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Freitag, 30. Oktober 2020
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Wissenschaft & Technik, Produktions- & Prüftechnik

Smart Factory: Heute simulieren für den KMU-Profit von morgen

Mittwoch, 02. Dezember 2015

Rund drei Jahre haben Forscher an der Simulation intelligenter Produktionsanlagen geforscht. Im Mittelpunkt standen Mittel und Wege, mit denen KMUs ihre Produktions- und Produktentwicklungsprozesse verbessern können.

Von diesem Tankmodell wurden Sensordaten erfasst und für die Simulation aufbereitet. Quelle: Copo-Data

Von diesem Tankmodell wurden Sensordaten erfasst und für die Simulation aufbereitet. Quelle: Copo-Data

Güter werden heute unter immer komplexeren Bedingungen produziert. Schon die Prozessentwicklung für die industrielle Fertigung steht unter zunehmendem Zeit- und Kostendruck.

Mehr Effizienz durch modellbasierende Simulation

Insbesondere große Unternehmen in hochautomatisierten Industrien setzen bereits Programme und Methoden zur Vereinfachung und Verbesserung von industriellen Entwicklungs- und Fertigungsprozessen ein. "Mittels sogenannter ‚Software für die digitale Produktion‘ entwickeln sie immer effizientere Strategien bei der Planung, Inbetriebnahme und Wartung von Produktionsanlagen", erklärt Prof. Dr. Robert Merz, Forscher und Fachbereichsleiter am Studiengang Informationstechnik & System-Management (ITS) der Fachhochschule Salzburg. Ziel des Projekts "SimuProd" war es, mithilfe von modellbasierender Simulation ähnliche Strategien auch KMUs zugänglich zu machen.

Wertvoll bei Umbau oder Erweiterungen

Reinhard Mayr, Product Manager beim Softwarehersteller Copa-Data, beschreibt den praktischen Anwendungsfall: "Die Simulation ist vor allem dann wertvoll, wenn Produktionsbetriebe ihre Anlagen umbauen oder erweitern möchten. Je mehr wir über eine reale Produktivanlage wissen, desto präziser können wir Prozesse an einer neuen Anlage simulieren und testen. Der Anlagenbetreiber kann damit herausfinden, wie neue Komponenten in den laufenden Betrieb eingebettet werden und welche Wechselwirkung verschiedener Anlagen und Systeme zu erwarten sind, ohne in den laufenden Betrieb eingreifen zu müssen."

Im Fokus: Datenintegration und virtuelle Inbetriebnahme

"Die entwickelten Simulationsmethoden sollen die Ressourcen der Unternehmen schonen und gleichzeitig die Produktion verbessern. Auch kleinere Betriebe sollen damit die Chance bekommen, ihre Produktionsanlagen nachhaltig intelligenter zu machen", ergänzt Prof. Dr. Robert Merz. In der Praxis gibt es häufig Kommunikations- bzw. Integrationslücken zwischen den bereits eingesetzten, oft sehr unterschiedlichen Softwarekomponenten. Auch ein gemeinsames Rahmenwerk zur Entscheidungsfindung für die passende Simulationssoftware fehlt in vielen Betrieben. Standardschnittstellen für Datenaufnahme, -analyse, Steuerung, Planung, Visualisierung und Simulation existieren nicht. Bei "SimuProd" standen deshalb die Themen Datenintegration, virtuelle Inbetriebnahme und simulationsgestützte Wartung im Fokus.

Von realen Daten zu variablen Simulationsdaten

Wollen Fertigungsunternehmen wettbewerbsfähig bleiben, müssen sie ihre Produktionsanlagen laufend optimieren. Um Verbesserungspotenziale bereits vor einer wirklichen Änderung der Prozesse testen zu können, sind Simulationen sehr wertvoll. "Zur simulationsgetreuen Abbildung einer komplexen Anlage benötigen wir viele Daten von Sensoren aus dem gesamten Produktionsprozess", erläutert Prof. Dr. Robert Merz. Deshalb musste das Forschungsteam zunächst entsprechende Daten sammeln. Hierbei dienten eine Miniatur-Fertigungsanlage sowie ein ausgeklügeltes Tankmodell als Datenlieferanten im Labor. "Wir haben unsere Simulationsmodelle mit der HMI/SCADA-Software 'zenon' von Copa-Data verbunden und konnten so die Daten aufzeichnen und für unser mathematisches Verfahren vorbereiten", so Prof. Dr. Robert Merz weiter.

ERP-Systeme erleichtern Produktionsplanung

Neben den von zenon gelieferten Daten integrierte das Forscherteam auch noch ERP-Systeme, deren Interaktion mit dem SCADA-System die Produktionsplanung erleichtern könnte. Um die Praxistauglichkeit mit existierenden und im Markt eingesetzten Simulationswerkzeugen zu gewährleisten, wurden entsprechende Programme ebenfalls mit den Daten aus zenon verknüpft. Ein eigens im Forschungsprojekt entwickelter Wizard sowie ein Schulungskonzept sollen bei der Bedienung helfen. Expertenbefragungen und eine Onlineumfrage unter Domänenexperten lieferten zudem wichtige empirische Erkenntnisse über die Wünsche potenzieller Kunden eines solchen Simulationskonzepts.

Unterschiedliche Daten zusammenführen

Bei der Einbindung neuer Komponenten oder kompletter Fertigungslinien in einen bestehenden Produktionsprozess müssen oft unterschiedliche Datenbasen zusammengeführt werden. Diese Daten umfassen zum Beispiel Steuerungs-, Sensor- oder Softwaredaten der neuen sowie alten Komponenten. Den Aufwand dieser Integration scheuen viele KMUs. "Die aus den Simulationen gewonnenen Erkenntnisse können sowohl dabei helfen, bestehende Anlagen zu verbessern, als auch neue Anlagen zielführender und effizienter zu planen", fasst Prof. Dr. Robert Merz zusammen.

Forschungsprojekt mit Bildungsauftrag

Das Projekt SimuProd lieferte nicht nur neue Erkenntnisse zum Einsatz von Simulationsmethoden und -werkzeugen in Produktionsstätten, sondern war auch auf der Bildungsebene erfolgreich. Im Projektzeitraum entstanden ein gemeinsames Strategiepapier, vier wissenschaftliche Publikationen, vier Masterarbeiten, zwei Bachelorarbeiten und ein F&E-Masterprojekt. Außerdem wurde mit "SimuProd" der Grundstein für das Nachfolgeprojekt IMP (Intelligence Maintenance Planning) gelegt.

Potenzial für marktreife Lösungen

Das Projekt intensivierte die bereits seit vielen Jahren bestehende Zusammenarbeit zwischen der Fachhochschule Salzburg und Copo-Data. Beide Seiten stufen das Projekt als wichtigen Schritt für die künftige Digitalisierung von KMUs ein und sehen in den Erkenntnissen großes Potenzial für marktreife Lösungen. "Wir konnten beweisen, dass unsere Software mit markterprobten Simulationswerkzeugen funktioniert. Das kann auch aus einem KMU eine Smart Factory der Zukunft machen", resümiert Reinhard Mayr.

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