Virtueller Probelauf

Artikel vom 25. Mai 2016 

Probelauf am Rechner: Eine Virtuelle Inbetriebnahme von Produktionsanlagen reduziert Aufwand und Kosten.

Ob Mobiltelefone, Fernsehgeräte oder Automodelle: Unternehmen bringen in immer kürzeren Abständen neue Produkte auf den Markt. Diesen kurzen Innovationszyklen muss sich nicht nur die Produktentwicklung anpassen – auch die Produktionsanlagen müssen immer schneller angepasst oder neu konstruiert werden.

Die Inbetriebnahme von Produktionsstraßen ist ein aufwändiger und damit auch teurer Prozess für den Anlagenbetreiber. Durch eine virtuelle Inbetriebnahme von Produktionsanlagen lassen sich diese Kosten deutlich reduzieren.

Voraussetzung dafür ist, dass die reale Anlage detailgetreu virtuell abgebildet ist. Für ein solches Abbild benötigt man umfangreiche Modelle der einzelnen Komponenten, die in der Maschine verbaut sind. Dazu gehören sowohl geometrische CAD-Daten als auch kinematische Modelle von Anlageteilen. Bei einem  pneumatischen Zylinder beispielsweise ergeben sich die geometrischen Daten unter anderem aus der Größe. Das kinematische Modell beschreibt vereinfacht die Bewegung, also das Ein- und Ausfahren der Kolbenstange. Um die virtuelle Inbetriebnahme so realitätsnah wie möglich durchführen zu können, sind außerdem komplexe physikalische Verhaltensmodelle notwendig. Beim Zylinder können dann die Luftdrücke berechnet und so die tatsächliche Bewegung der Kolbenstange simuliert werden.

Virtuelle Inbetriebnahme spart Zeit und Kosten

Wenn alle geometrischen, kinematischen und physikalischen Modelle der einzelnen Anlagenteile kombiniert werden, entsteht ein komplettes virtuelles Abbild mit sehr realitätsnahen Eigenschaften. Dadurch kann bereits in einer frühen Phase der Planung berechnet werden, wie hoch die Taktraten bei der Produktion sein werden. Im Anschluss wird überlegt, ob diese Taktrate ausreicht oder ob die Schnelligkeit erhöht werden muss.

Durch die Virtuelle Inbetriebnahme können also schon vor dem Aufbau der realen Anlage erste Optimierungen der Prozessabläufe durchgeführt werden. Auch die Steuerungssoftware kann bereits in den frühen Konstruktionsphasen parallel mitentwickelt werden. Das hat nicht nur wirtschaftliche Vorteile, weil die Zeit für die Inbetriebnahme verkürzt wird. Es erhöht auch die Sicherheit, da verschiedene Testfälle virtuell durchgespielt werden, um zum Beispiel Fehler im Bewegungsablauf oder der Programmierung und deren Auswirkungen zu überprüfen.

Forschungsprojekt AVANTI

Anlagenbauer benötigen detaillierte Verhaltensmodelle von Komponenten, um die Virtuelle Inbetriebnahme durchführen zu können. Im Forschungsprojekt AVANTI erarbeitet Festo mit den Partnern eine Möglichkeit, diese Daten den Maschinenbauern zur Verfügung zu stellen, ohne dabei zu viele Details der eigenen Produkte offenzulegen.

Research Experimental Factory

Festo forscht auch intern an der Virtuellen Inbetriebnahme. Die Research Experimental Factory (REF) ist eine von der Forschung entwickelte Produktionsanlage zum Entwickeln und Testen von Pilotapplikationen für Industrie 4.0. Dabei wird auch die Virtuelle Inbetriebnahme implementiert.

Das Video zeigt beispielhaft die virtuelle Inbetriebnahme der Station „Entpacken“ mit der 3D-Simulationssoftware Ciros von Festo Didactic.