Das parallele Engineering

3D-Simulation und Virtual-Control-Design versprechen neue Einspar-Potenziale bei der Erstellung von Fertigungsanlagen. – Alles noch ferne Vision oder schon reale Praxis?

3D-Simulation und Virtual-Control-Design versprechen neue Einspar-Potenziale bei der Erstellung von Fertigungsanlagen. – Alles noch ferne Vision oder schon reale Praxis?

Die Idee der digitalen Fabrik – also die Anwendung digitaler 3D-Modelle und Methoden zur Visualisierung, Simulation und Kommissionierung industrieller Produktionsanlagen und -prozesse – ist keine Zukunftsmusik mehr. Im Automobilbau werden heute Fertigungszellen detailliert in ihrem geometrischen Aufbau mit Hilfe computer-gestützter Engineering-Werkzeuge geplant und simuliert. Die hohen Softwarekosten dieser Tools treten im Vergleich zu den Einsparungen durch kürzere Planungszyklen, bessere Planungsqualität und höhere Änderungsfreundlichkeit in den Hintergrund. Und dennoch: Solange diese Werkzeuge einerseits nicht den ganzen Engineering-Workflow bis zur Erstellung des Ablaufprogramms in der SPS oder des Roboters durchgängig abdecken und andererseits überwiegend sequenziell (Toolkette) arbeiten, bleiben wichtige Einsparpotenziale ungenutzt.

Die Fertigungsplanung im Automobilbau hat sich im Laufe der Zeit in eine Reihe einzelner, spezialisierter Phasen untergliedert, in denen moderne aber separate Design-Software-Werkzeuge Einsatz finden. Dabei unterliegen die Daten beim Engineering einer kontinuierlichen Anreicherung und Veränderung, so dass diese unterschiedlichen Werkzeuge häufig mehrfach genutzt werden. Knackpunkt ist allerdings: Der durchgängige Datenaustausch zwischen den Werkzeugen ist heute nicht ausreichend unterstützt; eine durchgängige computer-gestützte Planung von Fertigungszellen oder -linien, in der sowohl der gesamte geometrische Aufbau als auch die Ablauflogik detailliert geplant, simuliert, geprüft und in Betrieb genommen werden könnten, ist technisch noch nicht gelöst. Durchgängigkeit funktioniert nur gezielt innerhalb der Systemlandschaft eines Herstellers und kann oft nur für Teile der Prozesskette realisiert werden. Es existieren derzeit noch keine offenen, standardisierten und akzeptierten Austausch- oder Zwischenformate, die die gesamte Prozesskette schließen könnten.

Ein Muss: Durchgängiges Engineering

Hier setzt das Projekt „AutomationML“ an: Ein herstellerneutrales Datenformat für den durchgehenden Austausch von Engineering-Daten für alle Phasen der Fabrikplanung zu entwickeln – mit dieser Vorgabe haben vor zwei Jahren neun Unternehmen (Automobilhersteller, Steuerungshersteller, Roboterhersteller, Universitäten) ein gemeinsames Projekt gestartet. Ziel ist es, eine gemeinsame XML-basierende Datensprache für 3DGeometriebeschreibungen, Kinematik und Ablauflogik zu erschaffen. AutomationML ist inzwischen als kostenfreier, offener Standard in der Spezifikation V1.0 veröffentlicht und beschreibt einen einheitlichen, bidirektionalen Datenaustausch zwischen Engineering-Tools von der Planung bis zur Inbetriebnahme und dem fortlaufenden Betrieb fertigungstechnischer Anlagen. Die Motivation für die Umsetzung von AutomationML ist, neue Anlagenkonzepte effizienter planen zu können, ohne jedes Mal erheblichen Aufwand in die Austauschbarkeit von Daten investieren zu müssen; bei konsequenter Umsetzung soll so die Entwicklungsarbeit für alle Nutzer dauerhaft wesentlich vereinfacht werden.

Die Datenübergabe vom Mechanik-Designtool zum Steuerungsprogrammiertool für die virtuelle Kommissionierung ist nicht neu. Entsprechende Lösungen zur Übergabe von Objekten und auch von generiertem Programmcode existieren für unterschiedliche Steuerungsfamilien. Allerdings haben diese Lösungen derzeit meist noch die Einschränkung der Unidirektionalität oder mit anderen Worten: Die Übergabe funktioniert in der Regel nur als Einbahnstraße vom Engineering-Tool hin zur Steuerung. Der Weg zurück von der Steuerung zum Engineering-Tool ist nur mit Einschränkungen, erhöhtem Aufwand und nicht ohne Datenverlust möglich, weshalb diese Übergabe in der Regel meist einmalig am Ende des Designprozesses durchgeführt wird. Neu an dem vorgestellten Ansatz mit dem Logix-System von Rockwell Automation ist die bidirektionale Austauschfähigkeit von Objekten, Bibliotheken und ganzen Projekten über eine offene Objektschnittstelle, die es Engineering-Tools ermöglicht, beliebig oft und in beiden Richtungen Objektdaten auszutauschen. Diese bidirektionale Austauschfähigkeit von Objekten per XML wird beim Virtual Commissioning mit Delmia Automation heute benutzt.

Die Vision für die Nutzung des offenen XML-Objekt-Interfaces in RSLogix geht noch einen Schritt weiter: Design-Tools, die ausführbaren Code für die Steuerung erzeugen, werden anhand dieses Objekt-Interfaces kooperativer mit dem Programmiertool für die Steuerung zusammenarbeiten können. Änderungen, die etwa während der Inbetriebnahme mit dem Werkzeug erzeugt wurden, lassen sich durch Aktualisieren ihrer Bausteinbibliothek jederzeit leicht wieder übernehmen, um den aktuellen Stand der Anlage im Projekt zu speichern. Dieser Ansatz wird den Aufwand der Änderungs-Nachführung bei generierten Steuerungsprogrammen reduzieren. Entsprechende Ansätze sind bereits in der Erprobung.

Selbst wenn das Thema Digital Manufacturing eine enorme Spannbreite hat und von verschiedenen Experten sehr unterschiedlich beurteilt wird, stellt das hier vorgestellte Beispiel der virtuellen Kommissionierung mit synchronisierten Simulations- und Logikobjekten einen wichtigen praktischen Anwendungsfall am Ende der Toolkette dar, der sich mit nachvollziehbaren Einsparungen kommerziell gut begründen lässt. hap