Push-Effect Digital Twin

Mit höherer Effizienz zum Serienprodukt – Simulation und virtuelle Inbetriebnahme: Große Hoffnungen sind mit der Idee des Digitalen Zwillings verbunden. Dabei gibt es bereits eine Reihe von Tools, die Anwendern, Maschinenherstellern und Systemintegratoren auf digitalem Weg die Arbeit auf vielerlei Weise erleichtern. Der nächste logische Schritt ist, diese Tools zusammenzufassen. Denn je genauer die Simulationsprogramme reale Abläufe abbilden können, desto schneller ist man am realen Produktionsschritt, weiß Fanuc aus der Praxis und bietet dahingehend schon etliche Lösungen und baut diese stetig weiter aus. Fanuc als Lieferant für CNC – Steuerungen , Roboter bis hin zu den Laser Paketen kann hier ein einmaliges Gesamtpaket anbieten:

Roboguide: Clevere 3D-Simulation für intelligente Fabriken

Roboguide: Clevere 3D-Simulation für intelligente Fabriken

Effiziente Fanuc Tools:

• FANUC Roboguide ist ein Offline-Simulationspaket, das sowohl die Bewegung eines Roboters als auch die Applikationsbefehle simuliert und die Erstellung und Modifikation von Applikationen deutlich beschleunigt.

• FANUC CNC Guide kann sowohl Fanuc CNC-Konfigurationen als auch „customized“ CNC-Konfigurationen unterschiedlicher Werkzeugmaschinen simulieren. CNC Guide umfasst sowohl Funktionen für die Bedienung und Steuerung als auch die Möglichkeit, die „Programmierbare Maschinensteuerung“ auszuführen und zu simulieren.

• „Manual Guide i“ ist eine in die CNC-Steuerung integrierte Werkstattprogrammiersoftware, die es ermöglicht, in Werkzeugmaschinen bedienergeführt einfach und schnell Werkstücke zu programmieren. An einem einzigen Bildschirm können Bearbeitungsprogramme erstellt, per Animation überprüft und danach die Bearbeitung eingerichtet und ausgeführt werden.

• FANUC iHMI wurde entwickelt, um eine einfache und vereinheitlichte Bedienung von FANUC CNC-Steuerung, Roboter und Robomachines zu ermöglichen.

Darüber hinaus unterstützt Fanuc CAD/CAM-Hersteller bei der Entwicklung ihrer Postprozessoren, damit Maschinen und Anlagenentwickler ihre gewohnten Entwicklungsumgebungen verwenden können.

Wenn Bearbeitungszeiten technologisch ausgereizt sind, kann ein Mehr an Effizienz nur aus der Optimierung der Arbeitsvorbereitung selbst oder der Fertigungsabläufe kommen. Die Vorzüge der Simulation dabei sind hinlänglich bekannt. Werden aber immer nur einzelne kleine Schritte betrachtet, ist das Potenzial, die Produktion effizienter zu gestalten, eher gering. Thomas Eder, Geschäftsführer Fanuc Österreich, weiß sein Unternehmen schon einen Schritt weiter: „Wir haben nicht nur leistungsfähige Tools, sondern können diese heute schon konzeptionell zusammenführen.“

Je genauer die Simulationsprogramme reale Abläufe abbilden können, desto schneller ist man am realen Produktionsschritt.

Je genauer die Simulationsprogramme reale Abläufe abbilden können, desto schneller ist man am realen Produktionsschritt.

Im nächsten Entwicklungsschritt visiert Fanuc zudem an, Paketanbieter wie Cenit bei der Entwicklung von Software zur Erstellung eines Digitalen Zwillinges zu unterstützen. Erste Ergebnisse können möglicherweise schon auf der AMB 2020 gezeigt werden. Profitieren sollen von dieser Entwicklung alle CAD/CAM-Anbieter. (Bild: Cenit)

Im nächsten Entwicklungsschritt visiert Fanuc zudem an, Paketanbieter wie Cenit bei der Entwicklung von Software zur Erstellung eines Digitalen Zwillinges zu unterstützen. Erste Ergebnisse können möglicherweise schon auf der AMB 2020 gezeigt werden. Profitieren sollen von dieser Entwicklung alle CAD/CAM-Anbieter. (Bild: Cenit)

Um ein optimales Zellendesign zu erreichen, können mit Fanuc Roboguide Zellen modelliert und der passende Roboter für Anwendung und Konfiguration ausgewählt werden. Mit einer internen virtuellen Steuerung können Zykluszeiten schnell und genau berechnet und validiert werden.

Um ein optimales Zellendesign zu erreichen, können mit Fanuc Roboguide Zellen modelliert und der passende Roboter für Anwendung und Konfiguration ausgewählt werden. Mit einer internen virtuellen Steuerung können Zykluszeiten schnell und genau berechnet und validiert werden.

Thomas Eder
Geschäftsführer Fanuc Österreich

„Die Vorzüge der Simulation sind hinlänglich bekannt. Werden aber per Simulation immer nur einzelne kleine Schritte betrachtet, ist das Potenzial, die Produktion effizienter zu gestalten, eher gering. Fanuc hat nicht nur leistungsfähige Tools, sondern kann diese heute schon konzeptionell zusammenführen.“

Ganzheitliche Simulation von Maschine und Roboter

Mit dem Digitalen Zwilling werden jedoch die Grenzen der Betrachtung deutlich weitergezogen. Das gilt sowohl für die Technik der Maschine oder Anlage als auch für den Betrieb um die Lebensdauer inklusive Service. Befragt nach dem Nutzen und der konkreten Einsparung hat ein Werkzeugmaschinenexperte einen einleuchtenden Vergleich gezogen: „Mit dem Digitalen Zwilling ist es wie mit einer Goldmine. Man weiß, dass Gold da ist, aber nicht genau an welcher Stelle.“ Sicher darf man sein, wenn man die Gepflogenheiten vieler Werkzeugmaschinen kennt, bei denen mechanische und elektrische Konstruktion, Softwareentwicklung und Inbetriebnahme nicht selten noch getrennt sind. Allein diese Kette zu schließen, verspricht mehr Effizienz in der Maschinenentwicklung.

Wer glaubt, der Digitale Zwilling sei nur ein Tool für Maschinenbauer, sollte die Werkstattpraxis berücksichtigen. Ein Blechbearbeiter, der eine automatisierte Werkzeugmaschine betreibt und auf ein neues Werkstück umrüsten will, wird kaum einen teuren Maschinenstundensatz riskieren, um herauszufinden wie sein Werkstück am besten zu bearbeiten ist, mit welcher Taktzeit er rechnen kann und wie der Roboter das Werkstück greifen und bewegen kann, ohne eine Kollision zu verursachen. Meist sind es ja erfahrene Bediener, die derartige Aufgaben bewältigen. Auch ihnen ist damit geholfen, wenn sie all diese Überlegungen außerhalb der Maschine abarbeiten können.

Heute verlangen Blechbearbeiter von ihrem Lieferanten auch ein CAD/CAM-Modell, das Maschine und Roboter umfasst, um auch bei Umrüstungen gewappnet zu sein und Umrüstungen selbst bestimmen zu können. Leicht nachzuvollziehen, dass der Maschinenlieferant (oder der Systemintegrator) tatsächlich nur die für eine virtuelle Betrachtung erforderlichen Informationen dem Anwender zur Verfügung stellt – und nicht alle Details wie beispielsweise vom Laser bis zum Linearantrieb.

Insbesondere in großen und mittelgroßen Blechverarbeitungsbetrieben werden heute schon Tools eingesetzt, um bei neuen Produkten den Fertigungsablauf im Vorfeld zu simulieren. Virtuell lassen sich Taktzeiten ermitteln, Kollisionsbetrachtungen anstellen und Abläufe überprüfen. Gerade auch die Einbindung eines Roboters zum Be- und Entladen der Maschine spielt eine Rolle.

Je genauer die Simulationsprogramme reale Abläufe abbilden können, desto schneller ist man am realen Produktionsschritt. Allerdings: Wer bei welchem Arbeitsschritt wieviel Zeit einspart, lässt sich allgemein nicht beantworten. Zu unterschiedlich sind die Voraussetzungen in der Praxis, nicht zuletzt beim Kenntnisstand des Bedienpersonals. Gute Werkstattprogrammierer sind aufgrund ihrer Erfahrung oft nahe dran am Ergebnis, aber eben nicht exakt.

Das Roboguide-Standard-Feature WeldPRO simuliert den Roboter-Schweißprozess in 3D, mit der Erweiterung COORD auch Multi Robot-  und Coordinate Motion-Anwendungen.

Das Roboguide-Standard-Feature WeldPRO simuliert den Roboter-Schweißprozess in 3D, mit der Erweiterung COORD auch Multi Robot- und Coordinate Motion-Anwendungen.

Aktueller technologischer Stand

Was ist heute bereits der Stand der Technik? Zentrale Bausteine, sozusagen die DNA eines Digitalen Zwillings, sind die bereits bestehenden Simulationspakete Roboguide und CNC Guide. Mit Roboguide lassen sich sowohl die Bewegung eines Roboters als auch Applikationsbefehle simulieren – was die Erstellung und Modifikation von Applikationen deutlich beschleunigt.

Der CNC Guide – das entsprechende Tool auf der CNC-Seite – dient der Simulation sowohl von Fanuc-Konfigurationen als auch customized CNC-Konfigurationen unterschiedlichster Werkzeugmaschinen. Zudem hat CNC Guide eine integrierte Software für die Werkstattprogrammierung: Mit „Manual Guide i“ kann die Bearbeitung von Werkstücken programmiert, die Bearbeitung eingerichtet und direkt per Animation überprüft werden.

„Fanuc hat keine Ambitionen, ein eigenes CAD/CAM-System aufzulegen oder zu entwickeln. Die Strategie von Fanuc ist es, andere CAD/CAM-Hersteller zu unterstützen“, erklärt Thomas Eder. Deshalb unterstützt Fanuc diese Hersteller bei der Entwicklung von Postprozessoren, damit Maschinenentwickler und Anlagenbauer ihre gewohnte Entwicklungsumgebung für Fanuc-Produkte verwenden können. Im nächsten Entwicklungsschritt visiert Fanuc zudem an, Paketanbieter wie Cenit bei der Entwicklung von Software zur Erstellung Digitaler Zwillinge zu unterstützen. Erste Ergebnisse können möglicherweise schon auf der AMB 2020 gezeigt werden. Profitieren sollen von dieser Entwicklung alle CAD/CAM-Anbieter. „Fanuc will hier offen bleiben“, bekräftigt Thomas Eder.

FANUC CNC Guide kann sowohl FANUC CNC-Konfigurationen als auch „customized“ CNC-Konfigurationen unterschiedlicher Werkzeugmaschinen simulieren.

FANUC CNC Guide kann sowohl FANUC CNC-Konfigurationen als auch „customized“ CNC-Konfigurationen unterschiedlicher Werkzeugmaschinen simulieren.

Next Step: Simulation der NC-Steuerung in Echtzeit

Der nächste, entscheidende Schritt auf dem Weg zum Digitalen Zwilling ist die Zusammenführung der einzelnen Tools. Dabei gehört es zur Strategie von Fanuc, einen Standardbaustein zu entwickeln, der in CAD/CAM-Systeme integriert werden kann. Anforderung an diesen Baustein: Er muss die NC-Steuerung in Echtzeit simulieren können. Dabei sollen die Systemgrenzen so weit gezogen werden, dass in die Simulation bzw. in den Digitalen Zwilling die Maschine mit ihrer gesamten Peripherie mit Roboter, Zuführsystemen oder Transportbänder einbezogen werden kann.

Ein denkbarer Ansatz – und da gibt es bereits praktische Beispiele – ist die Integration des Fanuc CNC Guide in die Simulationssoftware, womit sich CAD-Modelle animieren und in Echtzeit verfahren lassen.Relativ gut in Echtzeit funktionieren auch Lösungen wie „Hardware in the Loop“, bei denen ein Maschinen- oder Zellenmodell über eine reale Steuerung und beispielsweise eine Profibus-Verbindung animiert und simuliert werden kann. CAD/CAM-Hersteller bevorzugen jedoch aus Kostengründen eine „Software in the Loop“-Variante, um ein CAD-Modell zu simulieren. Thomas Eder sieht darin eine sehr praxisgerechte Lösung: „Das funktioniert mit großer Annäherung an reale zeitliche Abläufe.“

Um tatsächliche Echtzeit-Abläufe oder eine sehr starke Annäherung in der Simulation zu erzielen, müssen nun auch AI-Funktionen wie thermische Kompensation oder der Ausgleich von Vibrationen integriert werden.

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