Robotersimulation – So profitiert ein Weltkonzern von der Lösung

Die Kochfelder von Schott bestehen aus nachhaltigen Naturrohstoffen und widerstehen auch hohen Temperaturunterschieden sowie Temperaturschocks. Darüber hinaus handelt es sich um ein robustes Produkt mit hoher chemischer Beständigkeit. Beleg für die hohe Qualität in allen Facetten sind zahlreiche Auszeichnungen, darunter der viermalige Award als deutsche „Marke des Jahrhunderts“ in den Jahren 2013, 2016, 2019 und 2022. Umso interessanter zu erfahren, wie Schott dieses Güteniveau Tag für Tag gewährleisten kann. „Qualität entscheidet sich an sehr vielen Stellschrauben im Fertigungsprozess. Vom Schmelzen über die Formgebung bis zur Qualitätskontrolle“, erklärt Matthias Stubenrauch, Manager Produktion bei Schott in Mainz. Denn nur wenn der Prozess durchgängig auf höchstem Niveau funktioniert, können große Stückzahlen bei steigender Komplexität und Artikelvielfalt produziert werden.

Robotersimulation ganz ohne Hardware

Kenner der Materie wissen, dass das rohe Glas aus der Wanne auf Produktionslinien aufgelegt wird, bis es anschließend ans Schneiden, Bohren, Kantenschleifen und die Weiterveredelung durch Keramisierung bei 900 Grad im Ofen geht. Ein Prozessschritt, bei dem aus Glas schließlich Glaskeramik für Hausgerätehersteller rund um den Globus wird. Ende 2021 wurde in der sogenannten kalten Nachverarbeitung eine neue Maschine fürs Auflegen des Rohglases gebaut. Dabei hat ein Expertenteam von Schott erstmals umfassend simuliert statt direkt an der Maschine gebaut.

Denn: Schott stellt seit einiger Zeit ausgewählte Maschinen auf eine „Digital Native CNC“ um, besser bekannt als Sinumerik One von Siemens. Die neuartige Steuerung ist ein weiterer Baustein in der digitalen Transformation von Maschinen, weil sie mit Software zur Erstellung der Maschinensteuerung und dem dazugehörigen digitalen Zwilling aus einem Engineering-System aufwartet – und so zu einer nahtlosen Integration von Hardware und Software beiträgt. Doch Schott ging bei der Auflegermaschine noch einen Schritt weiter. Die Experten im Haus setzten fürs Engineering gleich auf die Software Create MyVirtual Machine /Operate und damit de facto auf eine virtuelle Sinumerik One.

Simulation erleichtert auch die Zusammenarbeit im Team

Eine reale Hardware-Steuerung entfällt dabei, da die virtuelle Sinumerik One die Software Simatic S7-PLCSIM Advanced bereits in sich trägt. Mit deren Hilfe werden virtuelle Steuerungen zur Robotersimulation einer S7-1500 oder ET 200SP CPU erzeugt und für die umfassende Simulation von Funktionen verwendet. Genau genommen braucht es nur noch einen Simulationsrechner, die Arbeit verlagert sich ins rein Virtuelle. Ein virtualisiertes CNC-System macht die Arbeit schneller, flexibler und auch besser, weil sämtliche Funktionen und Machbarkeiten der Maschine vorab getestet werden können. Die vollständige virtuelle Abbildung des Entwicklungsprozesses reduziert die Produktentwicklungszeit signifikant und beschleunigt obendrein die Inbetriebnahme.

Auch die Zusammenarbeit im Team ist um eine Facette reicher, weil es durch den digitalen Zwilling des Engineerings eine virtuelle Gesprächsgrundlage gibt, in die alle Gewerke leicht einbezogen werden können, bevor die Maschine real gebaut wird. Maschinenkonzepte und Funktionen können zielgerichtet vorab diskutiert werden. Das senkt das Risiko für Fehlinvestitionen, die Abhängigkeit von verfügbarer Hardware bzw. freien Testracks verringert sich.

Robotersimulation: Einfache Kopplung mit Process Simulate

Bei diesem Projekt hat Schott erstmals die im Unternehmen bereits bewährte Software für Robotersimulation Process Simulate mit der Create MyVirtual Machine /Operate gekoppelt. Diese Variante bietet sich besonders bei Anlagen mit hohem Roboteranteil an. Auflegevorgänge des Rohglases sind ein gutes Beispiel dafür. Die 3D-Simulationsplattform Process Simulate von Siemens ist technologisch marktführend für Roboter- und Anlagensimulationen. Neben den grundlegenden Funktionen zur Geometriesimulation und Offlineprogrammierung zeichnet sich Process Simulate durch eine Fülle an Funktionen aus, um Anlagen und Steuerungen so realitätsgetreu wie möglich in einer Plattform abzubilden.

Schott konnte so beispielsweise vorab testen, ob das Layout der Maschine zu den Platzverhältnissen passt. Darüber hinaus konnte der Konzern testen, ob Kollisionsgefahr besteht oder die anspruchsvollen Taktzeiten realisiert werden können. Mit der Geometriesimulation bzw. Layoutplanung im Simulationssystem konnten funktionale Risiken im Maschinenablauf auf ein Minimum reduziert werden. Noch bevor die Maschine gebaut wurde, konnte Schott frühzeitig das Konzept absichern und alle Funktionen kennen lernen. Als Bindeglied zwischen Create MyVirtual Machine /Operate und Process Simulate nutzte Schott die ebenfalls bereits seit langem eingesetzte Siemens-Software Simit. Damit konnte Create MyVirtual Machine /Operate mit Process Simulate gekoppelt und das Verhaltensmodell weiter ausgebaut werden.

Simulieren im laufenden Betrieb

Seit Frühjahr 2022 ist die Maschine nun bei Schott in Mainz im Einsatz. Sollten zusätzliche Funktionen benötigt werden, dann wird es bei Schott zu keinem Stillstand in der Linie kommen, da auch dann wieder das Zusammenspiel unterschiedlichster Simulations-Werkzeuge seine Stärken ausspielen wird.

Vom Glaslabor zum Weltkonzern

Schott ist einer der weltweit führenden Hersteller im Bereich Spezialglas, Glaskeramik und anderer High-Tech-Werkstoffe. Ursprünglich als Glaslabor 1884 in Jena gestartet, hat sich das Unternehmen zu einem Weltkonzern mit Produktions- und Vertriebseinheiten in 34 Ländern entwickelt. Im Geschäftsjahr 2021 erzielten die 17.300 Mitarbeitenden einen Umsatz von 2,5 Milliarden Euro. Die Schott AG gehört der Carl-Zeiss-Stiftung. Mit der Dividende des Konzerns fördert sie die Wissenschaft.

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Stephan Schoeppler ist Global Account Manager und Timo Walter ist Sales Executive, beide bei Siemens.