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Industrie 4.0 Besser schon virtuell von Anfang an

„Virtuelle Besprechung“ einer Produktionslinie. Foto: VDC Fellbach

Fellbach/Schwäbisch Hall. Virtuelle Welten gab es schon Jahre bevor der Begriff Industrie 4.0 geprägt wurde, und nicht nur in Computerspielen, sondern auch als „Werkzeuge“ der Visualisierung von Ingenieursleistungen. Schon 2002 hatte sich das Virtual Dimension Center in Fellbach gegründet, das seit kurzem nun auch in einem „Cross-Cluster Industrie 4.0“ vertreten ist. Beim Auftakt ging’s um die Virtuelle Inbetriebnahme.

Virtuelle Welten sind längst kein Science Fiction mehr. Man kennt sie von Computerspielen, von computergenerierten Trickfilm-Animationen aus Hollywood oder von Simulationsprogrammen für Piloten in der Luftfahrt und für angehende Panzerführer bei der Bundeswehr. Im Ingenieurswesen und dem Maschinenbau standen digitalisierte 3-D-Zeichnungen, Grafiken und räumliche Darstellungen am Anfang einer Entwicklung hin zu virtuellen Abbildern dreidimensionaler Bewegungsabläufe.

Schon in den späten 1990ern waren Echtzeitsimulationen zum Test von Maschinensteuerungen bei Fachleuten im Gespräch. Mittlerweile sind Echtzeitsimulationen von Produktionsanlagen mit realen Steuerungssystemen Praxis und in der Industrie mit gewisser Verbreitung im Einsatz. Dies ganz unabhängig vom kurzweiligen Industrie-4.0-Hype der vergangenen vier Jahre.

Wie Industrie-4.0-Konzepte und die Virtuelle Inbetriebnahme von Produktionsanlagen trotzdem zusammenpassen und ineinandergreifen können, wurde jüngst bei der Auftaktveranstaltung des neuen „Cross-Cluster Industrie 4.0“ mit Fellbacher Beteiligung in Schwäbisch Hall deutlich.

Gleichzeitigkeit von digitalen Schatten und reellen Anlagen

Digitale Abbilder etwa von Ressourcen, Prozessen und Produkten passten grundsätzlich zwar zum Gesamtkonzept einer digitalen Fabrik, erläuterte Marc Cannarozzi Innovationsmanager und Projektleiter des VDC Fellbach und einer der Referenten bei der Veranstaltung. „Allerdings enden digitale Planungen und virtuelle Testläufe mit der Realisierung und Inbetriebnahme und sind so allein nicht Industrie-4.0-fähig.“ Eine Fabrik werde erst richtig smart, wenn es zusätzlich Echtzeit-Aktualisierungen und eine Gleichzeitigkeit von digitalen Schatten und reellen Anlagen gebe.

Industrie 4.0 erfordere „die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen“, nicht nur vor, sondern auch während des laufenden Betriebs, so Cannarozzi. Der Werker oder Maschinenführer in der Fabrikhalle sei dabei vernetzte Informationsquelle und Informationsempfänger zugleich, ganz im Sinne des oft beschworenen Internets der Dinge.

Als weitere Schnittstelle von virtuellen Techniken und Industrie 4.0 macht Cannarozzi Engineering-IT aus. Engineering bezeichnet die gesamte Prozesskette von Ingenieursleistungen vom Entwurf über die Gestaltung bis hin zur Durchführung. IT steht hier für die dabei verwendeten Computerprogramme.

Zur Planung und Steuerung von Ressourcen, der Logistik und von Maschinen und Anlagen gebe es einen immer größeren Absatzmarkt für „virtuelle Werkzeuge“. Erst im Sommer 2015 hat das VDC ein Weißbuch „Virtuelle Techniken in der Fabrikplanung“ veröffentlicht. Selbst bei Sondermaschinen mit Stückzahl eins sieht Cannarozzi Virtuelle Inbetriebnahmen (VIBN) als machbar und ratsam an.

Mit VIBN beschäftig ist zum Beispiel die Industrielle Steuerungstechnik GmbH (ISG) aus Stuttgart. „Der Status quo in traditionellen Unternehmen diesbezüglich ist jedoch noch ein sequenzielles (aufeinanderfolgendes) Engineering“, sagte Dr. Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology bei der ISG. VIBN stünden häufig leider erst am Ende des Engineering-Prozesses.

Dies bemängelte auch Torsten Böhme vom Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg: „VIBN werden nicht richtig gelebt, notwendig wäre ein integrativer Ansatz.“ Das Fraunhofer IFF bietet dazu verschiedene Software-Module an zur Visualisierung sowie dauernden Kontrolle und Verwaltung von Maschinenprozessen.

Bei der ISG begreift man VIBN als parallel laufenden Teil des Engineerings. „Denn es ist besser, sich von Anfang an auch auf die Funktionalität mit zu konzentrieren, bevor man erst nur die Mechanik und Elektrik einer Anlage entwirft, sich schon an die Beschaffung und Montage macht, eine reale Anlage oder Maschinen hinstellt und dann erst sagt ‘Jetzt fehlt nur noch die Software’ oder 'Jetzt können wir das Ganze ja erst mal virtuell testen'“, sagte Christian Daniel.

Ein solches Vorgehen habe häufig eine schlechte Qualität zur Folge, Kundenanforderungen würden dadurch nur mangelhaft erfüllt, so Daniel. „Während eines Produktionsstarts muss dann auch schon mal nachgebessert werden. Dadurch entstehen nicht geplante Zusatzkosten und leider auch Imageschäden.“

Wenn man die VIBN allerdings von Beginn an mit in den Engineeringprozess integriert, dann stehe die virtuelle Maschine durchgängig für Auslegungstests und Optimierungen zur Verfügung. Stör- und Fehlersituationen würden von Anfang berücksichtigt. Das komme einem schließlich sogar nach dem Verkauf der Anlage, also im Aftersales-Bereich, zugute. „Man kann dem Kunden dann auch gleich virtuelle Tools (Werkzeuge) zur Nachjustierung und Feinjustierung der Anlage mit verkaufen.“

Und noch während des Betriebs könnten mittels einer virtuell parallel laufenden „Schattenanlage“ Produktionsprozesse optimiert und das Bedienpersonal geschult werden. Voraussetzung für all dies sei freilich, dass sich die virtuelle Maschine für die realen CNC/PLC-Steuerungen verhält wie die echte Maschine, sagte Daniel. Will heißen, virtuelle Maschinen lassen sich „reell-physisch“ ansteuern über „reale“ Schnittstellen und Feldbussysteme. „Die virtuelle Maschine muss sich genauso verhalten wie die wirkliche.“

„Ziel ist die durchgängige Digitalisierung und Vernetzung“

Bei Siemens sieht man dies ähnlich. „Die Steuerung muss das Gefühl haben, sie kommuniziert mit einer echten Maschine. Unsere realen Steuerungen funktionieren genauso für unsere virtuellen Simulationen. Nur so macht es Sinn“, sagte Dr. Thomas Menzel von der Abteilung für Produktionsmaschinen der Siemens AG in Erlangen.

Der Weltkonzern versteht Industrie 4.0 als vertikale Integration „vom Sensor bis hoch in die Cloud“ und als horizontale Integration über Wertschöpfungsketten und Unternehmensgrenzen hinweg. „Ziel ist die durchgängige Digitalisierung und Vernetzung“, so Menzel. Und dabei komme einem „integrierten Engineering“ mit virtuellen Schatten immer größere Bedeutung zu.

„Cross-Cluster Industrie 4.0“ gegründet

„Industrie 4.0 erfordert Kompetenzen aus verschiedenen technischen Disziplinen, von Sensortechnologie über das Cloud Computing bis zur Simulation.“ Diese Welten möchte künftig der Cross-Cluster Industrie 4.0, „in dem sich Experten der drei Netzwerke MicroTEC Südwest, bwcon und VDC Fellbach unter einem gemeinsamen Dach vernetzen“, heißt es in einer Pressemitteilung.

Im Cross-Cluster Industrie 4.0 bündelten die drei beteiligten Netzwerke ihre Angebote rund um Smart Production und angrenzende Prozesse bei Produktentwicklung, Simulation, Logistik und anderem mehr. Neben den technischen Aspekten der Industrie 4.0 rückten dabei auch betriebswirtschaftliche Fragestellungen zu zukunftsfähigen Geschäftsmodellen in den Fokus. Auch soziale Aspekte wie beispielsweise Weiterbildung oder Umschulung seien Teil der gemeinsamen Informations- und Diskussionsveranstaltungen. Die Auftaktveranstaltung zum Thema Virtuelle Inbetriebnahme fand jüngst in Schwäbisch Hall statt.

Die nächste Veranstaltung, ein „Innovation Workshop Industrie 4.0“ findet am 16. Dezember statt. Arbeitssprachen sind Deutsch und Englisch, aufgrund der zur Teilnahme eingeladenen internationalen Start-ups. Zielgruppe sind Vertreter von Unternehmen und Start-ups mit Interesse an Themen der Produktion und angrenzenden Bereichen, speziell Verantwortliche in den Feldern Produktionstechnik, F&E sowie produktionsbezogene IKT. Die Teilnahme ist kostenlos. Die Teilnehmerzahl ist auf 25 begrenzt. Ansprechpartner: Dr. Christian Förster, Netzwerkmanagement Industriekooperationen, foerster@bwcon.de, ) 07 11 / 18 41-6 22. Informationen und Anmeldung unter: www.bwcon.de/6505.html

 

Hinweis

Die ganze Serie unter www.zvw.de/vierpunktnull

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