Damit es gleich klappt

Als einer der weltweit führenden Anbieter von Automobil-Lackiersystemen ist Eisenmann ein Wegbereiter modernster Oberflächen-Veredelungstechnologien.

Dr. Monika Schneider Simulation Expert Conveyer Systems bei Eisenmann Anlagenbau GmbH & Co. KG

„Wir sind mit unseren Möglichkeiten für die ereignisorientierte Simulation, die wir über die Jahre etabliert haben, sehr zufrieden.“

Die Eisenmann Anlagenbau GmbH & Co. KG mit Hauptsitz in Böblingen bei Stuttgart baut branchenspezifische Anlagen, unter anderem für Oberflächenveredlung, Materialfluss-Automatisierung, Umwelt-Technologie, Hochtemperatur-Prozesstechnik sowie für Energie-Rückgewinnung und Recycling. In jüngster Zeit machte der Anlagenbauer mit dem fahrerlosen Transportsystem Logimover von sich reden, dessen Transportkufen keine mechanische Verbindung aufweisen. In Entwicklung und Fertigungsplanung setzt Eisenmann unterschiedliche Lösungen von Siemens PLM Software ein: Die NX™-Software für die Produktentwicklung und Teamcenter® für das Product Lifecycle Management. Im Bereich der Digitalen Fabrik werden aus dem Tecnomatix-Portfolio die Software-Lösungen Robcad™ für die 3D-Simulation von Fertigungsprozessen sowie Plant Simulation für die Ereignis-Simulation von Bearbeitungs- und Transportsystemen genutzt.

Mit 130 Transportbehältern und rund 20.000 Transporten pro Tag ist das 1,6 Kilometer lange Airport-Catering-System von Eisenmann das Herzstück der umfassenden Logistik des Flughafens in Doha, der Hauptstadt von Katar.

Infos zum Anwender

Eisenmann zählt zu den international führenden Anbietern von Anlagen und Dienstleistungen in den Bereichen Oberflächen- und Lackiertechnik, Materialfluss-Automation, Thermoprozess- sowie Umwelttechnik. Im Bereich Automobil-Lackiersysteme ist Eisenmann ein Wegbereiter modernster Oberflächen-Veredelungstechnologien.

Elektrohängebahn-System für schnelle Intralogistik

Ein Elektrohängebahn-System (auch Electrified Monorail System, kurz EMS genannt) ist ein schienengebundenes Transportsystem mit individuell angetriebenen Transportbehältern (Trolleys), die sich unabhängig im Schienensystem bewegen. In die Linien können Verzweigungspunkte implementiert werden. Die Bahnen sind meist an den Decken angebracht. Wenn ein Förderzeug fehlerhaft ist, kann es ohne großen Aufwand in eine Wartungsbucht bewegt werden.

Konstruiert werden die Elektrohängebahnen in NX.

Virtuelle Inbetriebnahme mit Plant Simulation

Eisenmann setzt Plant Simulation besonders extensiv im Geschäftsbereich für Fördersysteme ein, wobei die Ziele der Simulationen gemeinsam mit den Kunden definiert werden. Die Simulationsaufgaben unterscheiden sich nach Projektphasen. So können sie die Entwicklung neuer Konzepte und die Visualisierung des Workflows, die Unterstützung der Planung durch Validierung des Materialflusses und die Ermittlung der benötigten Transportbehälter umfassen. Aber auch die Unterstützung bei der Umsetzung durch Analyse eventueller Fehlfunktionen oder das Testen verschiedener Materialfluss-Strategien und Eventualfälle gehören dazu.

Die Kunden stellen Eisenmann die erforderliche Transportmatrix zur Verfügung, wobei es in erster Linie um den benötigten Durchsatz und die Einsatzzeit geht. Eisenmann entwickelt daraufhin das Layout und die Fördercharakteristik, beispielsweise die Geschwindigkeiten auf Geraden und in Kurven sowie die Streckenführung.

„Wir sind mit unseren Möglichkeiten für die ereignisorientierte Simulation, die wir über die Jahre etabliert haben, sehr zufrieden“, sagt Dr. Monika Schneider, Simulationsexpertin im Bereich für Fördersysteme bei Eisenmann. „Normalerweise umfassen die Ergebnisse aus der Simulation die Bestätigung des geforderten Durchsatzes und die Zahl der benötigten Transportbehälter, die einen großen Einfluss auf die Projektkosten haben sowie die Bestätigung für das entwickelte Layout der Anlage. Weiter erhalten wir Angaben zur Nutzung der einzelnen Fördersystem-Komponenten und -Stationen, über die Belegung der Puffer und über Warteschlangen sowie den Effekt geplanter Streckenführungen. Aus den Simulationsergebnissen werden dann direkt die zugehörigen Projektdokumente erzeugt.“

„Beispiele der Plant Simulation-Möglichkeiten, die wesentlich für den effizienten Einsatz sind, beinhalten auch unsere eigenen Objekt-Bibliotheken“, ergänzt Schneider. „Diese Bibliotheken ermöglichen es uns, Basismodelle in einem halben Tag zu definieren und mit der „Pack-n-Go“-Funktion von Plant Simulation als dynamisches Modell an unsere Kunden zu liefern.“

Dieses mit Plant Simulation erzeugte Modell zeigt ein invertiertes Hängebahn-System, einschließlich des Layouts; das Balkendiagramm zeigt die Folge der Warteschlangen; das Kreisdiagramm die leeren Transportbehälter und die Tabelle den stündlichen Durchsatz.

Virtueller Test eines logistischen Meisterwerkes

Als zukünftige Drehscheibe für den internationalen Luftverkehr wollten die Verantwortlichen für den New Doha International Airport (NDIA) in Katar ein reibungslos funktionierendes und verlässliches Logistiksystem implementieren. Eisenmann wurde von NDIA ausgewählt, ein elektrisches Hängebahnsystem zu installieren, dass alle operativen Stationen des neuen hochwertigen Catering-Traktes verbindet und sicherstellt, dass die Fluglinien zeitgerecht mit ihren Flugzeug-Servicewagen beliefert werden. Diese Wagen versorgen die Flugzeuge mit Mahlzeiten, Getränken, Duty-Free-Artikeln und Zeitungen. In diesem außergewöhnlichen Flughafen werden die Service-Wagen aller an- und abfliegenden Flugzeuge mit dem System von Eisenmann abgefertigt, zeit- und qualitätsgerecht.

Mit 130 Transportbehältern und rund 20.000 Transporten pro Tag wird das 1,6 Kilometer lange Airport-Catering-System von Eisenmann das Herzstück der umfassenden Logistik des Flughafens. Es verbindet effektiv und effizient die diversen Prozessschritte, einschließlich der Reinigung und Befüllung der Servicewagen.

Ankommende Flugzeug-Servicewagen werden in die wartenden Transportbehälter geschoben, zur Entleerungsstation transportiert, dort entleert, dann in der Reinigungszone gesäubert und an die entsprechenden Terminals befördert. All dies wird gesteuert durch den Materialfluss-Computer (MFC) von Eisenmann. An den Terminals werden die Wagen mit frischen Waren, Mahlzeiten und Getränken gefüllt. Pro Tag werden circa 82.000 Mahlzeiten hergestellt und verteilt.

„Im NDIA-Projekt haben wir Plant Simulation sehr intensiv genutzt“, bemerkt Schneider. „Wir begannen mit dem 2D-Layout des Catering-Gebäudes und haben dann ein Simulationsmodell für dieses Layout erzeugt, mit dem wir animierte Simulationen durchführen konnten. In der Angebotsphase, in der wir die Zahl der Transportwagen und Beladestationen, die Streckenlänge und andere Parameter definierten, haben wir dann eine Spitzenbelastung simuliert. Der Materialfluss beginnt im Ankunftsbereich bis zur ‚Hauptstraße‘, durch den sich alle Transportwagen bewegen. Speziell widmeten wir uns den Routen der leeren Wagen.“

„In diesem Projekt haben wir erstmals ein virtuelles Commissioning-Konzept praktiziert, indem wir den Materialfluss-Computer – MFC – mit dem Simulationsmodell verbunden haben. So konnten wir die meisten Probleme im MFC-Programm schnell identifizieren und lösen, weil jeder falsche Materialfluss im virtuellen Simulationsmodell sichtbar wird. Dabei habe ich mit einem Programmierer zusammengearbeitet, der die Steuerungsprogramme entwickelt und testet. Als wir diese Verbindung zum ersten Mal nutzten, waren wir sehr beeindruckt. Alles funktionierte so, wie es dokumentiert war.“

Anwenderbildschirm mit einem mit Plant Simulation erzeugten Modell während der virtuellen Inbetriebnahme des NDIA-Projekts

Hoher Komplexitätsfaktor

„Dieses Projekt war deshalb so komplex, weil wir relativ viele Strategien entwickeln mussten“, sagt Dr. Ulrich Ochs, Senior Software Manager, Electrical Engineering, bei Eisenmann. Ochs, Leiter der Steuerungsaspekte des NDIA-Projekts, erklärt dazu: „Bei der Entwicklung so vieler Routing-Strategien muss der Programmierer nahezu alle möglichen Szenarien voraussehen, eine ziemlich große Herausforderung. Deshalb haben wir entschieden, Plant Simulation für das Virtual Commissioning einzusetzen. Die Zusammenarbeit des Steuerungsprogrammierers mit den Simulationsexperten ermöglichte uns, eine Virtual-Commissioning-Anordnung zu definieren, in der wir Probleme des Routing-Steuerungsprogramms schnell erkennen und lösen konnten. Solche Probleme sind zum Beispiel, dass ein Transportwagen nicht die vorgesehene Position erreicht oder die Puffergröße für leere Transportwagen nicht richtig bemessen ist.

Im letzten Schritt einer Inbetriebnahme führen wir gewöhnlich eine Durchsatzprüfung an der realen Anlage durch, über mehrere Stunden und mit dem gesamten Bedienpersonal. Mit der Verbindung aus Plant Simulation und dem MFC konnten wir diese Tests erstmals zum Teil virtuell im Büro durchführen. Das heißt, der Aufwand für die reale Inbetriebnahme war kleiner. Weil die reale Inbetriebnahme sehr teuer ist, kann diese neue Methode unsere Wettbewerbsfähigkeit weiter verbessern.“

Zu den innivativen Logistiklösungen von Eisenmann gehört das revolutionäre fahrerlose Transportsystem LogiMover. Die Gabel ohne Stapler kann ohne aufwendige Anlageninstallationen genutzt werden.

Virtuelle Lösung komplexer Aufgaben

In seinem Geschäftsbereich Automotive setzt Eisenmann Plant Simulation für die digitale Simulation verschiedener Produktionslinien ein. Beispielsweise für Lackierlinien, für Einschienen-Hängebahn-Transportsysteme, die Teile an Montagelinien liefern, und für automatisierte Flurförderzeuge (Automated Guided Vehicles AGV). Zu typischen Eingabeparametern für die Simulation zählen das Fabriklayout einschließlich Geometrie und Topologie, technische Informationen wie Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie logistische Parameter wie Durchsatz, Arbeitszeitpläne, durchschnittliche Reparaturzeiten (MTTR) und Verfügbarkeit.

„Im Geschäftsbereich Automotive nutzen wir Plant Simulation, um abhängig von der Projektphase unterschiedlich detaillierte Simulationen durchzuführen“, erklärt Dr. Heiner Träuble, Simulationsexperte im Bereich Automotive Paint Systems bei Eisenmann. „In der Konzeptphase analysieren wir hauptsächlich die Puffer vor und hinter der Lackierlinie. Details der Fördersysteme betrachten wir in dieser Phase meist noch nicht. Während der Planungsphase werden dann aus den allgemeinen Puffern einzelne Fördergeräte. Die Analyse umfasst dann typischerweise die Taktzeit der einzelnen Fördersysteme und Durchlaufstrategien. Wenn manchmal nach mehreren Jahren Betriebszeit die Anlage erneuert oder optimiert werden muss, nutzen wir das ursprüngliche Simulationsmodell, um den Einfluss der Änderungen zu zeigen.“

„Das Simulationsmodell, das wir mit Plant Simulation erzeugt haben, gehört auch oft zum Lieferumfang unserer Anlagen. Das hat für unsere Kunden den großen Vorteil, dass sie neben der Anlage ein virtuelles Modell davon erhalten. Da viele Kunden ebenfalls Plant Simulation nutzen, können sie mit diesem Modell einfach selbst Simulationen durchführen und Parameter ändern. Manchmal geben Kunden uns aber auch ihre eigenen Standards für die Simulation vor. Von einigen Kunden erhalten wir auch ihre Bibliothek von Plant-Simulation-Objekten, die wir dann für unsere Simulationen nutzen müssen.“

Ziel der Simulationen im Automotive-Geschäftsbereich ist es normalerweise, den Durchsatz pro Tag vorherzusagen, die Zykluszeit der Fördersysteme sowie die Folge der unterschiedlichen Losgrößen zu prüfen. Eine gewisse Herausforderung ist es auch, dass Farbsortierungen den optimalen Ablauf stören können und erneute Simulationen erfordern.

Andere Simulationsaufgaben betreffen die Abkopplung von Förderbereichen, um den Einfluss von Fehlern besser analysieren zu können. Die Prüfung unterschiedlicher Förderstrategien, die optimale Sortierung nach Farben in Lackierlinien, die Umsortierung von Abläufen für eine folgerichtige Just-in-Sequence-Produktion, die Bestimmung oder Abschätzung benötigter Transportmittel und die Visualisierung komplexer Materialflüsse gehören zu diesem Themenkomplex. Hinzu kommen Diskussionen über neue Förderstrategien und deren Umsetzung.

„Wir haben mit dem Einsatz von Plant Simulation im Automotive-Bereich langjährige und sehr positive Erfahrungen gesammelt“, so Träuble. „Zwar setzen wir auf Kundenwunsch manchmal auch andere Lösungen ein, aber Plant Simulation ist die für uns eindeutig beste Lösung, da sie alle unsere Anforderungen erfüllt und über einzigartige Funktionen verfügt. Dazu zählen wir die Möglichkeit, das Fabriklayout als Hintergrund zu definieren, die sehr flexible Programmiersprache sowie die „Pack-n-Go“-Funktion für die einfache und sichere Übermittlung der Simulationsmodelle an unsere Kunden. Auch das Bibliothekskonzept mit logisch verknüpften Objekten, das uns sowohl die Nutzung der Bibliotheken unserer Kunden als auch unserer eigenen Bibliotheken ermöglicht, hat uns überzeugt.“

Plant Simulation für fast jedes Projekt

„Im Geschäftsbereich Fördersysteme setzen wir Plant Simulation für fast jedes Projekt ein“, sagt Ralf Weiland, Senior Vice President, Eisenmann Conveyer Systems. „Dabei kommt es von der Angebots- und Pre-Engineerings-Phase bis zur Realisierungs-Phase zum Einsatz. Im Durchschnitt erzeugen wir ein neues Simulationsmodell pro Woche.“ Weiland erläutert den Prozess: „Bereits in der Angebotsphase dem Kunden ein Konzept vorschlagen zu können, das durch eine Simulation unterstützt wird, ist einzigartig. Es hilft, unseren Vorschlag visuell und dynamisch zu demonstrieren und gibt dem potentiellen Kunden mehr Sicherheit, dass unser Vorschlag seine Erwartungen erfüllen wird. Aber die Vorteile von Plant Simulation gehen noch weiter. Wir reduzieren unser Risiko in Bezug auf die Lieferung einer Anlage, weil wir alle potentiellen Betriebsszenarien im Vorfeld virtuell simulieren können. Mit unseren Möglichkeiten für die virtuelle Inbetriebnahme, unterstützt durch realistische Validierung unseres jeweiligen Konzeptes in der virtuellen Umgebung von Plant Simulation, glauben wir, die Lieferzeiten bei jedem Projekt verkürzen zu können.“