Steuerung Nachts … in der Softwareentwicklung

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Wenn ein Hersteller für seine Werkzeugmaschinen mehrmals pro Jahr Software-Updates aufspielt, müssen sie reibungslos durchlaufen. Deshalb testet Trumpf die neuen Softwarestände an digitalen Maschinenzwillingen mit Sinumerik One.

Es ist Nacht, es ist keiner da. Aber die Ruhe ist trügerisch. Beim Hochtechnologieunternehmen Trumpf in Ditzingen sind zwar die Arbeitsplätze und Schreibtische in der Forschung & Entwicklung verwaist – und doch steht die Maschinensoftware-Entwicklung nicht still. Ganz im Gegenteil: Denn einerseits arbeiten auf unterschiedliche Zeitzonen verteilte Teams des international agierenden Unternehmens an unterschiedlichen Standorten gemeinsam an Projekten. Und andererseits laufen in diesem Moment an unzähligen virtuellen Maschinen massenweise automatisierte Tests durch. „Wir rollen fast in jeder Nacht Hunderte von Tests aus“, erklärt Jonas Zöller, Head of Software BC Systems bei Trumpf und zuständig für die Software der 5-achsigen 3D-Lasermaschinen.

Von diesen Serienmaschinen, die vom CNC-System gesteuert und auf Basis von Create My Virtual Machine virtuell getestet werden, produziert Trumpf ca. 2.000 Stück pro Jahr. Um die große Stückzahl der Serienfertigung bei gleichzeitig hoher Komplexität zu beherrschen, sind sie als Plattformprodukte gebaut, lassen sich aber mit unzähligen Optionen individualisieren.

Tests mit und ohne Physik

Alle neun Wochen erhalten sie ein neues Software-Release mit Funktionserweiterungen. Und alle drei Wochen erstellt das Entwickler-Team neue Zwischenstände, die allerdings nur dann herausgegeben werden, wenn sie Fehlerbehebungen beinhalten. „Wir testen die neuen Softwarestände an den virtuell erzeugten Varianten der Maschinen, um sicherzustellen, dass alles, was schon mal ging, immer noch geht. In dieser Intensität machen wir das seit etwa acht Jahren“, erklärt Zöller zu diesem hohen Takt.“

Das Maschinensoftware-Entwicklerteam bei Trumpf unterscheidet zwischen Tests unterschiedlicher Klassen. Die Digitalen Zwillinge der Maschinen werden mit Create My Virtual Machine erzeugt. Zu den einfacheren Tests gehören die Integrationstests. Sie kommen zur Anwendung, wenn eine neue Softwarekomponente im Kontext der Gesamtmaschine zu prüfen ist. Dann ist an den Tests vor allem die Software und die Original-Steuerungstechnik Sinumerik One beteiligt.

Zu den komplexeren Systemtests zählen beispielsweise UI-Klicktests oder Support- und Schnittstellentests. „Und wenn wir physikalische Grenzbereiche testen wollen, laufen Simit und der Mechatronics Concept Designer mit“, erklärt Zöller. „Denn das ermöglicht uns, mit den kinematisierten, also den mechatronisch komplett fertig konstruierten, virtuellen Maschinen zu arbeiten, bei denen alle Komponenteneigenschaften und -funktionen bekannt sind.“

Neues lässt sich parallel entwickeln

Der Mechatronics Concept Designer (MCD) basiert auf dem Siemens CAD-System NX, und die Simulationsumgebung Simit bringt sämtliche Hardwareinformationen in die Simulation Unit. So sind alle relevanten Daten hinterlegt, etwa die tatsächlichen Achs-Verfahrbereiche einer einzelnen Maschine. Wenn bekannt ist, wo der Maschinenkörper physisch endet, kann auch der Digitale Zwilling dort nicht hinfahren – bzw. es würde richtigerweise eine Kollision geben, wenn er es tut.

165 Lizenzen für Create My Virtual Machine sind bei Trumpf im Einsatz, überwiegend für Software und Entwicklung. Während bei Neukonstruktionen und Maschinenerweiterungen in früheren Zeiten Mechanik, Elek­trik usw. jeweils organisatorisch und personell für sich gearbeitet haben, wird mit dem Digitalen Zwilling ein gesamtheitlicher, mechatronischer Ansatz verfolgt. Das heißt, es ist paralleles und aufeinander aufbauendes Arbeiten möglich. Die Person, die an der Steuerung der 2D-Lasermaschinen arbeitet, legt ihre Resultate ab, sodass sie direkt als Entwicklungsumgebung für alle Kolleginnen und Kollegen zur Verfügung stehen. Die 3D- Lasermaschinen sind zum Beispiel auf den 2D-Maschinen aufbauende 3D-Adaptionen. Mit dieser Arbeitsweise wird nur on top entwickelt, was zusätzlich gebraucht wird. Wenn konsequent genutzt werden kann, was andere bereits erarbeitet haben, sind Doppelarbeiten oder Blindleistungen weitestgehend ausgeschlossen.

Doch dieses Vorgehen bei Neuentwicklungen gehört bei Trumpf schon so lange zur Arbeitsweise, dass es selbstverständlich und kaum der Rede wert ist. Der größte Nutzen entsteht laut Zöller in der Serienbetreuung und im Service: „Wenn neue Maschinen released sind und wir sie in Serie produzieren, verschwindet die Hardware früher oder später aus unserem Versuchswerk, um für die nächste Generation Platz zu machen. Dann haben wir immer noch das virtuelle Abbild und können auf jede installierte Anlage mit dem Softwarestand ihres Auslieferungszeitpunktes zugreifen. Das sehen wir als großen Vorteil an.“

Ganz konkret: Bei der Weiterentwicklung von Maschinensoftware ist es für die Entwicklerinnen und Entwickler sehr nützlich, dass zwischen neu geschriebener Software und dem Durchlauf der dazugehörigen Tests nur eine geringe Zeitspanne vergeht.

Wenn die Mitglieder des Entwicklerteams morgens an ihren Arbeitsplätzen ankommen, können sie sich schnell einen Überblick verschaffen, ob die kürzlich vorgenommenen Änderungen am Software-Code Fehler enthalten oder bei den nächtlichen Testdurchläufen Störungen verursacht haben. Das Wissen, welche Szenarien am Vorabend in die Tests eingespielt wurden, ist noch frisch.

Falls Probleme behoben werden müssen, fällt das leicht. Während es beim Vorgehen ohne Digitalen Zwilling auch locker einmal ein halbes Jahr dauern kann, bis ein Systemtest an einer realen Maschine durchläuft. Dann ist es deutlich schwieriger, daran anzuschließen. Auch im Servicefall wird der Nutzen schnell klar: Denn die exakte Konfiguration der betroffenen Maschine lässt sich mit ihrem Softwarestand virtuell erzeugen. Das ist gerade bei den Plattformprodukten wichtig, die in vielem gleich sind, aber durch die Optionen eben doch genügend Unterschiede aufweisen. Im Feld gibt es viele Serienmaschinen, die im Grunde Unikate sind, weil sie genau in dieser Kombinatorik nur einmal auf der Welt vorhanden sind. An der identisch konfigurierten, virtuell eingespielten Maschine lässt sich dann das NC-Programm laden und der Fehler nachstellen. Das wird in die Entwicklung übertragen. „Wir simulieren das, korrigieren, was zu korrigieren ist, erstellen einen ordentlichen Softwarestand und spielen das an der realen Maschine auf“, so Zöller.

Häufige Updates – bald auch bei Maschinen üblich?

Anders als bei elektronischen Devices wie Smartphones, bei denen häufige Software-Updates üblich sind, ist es bei Werkzeugmaschinen komplizierter. Noch. Maschinenanwender können Updates in dieser Frequenz nur dann akzeptieren, wenn sie sicher sein können, dass sie reibungslos durchlaufen. Denn die Zeitslots, die dafür vorgesehen sind, sind meist eng – auch das findet häufig nachts statt, also in den nicht produktiven Zeiten. Und wenn es begründeten Verdacht geben sollte, dass es dadurch zu ungeplanten Maschinenstillständen kommen könnte, wird dem kein Betreiber zustimmen.

Mittels Create My Virtual Machine lässt sich dieser Herausforderung begegnen. „Wenn die Betreiber sehen, dass sie mit den Updates immer auf dem allerneuesten Stand sind, sie nicht nur stets Zugriff auf neue Funktionen haben, sondern sich keine Nachteile ergeben, ist die Akzeptanz sehr hoch“, erzählt Zöller von seinen Erfahrungen. Und er ergänzt: „Im nächsten Schritt wollen wir die Anwendung individuell konfigurierter Digitaler Zwillinge in Training und Vertrieb weiter ausbauen.“ Dann würden die Digitalen Maschinenzwillinge bald auch bei Tageslicht häufiger eingesetzt werden. (pf)

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