In vielen Branchen – so auch in der Verpackungsindustrie – gehört der Einsatz einer Simulationssoftware während des Entwicklungsprozesses und auch im laufenden Betrieb einer realen Anlage inzwischen zum Standard. Die machineering GmbH & Co.KG kennt die Anforderungen dieser Branche sehr gut. Viele ihrer Kunden gehören zu den großen Playern im Verpackungsbereich. Syntegon, Krones oder auch Somic – alle diese Unternehmen simulieren mit iPhysics, der Simulationssoftware von machineering.
Die Verpackungsindustrie muss besondere Anforderungen erfüllen: Reibungslose Abläufe, kurze Durchlaufzeiten, schnelle Umsetzung der Kundenwünsche und unmittelbare Ergebnisse. Und genau dort gerieten viele Unternehmen an den Punkt, etwas ändern zu müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben und die Kunden auch langfristig zufrieden zu stellen.
Schneller Durchlaufzeiten und Kostenersparnis
Eine Simulationssoftware wie iPhysics wird mit der ersten Idee zu einer Anlage oder auch einzelnen Maschine in den Entwicklungsprozess integriert. Die Simulationssoftware steht dabei im Zentrum und fungiert als bereichsübergreifende Plattform, auf der zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Entwicklungsstand verifiziert und auf Realisierbarkeit mit weiteren Bereichen überprüft wird. Idealerweise greifen die Fachbereiche Mechanik, Elektrik und Software zeitgleich auf dieselben Modelle zurück, die sie jeweils in ihrer nativen Entwicklungsumgebung bearbeiten, gemeinsam weiterentwickeln und mittels der Simulation sofort im Zusammenspiel testen.
Durch diese kontinuierliche virtuelle Inbetriebnahme lässt sich letztlich der Aufwand gegenüber der üblicherweise realen Inbetriebnahme deutlich reduzieren – sowohl zeitlich als auch kostentechnisch. Denn durch den permanenten Abgleich des Arbeitsstandes werden jederzeit die Machbarkeit und Erreichbarkeit der Ziele überprüft. Mit der kontinuierlichen Inbetriebnahme kann damit eine stets konsistente Entwicklung realisiert werden. Die Inbetriebnahmezeiten am Ende werden so drastisch um bis zu 75 Prozent reduziert. Auch eine deutliche Kostenersparnis sowie eine Verkürzung der Durchlaufzeiten um bis zu 15 Prozent ist durch den Einsatz von Simulationssoftware möglich. Alles muss zu jedem Zeitpunkt an der Funktionsfähigkeit gemessen werden. Dabei übernimmt die Simulation eine komplett neue Rolle in der Anlagenentwicklung. Weg von einer Überprüfung entlang einer Sackgasse zum Ergebnis, hin zu einem Medium, das die unterschiedlichen Komponenten einer Maschine in einem artikulierbaren digitalen Prototyp zusammenführt.
Doch nicht nur während des Entwicklungsprozesses, sondern auch im laufenden Betrieb unterstützt die Software die Betreiber und den Support im täglichen Betrieb. Mithilfe der Simulationssoftware wird die Anlage jederzeit in Echtzeit simuliert dargestellt. Sollte es zu einer Störung oder anderen Problemen kommen, kann dies schnell lokalisiert und behoben werden, ohne dass es zu langem Stillstand kommt. Doch nicht nur bei Problemen, sondern auch bei geplanten Optimierungen der laufenden Anlage erleichtert Simulation das gesamte Vorgehen. Jede Änderung, die vorgenommen werden soll, kann zuerst virtuell durchgespielt werden. An dem dadurch erzeugten digitalen Zwilling lassen sich verschiedene Möglichkeiten testen und letztendlich die Beste in die reale Anlage einspielen. So minimiert sich das Risiko von Fehleinschätzungen deutlich.
Der digitale Zwilling
Mit dem „machineering Digital Twin“ ist machineering sogar einen Schritt weitergegangen. Wurde der digitale Zwilling bisher in einer Cloud gehostet, kann dieser jetzt in einen eigenen Schaltschrank integriert werden. Mit der realen Inbetriebnahme einer Anlage läuft der digitale Zwilling als virtuelles Pendant im Schaltschrank mit – basierend auf Echtzeitdaten. Sofort kann der Betreiber einer Maschine die vielfältigen technischen Vorteile nutzen, die sich ihm mit dem Einsatz von „machineering Digital Twin“ bieten. Denn der digitale Zwilling lässt sich sofort in die Standardproduktion integrieren. Dieser liefert alle notwendigen Daten, die jederzeit einen reibungslosen Ablauf ermöglichen. Auch die Berechnung komplizierter geometrischer Modelle ist problemlos möglich.
Beispiele aus der Praxis
Einige Unternehmen aus dem Verpackungsbereich setzen bereits seit längerem auf industrialPhysic; beispielsweise Syntegon ehemals Bosch Packaging Technology. Vor dem Einsatz der Simulation konnte der Maschinenbauer seine Steuerungssoftware nicht umfangreich „offline“ am Schreibtisch per Simulation testen, so dass ein Test der Software erst spät im Montageprozess an der bereits vorhandenen Maschine erfolgen konnte. Verzögerungen im mechanischen und elektrischen Aufbau erschwerten die Software-Inbetriebnahme zudem. Auch die interne Kommunikation zwischen Software- und Konstruktionsingenieuren im eigentlichen Entwicklungsprozess lief nicht immer reibungslos, da ein gemeinsames Medium fehlte. Aber durch den Einsatz von iPhysics können nun die Arbeiten parallel ablaufen, was sowohl Kosten als auch die Inbetriebnahmezeit reduziert. Auch die Möglichkeit von Softwaretests hat sich deutlich verbessert. Daraus resultiert auch eine höhere Softwarequalität. „Der größte Benefit für uns ist sicherlich der HIL-Softwaretest an der virtuellen Maschine inklusive der Simulation des Produkttransports. So können wir frühzeitig Tests an der Steuerungssoftware vornehmen und direkt bei Bedarf reagieren.“, sagt der Verantwortliche für Simulation bei Syntegon.
Bei der KRONES AG dauerte bislang die Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen in der Serienfertigung zu lange und benötigte zu viele Ressourcen. In der Produktentwicklung hingegen konnte der Test der SPS-Software erst durchgeführt werden, nachdem der Prototyp respektive der Schaltschrank gefertigt wurde. Das nahm viel zu viel Zeit in Anspruch. Dadurch kam es häufig zu Verzögerungen und Termineinhaltungen gestalteten sich als schwierig. Mit dem Einsatz von iPhysics konnten neben den verkürzten Durchlaufzeiten und verbessertem Inbetriebnahmeprozess auch einen interdisziplinären Gedanken- und Ideenaustausch zwischen den verschiedenen Ingenieursdisziplinen geschaffen werden. Krones geht sogar noch einen Schritt weiter: „Wir haben ein eigenes Tool entwickelt, mit dem wir auf einem möglichst effizienten und effektiven Weg unsere Simulationsmodelle erstellen. Dabei nutzen wir verschiedene Datenquellen und bereiten diese simulationsgerecht für iPhysics auf.“, sagt der zuständige Entwickler in der KRONES AG für Standardisierung der Virtuellen Inbetriebnahme.
Die Somic GmbH & Co. KG setzt seit 2012 auf die virtuelle Inbetriebnahme, um die reale Inbetriebnahme beim Kunden zu vereinfachen, zu beschleunigen und abzusichern. „Wir wollten mithilfe von Simulation die Inbetriebnahmezeit durch das Testen des Programms ohne die Hardware deutlich reduzieren, eine gleichzeitige Programm- und Maschinenoptimierung ermöglichen sowie eine Qualitätssteigerung im Projektablauf erreichen. Das alles konnten wir mit machineering an unserer Seite schaffen.“, so Eder Leiter Elektrokonstruktion bei der Somic GmbH & Co. KG.
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