Bei einem aktuelle Projekt hat Schott mithilfe digitaler Zwillinge sowohl Engineering und Steuerung als auch Verhaltensmodell, Kinematik und Inbetriebnahme der Maschine simuliert. Diese Simulationen erfolgten bevor der Aufleger von Rohglas im Produktionsprozess von Glaskeramik-Kochflächen real konstruiert wurde.
Hintergrund: Seit über 50 Jahren sind Glaskeramik-Kochflächen von Schott im Markt. Die Kochfelder bestehen aus nachhaltigen Naturrohstoffen und widerstehen sehr hohen Temperaturunterschieden sowie Temperaturschocks. Zudem handelt es sich um ein extrem robustes Glas-Produkt mit hoher chemischer Beständigkeit. Beleg für die hohe Qualität dieser Gläser sind zahlreiche Auszeichnungen, darunter der viermalige Award für Schott Ceran als deutsche „Marke des Jahrhunderts“ .
Um bei solchen Glas-Produkten ein hohes Güteniveau zu gewährleisten sind hierbei sehr viele Stellschrauben im Fertigungsprozess entscheidend: Vom Schmelzen über die Formgebung bis zur Qualitätskontrolle. Denn nur wenn der Prozess durchgängig auf höchstem Niveau funktioniert, können große Stückzahlen bei steigender Komplexität und Artikelvielfalt produziert werden.
Simulation des Engineerings mit einer „Digital Native CNC“
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 Haushaltsgeräte wird.
Als in der kalten Nachverarbeitung eine neue Maschine fürs Auflegen des Rohglases benötigt wurde, haben die Experten von Schott – statt direkt an der Maschine zu entwickeln und zu bauen – erstmals umfassend simuliert.
Denn seit einiger Zeit stellt Schott ausgewählte Maschinen auf eine „Digital Native CNC“ um, besser bekannt als Sinumerik One von Siemens (www.siemens.de).
Die neuartige Steuerung ist ein weiterer Baustein in der digitalen Transformation von Maschinen, da 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 Auflegemaschine 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.
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 Simulation einer S7-1500 oder ET 200SP CPU erzeugt und für die umfassende Simulation von Funktionen verwendet. Genau genommen braucht es nur noch einen Simulationsrechner, denn die Arbeit verlagert sich ins rein Virtuelle.
Schneller in die Fertigung
Ein virtualisiertes CNC-System macht die Arbeit schneller, flexibler und auch besser, da sämtliche Funktionen und Machbarkeiten der Maschine vorab getestet werden können.
Die vollständige virtuelle Abbildung des Entwicklungsprozesses reduziert die Produktentwicklungszeit signifikant und beschleunigt so darüber hinaus die Inbetriebnahme.
Auch die Zusammenarbeit im Team sei um eine Facette reicher, da es durch den digitalen Zwilling des Engineerings eine virtuelle Gesprächsgrundlage gebe, in die alle Gewerke leicht einbezogen werden können, bevor die Maschine dann real gebaut wird. Da Maschinenkonzepte und Funktionen zielgerichtet vorab diskutiert werden können, senkt dies das Risiko für Fehlinvestitionen, ebenso verringert sich die Abhängigkeit von verfügbarer Hardware bzw. freien Testracks.
Kopplung an bewährte Robotersimulations-Software
Doch damit nicht genug der Simulation: Schott hat bei diesem Projekt erstmals die im Unternehmen bereits bewährte Robotersimulations-Software Process Simulate mit der Create MyVirtual Machine / Operate gekoppelt.
Diese Variante bietet sich gerade bei Anlagen mit hohem Roboteranteil an – Auflegevorgänge des Rohglases sind ein gutes Beispiel dafür. Die 3D-Simulationsplattform ProcessSimulate 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, 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, waren die Schott Spezialisten so in der Lage, frühzeitig das Konzept abzusichern und alle Funktionen kennenzulernen.
Als Bindeglied zwischen Create MyVirtual Machine /Operate und Process Simulate nutzte Schott die bewährte Siemens-Software Simit. Damit konnte Create MyVirtual Machine / Operate mit Process Simulate gekoppelt und das Verhaltensmodell weiter ausgebaut werden.
Fazit: Durch den Einsatz digitaler Zwillinge und einer virtuellen CNC-Steuerung konnte Schott die neue Auflegemaschine vollständig simulieren, bevor sie real gebaut wurde. Dadurch verkürzten sich die Entwicklungszeit und die Inbetriebnahme der Maschine deutlich, bei gleichzeitiger Qualitätssicherung.
Foto: Schott AG
