Wissensbasierte Maschinenentwicklung

Mit der Selmo-Methode lassen sich in Kürze bessere Maschinen entwickeln. Trotz des profunden Methodenwechsels ist er ohne großen Umstellungsaufwand zu vollziehen. DI DI (FH) Markus Gruber, geschäftsführender Gesellschafter bei Selmo .

Im bekannten Gstanzl vom Steirischen Brauch gibt es eine Strophe, die lautet „Da Våta håt g’sågt, i soll’s Hei owatrågn; i hau’n foisch vastaundn, håb’s Käubl daschlogn.“ Das beschreibt recht treffend eines der Probleme in der klassischen SPS-Programmierung. Dort müssen die Programmierer die Abläufe, Bewegungen und Bedienkonzepte der Maschine oder Anlage sowie deren Verhalten im Stör- und Fehlerfall in eine Sprache übersetzen, die von der jeweiligen SPS verstanden wird.

Missverständnisse zeigen sich oft genug erst nach dem Bau der Maschine oder Anlage während der Inbetriebnahme. Zu diesem Zeitpunkt sind Korrekturen bereits sehr zeitaufwändig und teuer. Gleiches gilt für die Instandhaltung, wo die meist entkoppelte Entwicklung von Mechanik, Hardware und Software die Fehlersuche erschwert und schon allein dadurch die Stillstandzeiten verlängert.

Zeitbedarf für die Maschinenentwicklung klassisch (links) und mit der Selmo-Methode

Sicherheit durch Ablauflogik-Modellierung

Abhilfe bringt ein echter mechatronischer Entwicklungsansatz, die Umkehr der Entwicklungsreihenfolge. Das klingt für viele revolutionär, weil es ein Umdenken erforderlich macht. Die Veränderung ist jedoch überschaubar und braucht wenig Vorbereitung. Der Nutzen ist andererseits sehr groß. Allein die Möglichkeit, viele Elemente faktenbasiert auszulegen und zu dimensionieren, bringt zusätzliche Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Große Teile der Maschine testen und optimieren zu können, noch ehe Mechanik und Elektrik konstruiert werden, verkürzt Inbetriebnahme und Tests an der echten Maschine erheblich.

Dabei erfolgt die Festlegung des Maschinenverhaltens ganz zu Beginn der Entwicklung, quasi als Teil einer erweiterten Pflichtenhefterstellung. Manche Hersteller von CAD-Software bieten dazu Systeme an, mit denen es möglich ist, Kinematiken im 3D-Modell mit einem Bewegungs- und Zeitverhalten zu versehen, bevor die Detailkonstruktion der mechanischen Elemente beginnt.

Prozessdefinition für alle

Die Selmo-Methode begreift das Maschinenverhalten als eine Verkettung von Zustandswechseln. Dabei lässt sich jeder Zustand, den die Maschine einnehmen kann und darf, als Anzahl von Einzelzuständen ansehen, die wahr oder falsch sein können, also als Bit. Das Maschinenverhalten lässt sich also als Ablauf, als Sequenz aufeinanderfolgender Bitmuster darstellen. Auf Englisch heißt das „Sequence Logic Modelling“, daher der Name Selmo.

Das hat den Charme, dass es nicht in einer SPS-Programmiersprache erfolgen muss und man daher dafür keine Programmierkenntnisse braucht. So können sich Mechanik-Konstrukteure, Elektrotechniker und Softwareentwickler einer gemeinsamen Sprache bedienen und die Ablauflogik gemeinsam modellieren. Dadurch fallen gegenseitige Abhängigkeiten bereits in dieser frühen Phase auf, daraus resultierende Probleme lassen sich von vorn herein vermeiden.

Standardisierung und Automatisierung

Die Ablauflogik wird modelliert und dabei entsteht der logische Steuerungsentwurf. Dieser ist fixer Bestandteil in der klassischen SPS-Programmierung. Allerdings können das nicht nur schwer zu bekommende Software-Experten, sondern im Grunde alle Techniker, die in der Lage sind, die Anforderungen zu interpretieren.

Das im Selmo Studio konstruierte Maschinenverhalten ergänzt Mechanik und Elektrik zu einem vollständigen, lebenden Digitalen Zwilling. Dieser kann recht einfach im Computermodell überprüft werden, und das nicht nur vor dem Bau der Maschine, sondern entwicklungsbegleitend, also auch bereits bevor die Detailkonstruktion aller Teile fertiggestellt wurde. Der Hauptvorteil ist, dass sich der Zeitaufwand für Tests und Optimierungsarbeit sowie Inbetriebnahme wesentlich reduziert.

Fehlerfrei und Instandhaltungsfreundlich

Die SPS-Programme werden automatisch aus dem Maschinenverhalten erzeugt. Da es darin nur zulässige Zustände der Maschine gibt, entstehen nur fehlerfreie Programme. Das bedeutet nicht, dass man keine Programmierer mehr braucht, aber deren Aufgaben verschieben sich etwas und pro Kopf darf man mehr Output erwarten. Das bedeutet auch nicht, dass keine Fehler bzw. unzulässigen Zustände auftreten können. Allerdings hat man in dem Fall die Gewissheit, dass die Ursache des Problems nur in der Mechanik oder Hardware liegen kann. Damit lässt es sich durch konstruktive Maßnahmen beseitigen.

Die Selmo-Methode vereinfacht auch deutlich die Instandhaltung. Nach dem Portieren der Programme auf die Zielhardware läuft die Zustandssequenz immer als Referenz mit. So fällt jede Abweichung vom Soll sofort auf und das System liefert klare Hinweise auf die Ursache. Das erleichtert die Fehlersuche und -behebung und kann ohne Mehrkosten bei kleineren Abweichungen als Orientierungshilfe für Predictive Maintenance dienen.