Produktionssimulation in der Werkshalle: So funktioniert es wirklich

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Neue Produktionsanlagen und Umbauten können zu teuren Unterfangen werden, wenn sie erst real optimiert und angepasst werden müssen.

Wie sich solche Vorhaben durch Produktionssimulation virtuell absichern lassen, darüber haben wir mit Chris Douglass von Visual Components gesprochen.

Produktionssimulation für alle Branchen

Herr Douglass, welche Unternehmen setzen auf Ihre Lösungen für die Produktionssimulation?

Chris Douglass: Das ist breit gefächert – da sind beispielsweise Hersteller von Werkzeugmaschinen, die rund um ihre Maschinen Komplettlösungen aus Automation und Zuführung anbieten. Aber auch Fertigungsunternehmen nutzen Visual Components, um ihre Fertigung zu optimieren oder, um einen Umbau, einen Produktwechsel oder eine Erweiterung abzusichern. Nicht zuletzt setzen sogenannte System-Integratoren unsere Lösungen ein. Dieser Bereich ist vielfältig – da ist beispielsweise ein Unternehmen, das traditionell Schweißzangen herstellt. Heute hat es ein Standbein darin, Roboter und Zubehör zu Schweißzellen zusammenzustellen.

Viele Unternehmen machen es ähnlich und stellen als Komplettanbieter Maschinen, Roboter, AGVs sowie Fördersysteme von Drittanbietern zu einem funktionierenden Gesamtsystem zusammen und liefern es Ihren Kunden. Auch viele Maschinenbauer entwickeln sich hin zur Integration von Produktionsanlagen, weil ihre Kunden immer häufiger Komplettlösungen einfordern. Und diese müssen am Ende funktionieren – genau hier sehen wir unsere Anforderungen.

Welche Fachbereiche nutzen Ihre Software und wie? Sind das eher die Techniker oder mehr Vertriebler?

Douglass: Unsere Simulationsnutzer sitzen in der Projektierung, der Fertigung und der Konstruktion, aber auch in Vertrieb und Marketing. Die meisten bringen technisches Wissen mit. Aber es sind nicht immer Techniker und Ingenieure. Entsprechend haben wir die Software so einfach und anwendungsgerecht gestaltet, dass nicht nur Entwickler und Konstrukteure damit arbeiten können. Zudem haben wir im Blick, dass jeder dieser Fachbereiche die Software etwas anders nutzt. Der Projektierer oder Konstrukteur baut die Modelle auf und ein Vertriebler nutzt die erstellten Modelle eventuell in einer Präsentation oder erzeugt erste Layouts und Modelle im Kundenkontakt – die Arbeitsweisen sind auch je nach Unternehmen unterschiedlich.

Daten fließen zusammen

Woher kommen die Daten für die Modellierung der Produktion?

Douglass: Hier arbeiten die Fachabteilungen in der Regel Hand-in-Hand. Der Vertrieb oder Projektierer liefert Daten zum Kundenprojekt und dann beginnt die Konstruktion und CAD-Konzeptionierung. Sie können zudem auf eine Bibliothek mit über 1500 real existierenden Roboter-Modellen zurückgreifen, aus denen Sie Taktzeiten gewinnen können. Die Kinematik-Daten kommen von den Herstellern. Viele generische Elemente wie Förderbänder oder Lineareinheiten sind ebenfalls verfügbar – das Förderband etwa können Sie mit einer festen Geschwindigkeit modellieren. Und bei einem AGV zählt der gefahrene Weg und die Geschwindigkeit. Und schließlich kann der Nutzer das Gesamtsystem durch eigene Modelle verfeinern.

Das heißt der Simulationsprozess geht vom Groben zum Feinen?

Douglass: Genau, in der Angebotsphase dienen die Modelle dazu, dem Anwender zu zeigen, dass die Projektierer seine Aufgabe und Ansprüche grundsätzlich erfüllen können. Die Simulation besteht zunächst aus generischen Elementen und wird mit vom Anwender zur Verfügung gestellten Daten sukzessive weiterentwickelt. In der frühen Phase sind oft nicht viele reale CAD-Daten verfügbar – deren Konstruktion wäre zu diesem Zeitpunkt noch zu aufwendig. Wenn das Angebot zum Auftrag wird, dann werden die Modelle weiter ausgearbeitet. Deshalb liefern wir die vorgefertigten Komponenten, die der System-Integrator oder der Maschinenbauer nutzen kann, um bereits ein vereinfachtes Modell der Anwendung zu erstellen. Damit kann er dem Kunden in einer Präsentation, einem 3D-PDF oder in einer Video-Konferenz zeigen, dass die Lösung funktioniert.

Es geht uns um die Verkettung von Prozessen rund um die Maschinen.

Simulieren Sie auch die Abläufe in Laserschneid- oder Werkzeugmaschinen?

Douglass: Das Innenleben von Standardmaschinen simulieren wir in der Regel nicht – es geht um die Verkettung von Prozessen rund um die Maschinen. Wir schauen, wie die Rohmaterialien aus dem Lager kommen, wie ein AGV es zur Maschine bringt und wie ein Roboter ein Bauteil am Arbeitsplatz in die Maschine positioniert. Die Standardmaschinen sind oft als Blackbox mit verknüpfter Taktzeit modelliert. Manchmal projektieren wir jedoch das Innenleben von Sondermaschinen – etwa Roboter-ähnliche Module, die aus Linearsystemen bestehen.

Produktionssimulation: Alle Prozesse Hand in Hand

Was bringt diese Art der verketteten Produktionssimulation?

Douglass: In der Produktion soll alles möglichst aus dem Stand funktionieren. Im Grunde ist es wie beim Hausbau: Wenn ich als Häuslebauer das erste Mal im Rohbau stehe, dann brauche ich sehr viel Fantasie, um mir alles vorzustellen. Wo kommt die Küche hin, welche Geräte stehen wo und wie sind sie zueinander angeordnet, damit ich gut kochen kann? Wo sollte der Schrank mit den Töpfen aufgehängt sein, wo der mit den Zutaten, wo sollte eine Ablage hin und wo eine Arbeitsfläche, damit der Prozess „Kochen“ in seinen Teilprozessen reibungslos ineinandergreift und sich in den Gesamt-Prozess „Wohnen“ einfügt.

Produktionsfachleute haben ähnlich wie Häuslebauer ein Gefühl, wie es ungefähr sein muss. Mit unserer Software kann er dieses Gefühl verifizieren, Varianten durchspielen und Details ausarbeiten. Dafür musste er bis dato die Anlage real aufbauen. Schritt-für-Schritt erhöht er den Detailgrad und schaut, wie die Prozesse und Taktzeiten ineinander spielen. Dabei entdeckt er etwa, ob genug Behälter oder AGV im Umlauf sind. Ein AGV beispielsweise kostet zwischen 20.000 und 80.000 Euro – da schlägt eines zu wenig oder zu viel geplant zu Buche.

Bei der Inbetriebnahme soll nichts schiefgehen – der erste reale Durchlauf soll so wenig wie nur möglich weitere Fehler aufdecken.

Im Vergleich zum klassischen Vorgehen - was bringt diese Art der Simulation bei der Planung von Fertigungsprozessen und Automatisierungen?

Douglass: Die Verantwortlichen wollen teure Umbauten und Anpassungen an der realen Anlage vermeiden. Sie haben als Maschinenbauer oder System-Integrator ja mit Ihrem Kunden eine funktionierende Lösung vereinbart. Sie haben eine Umbauzeit und eine maximale Stillstandszeit definiert. Wenn etwas nicht wie versprochen funktioniert, kann das für Sie sehr teuer werden. Und der Trend geht dahin, bestehende Anlagen möglichst im laufenden Betrieb umzubauen.

Virtuell Potentiale erkennen

Also kann ich tief in die Taktung einer Anlage hinschauen, ohne sie physisch anzurühren?

Douglass: Genau – Sie können schauen, wie das Material durch die Anlage fließt und Optimierungspotential virtuell aufdecken. Wenn ich etwa Dosen aus Aluminium herstelle, dann habe ich eine große Rolle Aluminium-Blech, das ich in einer verketteten, zweistufigen Pressanlage zu Dosen umwandele. Bis die Rolle leer ist, muss ich schauen, dass die erste Presse schon so viele Teile gestanzt hat, dass die zweite Presse weiterarbeiten kann, während ich die Rolle vor der ersten Presse wechsele. Es gibt in den Werkshallen unzählige Teilprozesse, bei denen der Materialfluss essentiell ist und das nicht nur in vollautomatisierten Prozessen.

An Montagearbeitsplätzen muss ich ebenso immer die richtige Menge Rohmaterial bereitstellen, damit der Werker stets weiterarbeiten kann und sich keine ungeplanten Wartezeiten ergeben. Auch hier geht es um die Taktzeiten und deren Optimierung. Je weniger Arbeitszeit der Werker pro Teil aufwenden muss und je schneller er den Auftrag rüsten kann, desto günstiger wird das Teil und desto eher können wir Produkte auch variieren – und auch kleine Losgrößen herstellen. Je mehr Materialbewegungen wir da optimieren, desto besser. Wenn es um die Montagezeiten selbst geht, dann gilt dasselbe wie bei den Standardmaschinen: Die eigentliche Montage ist eine Blackbox, die als Taktzeit in unserem System modelliert wird. Die Produktionsverantwortlichen haben Richtwerte und ermitteln Vorgabezeiten im Haus. Unsere Betrachtung der Verkettung von Prozessen und deren Zeiten in der Produktionssimulation deckt sehr viele und mitunter kleine Verbesserungspotentiale auf, die in Summe zu einem riesigen Effizienzgewinn führen können.

Vielen Dank für diese Einsichten, Herr Douglass!

Die Fragen stellte Jan Bihn, Redakteur Digital Engineering Magazin.

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