Continuous Commissioning - fs-media.nmm.defs-media.nmm.de/ftp/ITI/ITA/files/vortraege/16_2306_machineering.pdf · 2 Start smart engineering with simulation. 1. Unternehmen und Kompetenzen

Continuous Commissioning

2 Start smart engineering with simulation.

1. Unternehmen und Kompetenzen

2. Continuous Commissioning

3. Continuous Commissioning am Beispiel der Mechatronikentwicklung

Inhalt


Gründung 2009 aus dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)

an der Technischen Universität München

Sitz in München

2016: 10 Mitarbeiter und Vertriebsgesellschaften weltweit in China, Europa, Indien, Taiwan

machineering GmbH & Co. KG

3D-Physik-Simulation

Automation, virtuelle Inbetriebnahme

Software-Entwicklung

Schwerpunktthemen

Unternehmen und Schwerpunkte

Solution Partner für

SolidWorks

Autodesk Inventor

SolidEdge

IronCAD


3D-Simulation mit industrialPhysics

industrialPhysics ist eine umfassende Test- und Simulationsanwendung für mechatronische Anlagen

mit komplexem Materialfluss. Sie basiert auf einer hochpräzisen, echtzeitfähigen Physik-Engine zur

realistischen Abbildung von Produktionsvorgängen.

Vorteil: Kürzere Auslieferungszyklen und Sicherstellung der geforderten Qualität.

Automotive / Montage Stahlindustrie

Vibrationsfördertechnik Prozessplanung / Pufferauslegung

Anwendungsbeispiele für industrialPhysics

Pick-and-Place

Logistik


Referenzen

Afag Handhabung

Ball Packaging Europe

Bosch Packaging

Daimler AG

Danieli Automation

Fraunhofer IPA

Koch Pac Systeme

Kunden (Auszug)

KRONES AG

Heitec AG

Julius Lippert GmbH

Mohrbach

Novatec Verpackung

Schmidt Maschinenbau

Somic GmbH & Co. KG

INKA

iwb / TU München

Langhammer

SSF

URT UTZ Ratio Technik GmbH

TU Berlin

Volkswagen AG

Forschungspartner (Auszug)

http://www.ipa.fraunhofer.de/index.php

http://www.koch-pac-systeme.com/startseite.html

http://www.novatec-v.de/index.php





Inhalt


Ausgangssituation

Zum Schluss kommt Alles

zusammen

Vertriebsfehler

Konstruktionsfehler

Fehler in der Elektrik

Fertigungsfehler

Montagefehler

Softwarefehler

Inbetriebnahme


Die heutigen Ansätze beheben die Problematik nicht

1. Modularisierung / Baukastensystem

3. Virtuelle Inbetriebnahme

2. Simultaneous Engineering

Bisherige

Ansätze

PDM-gestützter Synchronisationsprozess

Schnittstellenproblem

Zeitverzug durch aufwändiges Speichern

Qualitätsverlust

Locking der Modelle

Rückführung von Änderungen erfolgt nur teilweise

Lernkurve aufwändig und langsam

Versionierung ungelöst

Greift zu spät

Verlängert ggf.

den kritischen Pfad

Schnittstellenproblem


Neuer Ansatz: Simulation als Bindeglied

PDM

Sicherung aller Daten im PDM

industrialPhysics als Simulationsplattform für alle Disziplinen

Simulation übernimmt eine neue Rolle in der Entwicklung

Frühzeitig: Gutablauf

Durchgängig: Iteratives Engineering

Spät: Virtuelle Inbetriebnahme


Kontinuierliche Inbetriebnahme ab der ersten Idee

Definition: Kontinuierlicher Abgleich aller

Disziplinen / Arbeitsschritte durch Simulation von

der ersten Idee bis zur Produktion

Merkmale:

Live-Zusammenarbeit aller Experten am

gleichen Datenmodell

Heterogene Vernetzung unterschiedlicher

Technologien bzw. Tools

Artikulierbares Mechatronik-Modell der

Anlage inklusive Prozess

Mikroentscheidungen werden möglich und

abgestimmt

Continuous Commissioning am Beispiel von

industrialPhysics

3D-Mechatronik-Simulation mit Prozess

Bidirektionale Integration in den CAD-

Prozess

Integration mit der Steuerungsentwicklung

Funktionsprinzip Continuous Commissioning

Phase 1

Phase 2

Phase


Das V-Modell in der Maschinenentwicklung


Faltung des V-Modells mittels Mikro-V-Modellen


Umsetzung am V-Modell

Durch den kontinuierlichen Abgleich der Arbeitsstände aller Bereiche in Micro-Schritten werden

jederzeit Machbarkeit und Erreichbarkeit der Ziele überprüft sowie ….


Umsetzung am V-Modell

… die Entwicklungszeit drastisch reduziert.


Vision der maximalen Parallelisierung

Durch die maximale Parallelisierung der Modulentwicklungen und die Synchronisation im PDM

können die Entwicklungszeiten weiter reduziert werden.





Inhalt


Mechatronik in der Automatisierungstechnik

Eine automatisierte Maschine ist ein mechatronisches System.

Produkt / Prozess


Begriff Mechatronische Baugruppe

Allgemeiner Begriff

Alle Informationen, die das Verhalten beschreiben

Mechanik

Elektrik

Software

Mechantronische Baugruppe industrialPhysics

3D-Daten

Kinematik

Antrieb

Sensorik

IO-Schnittstelle

Motion Kurven

SPS-Logik


Parametrieren intelligenter Komponenten

Komponente Fächer-Kette

Design der Kette

Kettenantrieb

Modulo-Funktion im Antrieb

Referenzsensor

Komponente XY-Greifer

X-Y-Kinematik

Sauger


Zusammenbau und Funktionsstruktur

Auslauf links XY-Greifer Einlauf

Zusammenbau

Auslauf rechts


Interaktive Projektierung des Gutablaufs

industrialPhysics

live live

ECAM

Antriebe

Achsen

Ketten

Bänder

Produkt

Trägheit

Dynamik

Reibung

Antriebe

Eindeutige Zuordnung

Antriebstypen

CAM-Kurven

Simulation Motion Builder

SolidWorks

Mechanisches Layout

SolidWorks

IronCAD,

Inventor,

SolidEdge

CAD-Layout


Virtuelle Inbetriebnahme

HIL-Anbindung zahlreicher SPS-Typen

über TCP / IP für z.B. Bosch Rexroth,

Siemens, Beckhoff, Schneider Electric,

B&R, ABB, CoDeSys

HIL-Engineering Funktion im 3D

Drag-n-Drop-Funktion

HIL Assistent

Vorteile

Kostenersparnis: keine zusätzliche

Simulationshardware erforderlich

Flexibilität: Modell auf beliebigem Rechner

ausführbar

Qualitätsgewinn: 3D-Modell mit Peripherie

in 1-10ms Zyklus gerechnet

Funktionsprinzip der HIL-Anbindung


Anerkennung durch Ingenieure namhafter Unternehmen

„Endlich konnte ich meine Kollegen von einer Idee überzeugen. Mit industrialPhysics konnte ich nachweisen, dass mein neues Steuerungskonzept funktioniert. Die in der Simulation getestete Software konnte sogar 1:1 für die reale Anlage übernommen werden. Heute sparen wir mit jeder ausgelieferten Maschine erhebliche Kosten ein.“ Herr Lorenz, Steuerungsentwickler bei einem namhaften Hersteller von Anlagen für die Abfüllung und Verpackung

"Ihre Simulation macht einfach Spaß. Dank der bidirektionalen SolidWorks-Schnittstelle sind unsere Iterationszyklen derart kurz, dass es mich jedes Mal vom Hocker haut. Vielen Dank für diese Entwicklung." Ein Simulationsexperte von Uhlmann Pac-Systeme

„Mit industrialPhysics konnten wir ein Projekt möglich machen, das nach klassischem Vorgehen aus Zeitgründen nicht realisierbar war. Das Beste: Dem Kunden konnte an der Simulation eine funktionierende Steuerung inklusive HMI präsentiert werden, während die reale Anlage in der Halle gerade aufgebaut wurde. So konnte sich dieser mit der Bedienoberfläche vertraut machen und hier seine individuellen Wünsche verwirklichen.“ Teamleiter Elektrotechnik, E.Schmidt Maschinenbau GmbH & Co. KG

„Sehen Sie der Workshop hat sich schon rentiert, wussten Sie dass wir hier noch einen Freigheitsgrad benötigen?“ Geschäftsführer von Mohrbach Verpackungsmaschinen GmbH

„Simulation ist heute nicht mehr wegzudenken…wir glauben, dass sich machineering zum Marktführer entwickeln wird. Für uns steckt großes Potential in der direkten Anbindung an SolidWorks.“ Unternehmensleitung Steuerungssysteme Bosch Packaging


industrialPhysics in der Stahlindustrie

Projekt Nahtlosrohranlage (Mannesmann-Prinzip)

Simulation der gesamten Anlage in ca. 10 Simulationsmodellen mit

ca. 15 SPSen vom Typ Siemens Step 7

Projektschritte

Erstellung der Simulationsmodelle aus den originalen CAD-Daten

Anbindung realer Steuerungen an das Simulationsmodell

Programmierung und Testing des SPS-Codes am Modell

Übertragung des getesteten Codes auf die reale Anlage

Ergebnisse

Absicherung der Anlage durch Virtuelle Inbetriebnahme

Schneller Produktionshochlauf durch intensive Bedienerschulung

Erleichterung Vertrieb komplexer oder großer Maschinen und Anlagen

Einsparung durch Simulation*

Bisher: Kosten von 20.000 €/Stunde, bei Stillstand der Maschine

Jetzt: Absicherung der Mechanik, Elektronik und Elektrik durch

virtuelle Inbetriebnahme

Leitstand mit Simulator

Mechatronisches Simulationsmodell einer Stahlanlage

*Angaben durch unsere Kunden

Publikation: Digital Plant 3/2014, Beitrag bei [email protected] anfordern

mailto:[email protected]


industrialPhysics in der Verpackungsindustrie

Ziele der Simulation

100% Softwaretest an virtueller Maschine, incl. Produktsimulation

Planbarere Projektabläufe

Reduzierung von Reisekosten zum Kunden (Baustellenkosten) &

Erhöhung der OEE des Kunden

Kommunikation und Austausch zwischen Konstruktion und

Softwareentwicklung fördern

Frühzeitige Einbeziehung von Kunden bei Neuentwicklungen / Konzepten

und Software-Reviews, sowie Visualisierung von Leistungsgrenzen

Verkürzung der Inbetriebnahmedauer an der realen Maschine

Projektschritte

Modellierung der CAD-Daten

Simulation des Softwarekonzeptes ohne Steuerung

Definition der I/O-Parameter zwischen Steuerung und Simulation, so wie

Umstellen der realen auf virtuelle Achsen in der Steuerung

Simulation, Steuerung und HMI verbinden und Softwaretest durchführen

Ergebnisse / Einsparung*

Bisher: Kosten von 10.000 €/Tag, wenn Maschine beim Kunden nicht

rechtzeitig in Betrieb genommen

Jetzt: zugesagter Kundentermin wird eingehalten

LFD real


Publikation: Konstruktion und Entwicklung 12/2015, S. 51-51

LFD virtuell

http://www.industrie-forum.net/de/konstruktionentwicklungde/dezember122015/rubrik/ctechnologien/grosses-potenzial/;jsessionid=arQWqs3VSQkboPsVph







industrialPhysics in der Verpackungsindustrie

* Berechnungsbeispiel / Angaben durch unsere Kunden

Publikation: D-Space Magazin

LFD virtuell Ziele der Simulation

Stillstandszeiten an der Maschine reduzieren

Kostenreduktion bei Entwicklung und Erprobung der Software

Schaffen einer Simulationsumgebung zur Entwicklung der Anlagen-

steuerungssoftware

Evaluierung neuer Konzepte bereits vor dem Prototyp

Testen von entwicklereigene Codes und optimieren

HIL-Simulationen der speicherprogrammierbaren SPS mitsamt

der auf ihr installierten Anlagensteuerungssoftware

Testautomatisierung und Regressionstests

Ergebnisse

Verringerung der kosten- und zeitintensiven Montage von echten Anlagen, da die

Arbeitsumgebung des Steuergerätes virtuell simuliert wird.

kein Zerstörungsrisiko, wie es z.B. beim Testen der Not-Aus-Funktion realer Maschinen und damit

weniger Kosten für Füll- und Arbeitsmaterial

Geringerer Testaufwand bei Software-Updates und wenn Kunden neue Komponenten in bereits

bestehende Anlagen integrieren möchten

Einsparung*

Bisher: Kosten von ca. 4.000 €/Stunde bei Stillstand der Maschine

Jetzt: Absicherung der Mechanik, Elektronik und Elektrik durch virtuelle Inbetriebnahme

https://www.dspace.com/de/gmb/home/applicationfields/stories/tetrapak-virtual-cartons.cfm




industrialPhysics im Maschinenbau

Ziele der Simulation

Vorplanung zur Vertriebsunterstützung

Verkürzung der Entwicklungszeiten

Optimierung der Inbetriebnahme Phase

Schneller und Störungsfreier Anlauf der Anlage (SOP)

Projektschritte

Simulation des Anlagenmodells

Erkennen von Ablauf und Taktzeitproblemen

Optimierung der Abläufe

Live Projektierung der Software am Simulationsmodell

Aufwand

Entwicklung der Systemkomponenten Simulation (individueller Katalog) ca. 25 MT

Entwicklung der internen Simulationslogik ca. 19 MT

Entwicklung einen Anlagensimulationsmodells 100 Antriebe ca. 3,5 MT

Ergebnisse / Einsparung

Virtuelle Inbetriebnahme am Schreibtisch (derzeit ca. 75% des Umfangs)

Verkürzung der Softwareentwicklungszeit (derzeit ca. 20%)

Verkürzung der Inbetriebnahme Vor Ort (derzeit ca. 25%-35%)

Starke Kundenbindung durch Vertriebsunterstützung beim Endkunden (WYSIWYG)

Mechatronisches Simulationsmodell einer Montageeinheit


Publikation: Beitrag bei [email protected] anfordern

mailto:[email protected]


Virtual Reality Systeme

Oculus Rift

HTC Vive

Microsoft Hololens


Ihr Ansprechpartner

machineering GmbH & Co. KG

Wessobrunner Str. 4

D-81377 München

www.machineering.de

Dr.-Ing. Georg Wünsch

Entwicklung

Tel.: +49 89 780052 71

Mail: [email protected]

Documents

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