Die Vernetzung der Digitalen Fabrik mit der realen Produktion

Intelligenter produzieren VDMA Verlag GmbH 2005/1 Die Vernetzung der Digitalen Fabrik mit der realen Produktion Zusammenspiel Der Begriff „Digitale Fabrik“ ist auf dem Weg ein Modebegriff zu werden. der Komponenten Ein positiver Aspekt ist diesem Vor- gang abzugewinnen: Fast jedes in diesem Feld tätige Unternehmen ver- Qualitätssprung, Zeitgewinn, Kostenersparnis sucht, seine Aktivitäten, Produkte und und Schließen des Informationskreislaufs Systemlösungen in die Nähe dieses Von Marcus Adams Begriffs zu rücken – ein sicheres Zeichen dafür, dass die Digitale Fabrik zwar ein Modewort, aber keine Mode- Erscheinung ist. Die Aktivitäten der Digitalen Fabrik be- fassen sich mit dem Entwurf, der Planung und Produktivitätsermittlung von Ferti- gungseinrichtungen auf Basis virtueller Darstellungen, die von einzelnen Maschi- nen über Fertigungszellen bis hin zu deren Verkettung reicht. Dieser Bereich soll im Vordergrund stehen. Daneben gibt es auch das Themenfeld, in dem neue Produkte mit Simulationsmethoden bis hin zur virtuellen Nachstellung von Montagesituationen ent- Integration von Geometrie, Dyna- worfen werden. mik und Logik in den heutigen Si- mulationsmodellen: Die Maschi- ne und ihre Steuerung für die Stand der Technik in der vorgesehenen logischen und zeit- Anlagensimulation lichen Abläufe bilden derzeit cha- rakteristischerweise zwei Aspekte Einer der Ursprünge der Digitalen Fabrik der geschlossenen Darstellung ist die Simulation von Maschinen, insbeson- von Mechanik und Logik. Bilder: PSI dere der von Robotern, aufgrund deren Fle- xibilität und vergleichsweise hohen Zahl an Freiheitsgraden (Achsen). Die meisten Werk- zeuge bieten die Möglichkeit, Einzelkompo- nenten für sich zu modellieren, zum Ver- Resultat ist ein (nahezu) vollständiges bund (Maschinen, Anlagen) zu kombinieren virtuelles Modell einer Maschine oder An- und diese dreidimensional darzustellen. Die lage, mit dessen Hilfe das Zusammenspiel notwendigen Daten werden in der Regel aus einzelner Komponenten hinsichtlich kon- leistungsfähigen CAD-Werkzeugen bezogen fliktfreier Abläufe dargestellt werden kann. und um die erforderliche Schnittstellenin- „Collision Detection“ beim Zusammenspiel formation ergänzt. von Robotern und Haltevorrichtungen, Er- Hinzu kommt einer der wichtigsten reichbarkeit und sinnvolle Reihenfolge bei Aspekte: Das räumliche, dynamische und Produktions- und Montageabläufen (Schwei- zeitliche Verhalten des Zusammenspiels der ßen, Kleben, Zusammenfügen) sowie das einzelnen Komponenten. Hierzu müssen Aufspüren von Engpässen sind nur einige Massenträgheiten (linear und rotatorisch), der wichtigen Aufgaben der damit ange- Antriebsmomente, mechanische Begren- stellten Betrachtungen. Diese Modelle be- zungen, logische Abläufe und vieles mehr nötigen eine hohe Rechenleistung, weshalb berücksichtigt und integriert werden. heute der Komplexität von Anlagen und der 30 Intelligenter produzieren · 2005/1 Zusammenspiel der Komponenten Verkettung mehrerer Anlagen zu ganzen Fertigungslinien deutliche Grenzen gesetzt sind. Über TCP/IP gekoppeltes Charakteristisch für den Stand der Tech- Modell mit realer SPS ist nik ist die „geschlossene“ Modellierung von bereits exemplarisch ge- Mechanik (Geometrie, Massenträgheit, Dy- zeigt worden. namik) und der Logik (Abläufe, logische Ver- knüpfungen, Beeinflussung durch Bediener). In der Automatisierungsindustrie gebräuch- liche Schnittstellen, die der Kommunikation von Geräten und Steuerungen untereinan- der dienen wie z. B. EN/IEC 61158 und ande- re, sind in den Simulatoren praktisch nicht berücksichtigt. Auch gebräuchliche Program- mierumgebungen für die logischen Abläufe simulierter Anlagen, die beispielsweise auf der Modellierung formuliert werden und in simulierte Anlage Standards wie EN/IEC 61131 basieren, sucht Stufen, je nach Komplexität (Umfang) der man vergebens. Will man künftig operative reale SPS simulierten Anlage, abrufbar sein. IT-Systeme an virtuelle Anlagen anschließen, Die Anforderungen, insbesondere der zum Beispiel zu deren frühzeitiger Evaluie- einstellbare Detaillierungsgrad von Model- rung, so müssen geeignete, am besten auf len, werden in der Regel von heutigen Syste- Standards basierende Schnittstellen zur Ver- men nicht erfüllt. Es ist vielmehr notwendig, fügung gestellt werden. verkettete Anlagen (Fertigungslinien) mit geringem Detaillierungsgrad mit geeigne- Anforderungen an die Simulation ten Werkzeugen in Form abstrahierter Zeit- verketteter Fertigungseinrichtungen modelle und logischer Abläufe separat zu modellieren. Die Simulation vollständiger – oder bes- Auch hier sind heute im Wesentlichen ser umfassender – virtueller Modelle benö- PSImcontrol autarke Modelle vorzufinden. Das bedeutet, tigt eine hohe Rechenleistung. Die virtuelle Das System PSImcontrol es gibt keine Trennung von Anlagendynamik Darstellung verketteter Anlagen oder gar dient zur Überwachung, und Steuerungslogik. Steuerung und Führung von ganzer Fertigungsstraßen auf Basis zusam- Produktionsprozessen in der mengesetzter Einzelmodelle ist mit vertret- Modellteilung und Fertigungsindustrie. Es un- barem Aufwand nicht möglich und so auch terstützt sehr weitgehend Schnittstellenanforderungen nicht sinnvoll, denn: Je größer die betrach- Änderungen und Anpassun- tete Einheit, desto weniger sind Details ein- gen der Datenmodelle, die Eine wesentliche Komponente der Kom- zelner Anlagenteile oder deren Parameter aufgrund von Anlagenum- plexität von Modellen kann herausgenom- bauten oder -erweiterungen interessant. men werden, wenn simulierte Anlagen auf notwendig werden. Das Bei übergeordneter Betrachtung stehen bedeutet, der Systemdesig- ihre ureigenen Parameter hinsichtlich des die folgenden Punkte im Fokus: ner muss sich ausschließlich dynamischen Verhaltens beschränkt und • Korrektes zeitliches Verhalten aller An- um die Eigenschaften und die Logik und andere Abläufe in den später lagenteile deren Beschreibung des verwendeten realen, operativen Systemen hinzuzufügenden Objekts • Richtige Darstellung aller logischen Ab- formuliert werden. kümmern.