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Konstruktion und Entwicklung

Mit Digital Engineering Konstruktionsprozesse verbessern

| Autor/ Redakteur: Martijn Theunissen / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Standardisierte Datenaustauschformate und Werkzeuge sind Voraussetzung, um digitale Engineering-Prozesse für die Konstruktion und Entwicklung von Maschinen und Anlagen zu ermöglichen. Lenze bietet entsprechend Tools und Services, die kontinuierlich angepasst und erweitert werden.

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Bei der Entwicklung von Anlagenteilen wird im ersten Schritt der entsprechende Maschinentyp ausgewählt.
Bei der Entwicklung von Anlagenteilen wird im ersten Schritt der entsprechende Maschinentyp ausgewählt.
(Bilder: Lenze)

Als OEM steht man ständig unter Zeit- und Kostendruck. Trotz knapper Fachkräfte müssen Liefertermine eingehalten werden, und das bei steigender Komplexität, die mit der geforderten Flexibilität und höheren Intelligenz der Maschinen einhergeht. Da kommt es schnell zu Fehlern, und wenn erst am fertigen Prototyp festgestellt wird, dass die vereinbarten Spezifikationen nicht vollständig umgesetzt sind, ist dies fatal für die Kostenkalkulation und den Terminplan des ganzen Projekts.

Doch wie schafft man es, den Konstruktionsprozess zugleich qualitativ zu verbessern, so dass die Fehlerwahrscheinlichkeit sinkt, und ihn zugleich zu beschleunigen, um dem steigenden Druck entgegenzuwirken? Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet das Digital Engineering. Es verspricht eine zuverlässigere Kontrolle der einzelnen Entwicklungsschritte, weniger Reibungsverluste durch eine gemeinsame Datenbasis für alle beteiligten Abteilungen und Mitarbeiter und eine Beschleunigung von Abläufen, beispielsweise durch die Automatisierung von Teilaufgaben bei der Software-Erstellung oder eine virtuelle Inbetriebnahme. Das senkt die kosten und verkürzt das Time-to-Market.

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Durchgängiges Datenmanagement

Diesen Vorteilen sollte sich kaum ein OEM verschließen. Doch in der Praxis zeigt sich, dass die Umsetzung – Stand heute – allenfalls bruchstückhaft möglich ist. Die benötigten Tools, mit gemeinsamen Datenmodellen und standardisierten Schnittstellen, stehen noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. So existieren im Entwicklungsprozess noch zu viele Insellösungen, die nicht in der Lage sind, mit vertretbarem Aufwand Daten miteinander auszutauschen.

Lenze hat sich daher entschlossen, die Werkzeuge für eine durchgängige Datenhaltung und -verarbeitung im Engineering-Prozess selbst zu entwickeln. Um möglichst nah an herstellerübergreifenden Standards zu bleiben, setzt der Spezialist für die Maschinenautomatisierung auf den „Digitalen Zwilling“, also die im Rahmen von RAMI 4.0 definierte Verwaltungsschale. So zeigt der Hersteller auf Messen bereits erste Tools, Prototypen und Konzeptstudien seiner Entwicklungswerkzeuge, um seinen Partnern aufzuzeigen, worauf die Entwicklungsabteilungen beim OEM künftig setzen können. Wichtig ist dabei das Feedback der Kunden – ihre Anforderungen helfen dabei, die Entwicklung der Tools eng am Markt auszurichten.

In den Standardisierungsgremien für RAMI 4.0, E-Class und Basys 4.0 arbeitet Lenze zudem daran, dass die Entwicklung der Werkzeuge für das Digital Engineering auch herstellerübergreifend vorankommt.

Werkzeuge erweitern und ergänzen

Ausgangsbasis für die Entwicklung bei Lenze sind die bekannten Werkzeuge, wie etwa die Lenze-Fast-Software-Toolbox. Dazu kommen neue Anwendungen, die speziell im Hinblick auf das Digital Engineering entwickelt werden. Den Einstieg liefert das „In-Automation“-Konzept. Damit kann ein OEM aus mechatronischen Maschinenmodulen eine Applikation konfigurieren und parametrieren sowie die Software automatisch generieren. Mit Hilfe einer VR- oder Hololens-Brille lässt sich daraus eine virtuelle Maschine als Augmented-Reality-Objekt in 3D darstellen, die einfache Abläufe in der Simulation zeigt.

Mögliche Fehler oder Probleme werden auf diese Weise bereits in einer frühen Projektphase entdeckt und können mit weniger Aufwand abgestellt werden, als wenn sie erst nach der Realisierung auffallen.

Die Fast-Applikation-Software-Toolbox, mit der sich eine modulare Maschinensteuerung einfach entwickeln lässt, wird zu einem Software-Framework ausgebaut, das zum einen mit dem Digitalen Zwilling umgehen kann und zum anderen die Basis für die automatische Code-Generierung legt. Ergänzt wird dies um Werke zum automatisierten Code-Testing, was die Entwicklungsabteilung weiter entlastet. Ähnlich dem beliebten Tool „Drive Solution Designer“ entsteht eine neue Anwendung, die nicht nur Motion Control, sondern die vollständige Automatisierung von Maschinen abdeckt.

Ausreichend Rechenpower

Mit Hilfe weiterer Tools können Maschinen beziehungsweise Anlagen in unterschiedlichen Leveln simuliert werden, die unterschiedlich hohe Anforderungen an Rechenzeit und -kapazitäten stellen: Physik der Mechanik, Antriebstechnik und Motion-Applikationen, bis hin zu Automationssystems- und kompletten Fertigungsprozessen – also nicht nur der grundsätzlichen Eigenschaften, sondern der kundenspezifischen Konstruktion mit vielen konkreten Details. Mit ausreichender Rechenpower kann auf diesem Weg bereits eine virtuelle Inbetriebnahme erfolgen.

Alle dafür nötigen Daten finden sich im digitalen Zwilling. Diese liefern darüber hinaus wertvolle Informationen für neue Services und Geschäftsmodelle des OEM. Mit seinen standardisierten Datenmodellen und -formaten vereinfachen die Daten der Verwaltungsschale zugleich den Einsatz von Cloud-Anwendungen, beispielsweise für Machine-Learning-Anwendungen und den Einsatz von Big-Data-Analysen.

Die Vorteile des Digital Engineerings sind unbestreitbar: Reduzierung des Time-to-Market und der Entwicklungskosten sowie die einfachere Entwicklung lernfähiger Maschinen, veränderbarer Produktionen und flexibler, erweiterbarer Maschinensoftware. Lenze trägt dazu bei, dem Markt standardisierte Software, Interfaces und Connectivity bereitzustellen und dafür zu sorgen, dass ein durchgängiger Informationsfluss gewährleistet wird – auch über eigene Angebote hinaus.

Lenze auf der SPS IPC Drives 2018: Halle 1, Stand 360

* Martijn Theunissen ist Global Head of Application & Support bei Lenze

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