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Samstag, 20. Januar 2018

EMO 2013

Virtuelle Maschine stärkt Produktionsalltag

Von Dietmar Kippels | 20. September 2013 | Ausgabe 38

Je komplexer ein Bearbeitungsprozess ist, desto wichtiger wird es, diese im Vorfeld zu simulieren. Das ist eine Botschaft von der Metallbearbeitungsmesse EMO. Die virtuelle Maschine, die ihrem realen Vorbild bis ins Detail entspricht, ist im Kern des Werkzeugmaschinenbaus angekommen

Virtuelle Maschine stärkt Produktionsalltag

Fast perfekt: Virtuelle Maschinen lehnen sich immer enger an ihre mechanischen Vorbilder an. Den Maschinenbetreibern, aber auch den Herstellern sparen sie Zeit und Geld: von der Entwicklung über die Inbetriebnahme und die Produktion bis zur Instandhaltung. Foto: Tebis

Die virtuelle Maschine muss letztlich unvollendet bleiben. Immer kann sie nur das Abbild einer Maschine sein. Dem Ideal der perfekten virtuellen Maschine immerhin möglichst nahe zu kommen, das wird in Zukunft eine der großen Herausforderungen in der Fertigungsindustrie sein. Nur mit originalgetreuen Nachbildungen der Maschine – und all ihren vielfältigen Beziehungen zum Produktionsumfeld – lassen sich die komplexen Herstellungsprozesse realisieren, die öffentlichkeitswirksam unter dem Begriff "Industrie 4.0" firmieren.

Die Messe EMO 2013

In der Praxis wartet auf die Maschinenbauer noch Arbeit, das zeigt das Beispiel der Werkzeugmaschinenhersteller auf deren Leitmesse EMO, die noch bis zum 21. September in Hannover stattfindet. Es hapert bislang an Software-Schnittstellen. Die einzelnen Softwaresysteme – von der Entwicklung bis zur Maschinensteuerung – mögen einzeln schon sehr exakt die Maschine erfassen. Nur müssen die Simulationsdaten auch von Software zu Software über die "richtigen" Schnittstellen weitergegeben werden. "Noch steht die Vielfalt der Systeme der Durchgängigkeit im Weg" sagte Heiner Lang, Chief Operating Officer beim Göppinger Werkzeugmaschinenhersteller MAG.

Die Idee hinter der virtuellen Maschine besteht laut Lang darin, reale Fertigungsprozesse im Vorhinein zu analysieren und zu optimieren. Das allerdings falle bislang schwer. "Bis heute müssen viele Daten für die Entwicklung von Anlagen händisch durch den virtuellen Raum ,getragen' werden, die einheitliche Sprache fehlt", stellte Lang klar. Deshalb sei es üblich, nur eine kleine Anzahl von Varianten zu simulieren.

Der Aufwand, der nötig ist, um auch nur einen Bruchteil der Simulationsdaten händisch einzugeben, ist enorm. Die Anzahl der Daten, die es bereits bei einem vierachsigen Bearbeitungszentrum unbedingt zu beherrschen gilt, beziffert Bernd Zapf, der beim Werkzeugmaschinenbauer Heller in Nürtingen den Bereich Neue Technologien verantwortet, mit rund 40 000.

Allerdings lassen die Vorteile der Virtualisierung selbst enormen Aufwand vertretbar erscheinen. Angefangen beim Maschinenhersteller. "Die virtuelle Maschine spart uns Hardware: bei der Schulung unserer Kunden und teilweise auch Servicetechniker, aber auch bei der Simulation unserer Maschinensteuerungen", sagte Zapf in Hannover. Die Systemsoftware der Maschinensteuerungen könne getestet werden, bevor der Prototyp einer neuen Maschine in Betrieb genommen wird.

Bei Wartungs- und Reparaturarbeiten helfe die virtuelle Maschine dem Servicetechniker, ein Verständnis ihres realen Vorbildes zu entwickeln. Schon lange lernen Piloten im Flugsimulator, worauf es später im Cockpit ankommt. Von der Virtualisierung profitiert aber auch der Maschinenbetreiber. Nach übereinstimmenden Einschätzungen aus der Branche spart die virtuelle Maschine bei der Inbetriebnahme bis zu 80 % der Zeit. "Die 5-Achs-Maschinen sind derart komplex geworden", ergänzt Zapf, "dass der Betreiber Visualisierungstools zum Einrichten und Optimieren nötig hat."

Laut Peter Pruschek, der die Produktentwicklung bei DMG Electronics leitet, liegen die beiden entscheidenden Vorteile der hauseigenen Variante "DMG Virtual Machine" darin, dass ein Kunde für jede Maschine sehr präzise die Bearbeitungsdauer vorhersagen kann. Zudem lasse sich bereits im virtuellen Raum exakt prüfen, ob im realen Prozess Kollisionen auftreten.

Bei DMG Mori Seiki gehen die Entwickler davon aus, dass in Zukunft immer häufiger virtuelle Methoden über den realen Fertigungsprozess entscheiden, insbesondere dann, wenn nicht von vornherein fest steht, auf welcher Maschine ein bestimmtes Werkstück ressourcen-optimal bearbeitet werden soll. Diese Voroptimierung über die gesamte Fabrik ist Gegenstand des Forschungsprojekts Invorma, das DMG Mori Seiki leitet. Ziel sei es, den einzelnen Werkstücken automatisch die jeweils am besten passenden Maschinen zuzuweisen, etwa anhand der Kriterien Arbeitsraumgröße, unterstützte Technologien oder Leistungsgrenzen. Dieser Prozess findet dann vollständig im virtuellen Raum statt, wobei die Belegung der realen Produktionsmittel vor der Fertigung im Detail simuliert und geprüft würde.

Während die virtuelle Maschine an Bedeutung gewinnt, verändert sich auch die Rolle des Bedieners. Für Eberhard Abele, den Leiter des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen an der TU Darmstadt, wird in Zukunft hier mehr Wissen nötig sein. "Für den Bediener ist die Simulation viel leichter geworden, selbst bei komplexen Maschinen kann er präzise die Zeitabläufe und die geometrischen Restriktionen simulieren. Er muss sich allerdings auch immer souveräner im virtuellen Raum bewegen können." IESTYN HARTBRICH/KIP

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