Ganzheitliche Fertigungsanlagenoptimierung

Kosten- und Innovationsdruck sowie eine enorme Variantenvielfalt kennzeichnen die Automobilbranche und wirken sich auch auf den Vorrichtungs- und Werkzeugbau aus.

Alexander Schmeh
Geschäftsführender Gesellschafter, EBZ SysTec GmbH

„Durch die frühzeitige Abstimmung zwischen Mechanik, Elektrik und Roboterprogrammierung können terminlich kritische Umbauphasen zeitlich sicher in Betrieb genommen werden. Daraus ergeben sich für uns Zeitvorteile von bis zu 30 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Prozess.“

Die weltweit agierende EBZ SysTec GmbH entwickelt und baut Fertigungseinrichtungen für die Automobilindustrie. Das Unternehmen begleitet Fahrzeugprojekte während des gesamten Entstehungsprozesses. Von der Planung über die Konstruktion und Roboterprogrammierung bis hin zur Anlageninbetriebnahme wickelt EBZ seine Dienstleistungen für OEMs ab und hilft ihnen dabei, die internen Prozesse und Abläufe zu verbessern. Zu den grundlegenden Herausforderungen gehört die steigende Modellvielfalt und ständig wechselnde Produktionsbedingungen. Bei jedem Änderungswunsch des Kunden müssen die Produktionssysteme entsprechend angepasst werden. Diese Modifikationen kosten Zeit und damit Geld. Die Zulieferer müssen daher die Planungszeiten deutlich verkürzen. Auch für die Absicherung und Realisierung von Produktionssystemen steht immer weniger Zeit zur Verfügung. „Wegen des Kostendrucks sind wir bestrebt, in allen Leistungsstufen hohe Qualität und maximale Funktionssicherheit zu erbringen“, berichtet Alexander Schmeh, Geschäftsführender Gesellschafter der EBZ SysTec GmbH. „Für Fehlerkorrekturschleifen fehlt sowohl das Geld als auch die Zeit. Deshalb ist eine abgesicherte Anlagenfunktion die notwendige Voraussetzung für kostenoptimierte Durchläufe.“

Digitale Lösungen gestatten die Optimierung von Produktionsprozessen im Voraus und ermöglicht der EBZ SysTec GmbH, optimal den unterschiedlichen kundenspezifischen Anforderungen zu entsprechen.

Getrennte Prozesse als Fehlerquelle

Früher erstellten die Abteilungen für Mechanik, Elektrik und Roboterprogrammierung getrennt voneinander ihre jeweiligen Programme für die reale Inbetriebnahme. Erst zum Abschluss der Planungs- und Konstruktionsphase – wenige Wochen vor der realen Inbetriebnahme – stimmten sich die Verantwortlichen in der realen Anlage ab. Davor hatten die Steuerungsspezialisten keinen Zugriff aktuelle, genaue Daten aus der mechanischen Konstruktion. Die Softwareprogramme für Roboter und SPS konnte nicht ausreichend im Vorfeld getestet werden. Fehler und Informationslücken wurden erst spät erkannt. Dadurch konnten die resultierenden Steuerungskonzepte und -programme erst an der realen Anlage getestet und ausgewertet werden, was deutlich mehr Zeit in Anspruch nimmt.

„Die Fertigungsanlagen müssen flexibel und prozesssicher sein“, erläutert Schmeh. „Deshalb haben wir uns zum Einsatz integrierter Softwarelösungen entschieden, die uns die digitale Absicherung von Anlagen in Bezug auf virtuelle Inbetriebnahmen und Bewertungen unterschiedlicher Fertigungsstrategien ermöglicht.“ Nach sorgfältiger Prüfung der wichtigsten Softwareanbieter hat sich EBZ Ende 2008 für die Tecnomatix Lösung Process Simulate Commissioning entschieden und so das Leistungsangebot um die virtuelle Inbetriebnahme erweitert. Bereits davor hatte EBZ Lösungen aus dem Tecnomatix-Portfolio genutzt, etwa Robotics and Automation Planning zur Konzeptfindung und -planung sowie zur Simulationsabsicherung und Offline-Programmierung. „Die Entscheidung für Siemens PLM Software fiel auch aufgrund der langjährigen erfolgreichen Zusammenarbeit“, sagt Schmeh.

Die EBZ SysTec GmbH erzeugt Produktionssysteme und Umformwerkzeuge für die Karosserietechnik in der Automobilindustrie.

Neuer Meilenstein im Engineeringprozess

Mit der Unterstützung von Process Simulate Commissioning kann EBZ jetzt die Fertigungszelle in einer virtuellen Umgebung ganzheitlich simulieren. Damit wird die Inbetriebnahme der Anlage bereits in der frühen Entwicklungsphase überprüft und analysiert. Ein virtuelles 3D-Modell der Anlage wird an die reale Anlagensteuerung gekoppelt und diese zusammen mit den Roboterprogrammen simuliert. Auf dieser Basis erfolgen Test und Optimierung der Steuerungs- und Roboterprogramme sowie der gesamten Mechanik. Die SPS ist dabei über eine OPC-Verbindung mit der Simulationssoftware verbunden. Process Simulate Commissioning erweist sich dabei als eine flexible und offene Lösung und lässt sich zusammen mit jeder gängigen SPS einsetzen. „Dadurch können wir den unterschiedlichen kundenspezifischen Anforderungen optimal entsprechen“, sagt Stefan König, Leiter Robotertechnik, EBZ SysTec GmbH.

Die virtuelle Inbetriebnahme mit Process Simulate Commissioning von Siemens PLM Software deckt Probleme bereits in der ganzheitlichen Simulation auf und minimiert so den Inbetriebnahmeaufwand an der realen Anlage.

Hoher Reifegrad der Programme

Die virtuelle Inbetriebnahme eliminiert Probleme, die sonst erst in der Fertigungshalle entdeckt würden. Bereits lange vor Aufbau realer Inbetriebnahme der Anlage werden Logikfehler erkannt und behoben. Die SPS- und Roboterprogramme werden nach Durchlaufen der virtuellen Inbetriebnahme mit einem äußerst hohen Reifegrad in die reale Anlage eingespielt, diese wird dadurch sicher in Betrieb genommen. Zudem werden Programmänderungen ohne Risiken für die reale Anlage im Modell durchgeführt und überprüft.

Konstruktion und Steuerungstechnik in enger Abstimmung

Mit Process Simulate Commissioning steht EBZ ein übergreifendes Engineeringkonzept zur Verfügung, mit dessen Unterstützung die verschiedenen Fachbereiche parallel und stärker vernetzt zusammenarbeiten. Ingenieure aus der Mechanikkonstruktion, Roboterprogrammierung und aus der Steuerungsabteilung können so auf einer gemeinsamen Kommunikationsplattform Informationen austauschen und ihre Arbeitsprozesse stärker abstimmen. Das Tool lässt sich zudem als Schulungsmaterial für Bedienpersonal einsetzen. Die Anlagenführer können sich auf die Bedienung in der realen Inbetriebnahme vorbereiten und potenzielle Fehlerquellen erkennen. Zusätzlich dient das Tool als Kommunikationsbasis der Fachabteilungen für die Abstimmung mit Kunden. Diese erhalten ein transparentes Bild von der Machbarkeit des Anlagekonzepts und eine reale Abschätzung der Taktzeit.

Durchgängiges Datenmodell

„Die Durchgängigkeit von der Planung bis zur virtuellen Inbetriebnahme ist einer der großen Vorteile der Tecnomatix-Lösung“, betont König. Von Konzeptfindung und Planung über Simulationsabsicherung und Offline-Programmierung durch Process Simulate lässt sich dank Process Simulate Commissioning jede Anlage virtuell mit den realen SPS- und Roboterprogrammen in Betrieb nehmen. Aufgrund der Durchgängigkeit der Software können die Fachabteilungen Bauteilschleifen sowie Punkt- oder Prozessänderungen umgehend in die virtuelle Inbetriebnahme einfließen lassen. „Durch eine simulierte, abgesicherte Funktionskette lässt sich sowohl unser Aufwand als auch der des Kunden vor Ort reduzieren. Das gelingt, weil der Blick nach Schaffung der Grundfunktionen schnell auf die Optimierung der Produktqualität des Bauteils gerichtet wird und damit auch die Bereitstellung von Prototyp-Teilen in großem Umfang entfällt“, erläutert König.

Die aktuellen Stände der virtuellen Inbetriebnahme können jederzeit in die reale Anlage ein- und auch wieder zurückgespielt werden. In den unterschiedlichen Projektphasen entsteht dabei kein Umwandlungs- oder Konvertierungsaufwand. Dadurch können Änderungen, die an der realen Anlage durchgeführt werden, in die Umgebung der virtuellen Inbetriebnahme eingepflegt und dargestellt werden.

Virtuelle Inbetriebnahme als Unternehmensstandard

„Ein Ziel für die Zukunft ist es, die Fertigungsfreigabe erst zu erteilen, nachdem die Prozessabläufe, Taktzeiten und Ablaufszenarien durch die virtuelle Inbetriebnahme abgesichert sind“, berichtet König. „So sind wir in der Lage, die Anlage mit einer geprüften Mechanik und einem qualitativ hohen Softwarestand beim Kunden in Betrieb zu nehmen. Daraus resultieren verkürzte Inbetriebnahmezeiten und entsprechende Kosteneinsparungen.“ Jedes zukünftige Kundenprojekt wird den Prozess der virtuellen Inbetriebnahme durchlaufen. „Wie es heute bereits selbstverständlich ist, dass Roboter offline programmiert werden, so ist es erforderlich, den Engineeringprozess ganzheitlich zu betrachten“, schließt Schmeh. „Mit Unterstützung durch die Tecnomatix-Lösung können wir unseren Kunden jetzt ein ganzheitliches Anlagenoptimierungskonzept anbieten.“