Datenflug und nVIZ. CONTACT Software und PSI Automotive & Industry haben ihr Know-how aus den Themenfeldern PLM beziehungsweise ERP beigesteuert. Die TU Berlin und das federführende Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) haben das Projekt wissenschaftlich begleitet.

CONTACT Software und das Fraunhofer IPK stellen die Ergebnisse nun auf dem prostep ivip Symposium 2018 einer breiteren Öffentlichkeit vor (19. April, 09:50 Uhr). Eine ausführliche Beschreibung zu den im Projekt erprobten Methoden und Technologien liefert das demnächst verfügbare Buch „VIB-SHP – Virtuelle Inbetriebnahme für Industrie 4.0 zukunftssicher beherrschen“ (Herausgeber: Rainer Stark, Patrick Müller und Hendrik Grosser, ISBN 978-3-945406-21-2).


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Lucas Kirsch
Produktmanagement & Consulting

 

 

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