Inbetriebnahme von Anlagen: Der schnelle Weg zur neuen Montagelinie

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Mit dem Prozess der virtuellen Inbetriebnahme einer Fertigungsanlage lässt sich der manuelle Optimierungsaufwand erheblich reduzieren. So konnte Wipro Pari, Anbieter von Automatisierungs- und Robotersystemen, mithilfe einer Simulationslösung die Inbetriebnahme einer Motorenmon­tagelinie innerhalb von drei Monaten abschließen.

Die 1990 gegründete Wipro Pari, früher bekannt als Precision Automation and Robotics India Limited, ist auf die Entwicklung von Automatisierungs- und Robotersystemen spezialisiert. Zu den Kunden des Unternehmens mit Hauptsitz in Pune, Indien, gehören etablierte Automobilhersteller wie Daimler, Mahindra, Ford, FCA, TATA, VinFast, Renault Nissan und die PSA Group. Wipro Pari entwirft, fertigt und installiert komplette, automatisierte Systeme, darunter Multistation-Linien für die Bearbeitung und Montage von Antriebsstrangkomponenten (Inbetriebnahme von Anlagen).

Inbetriebnahme von Anlagen: Simulation und Digitalisierung

Der aktuelle Siegeszug der Digitalisierung ermöglicht es, Produkte schneller und effizienter auf den Markt zu bringen. Für Wipro Pari war der Prozess der virtuellen Inbetriebnahme (Virtual Commissioning, VP) ein Schlüsselelement, um den manuellen Optimierungsaufwand zu reduzieren. Der VC-Prozess nutzt Simulationstechnologie, um einen digitalen Zwilling einer Anlage zu erstellen, mit dem Änderungen getestet werden können, bevor sie physisch umgesetzt werden. In der VC erstellen Hersteller durchgängige virtuelle Verifizierungen, Modellierungen mechanischer und Steuerungssysteme, Risikoanalysen sowie Fehlermöglichkeits- und Fehlereinfluss-Analysen (FMEA). Dies ermöglicht es den Ingenieuren, kostenintensive Nacharbeiten zu vermeiden.

Als ein Automobilhersteller an Wipro Pari herantrat, um eine VC für eine große Bearbeitungslinie durchzuführen, entschied sich das Unternehmen für Process Simulate aus dem Tecnomatix-Portfolio. Process Simulate ist Bestandteil des Siemens-Xcelerator-Portfolios, das aus Software und Services von Siemens Digital Industries Software besteht. Mehrere Probleme bestanden bei dem Automobilhersteller, darunter ein verlängerter Fertigungsprozess aufgrund von Nacharbeiten, verzögerten Design-Validierungen und unerwarteten Softwarefehlern.

Prozessverifizierung in einer 3D-Umgebung

Der Einsatz von Process Simulate zur Erstellung eines umfassenden digitalen Zwillings für die virtuelle Inbetriebnahme erwies sich als die ideale Lösung. Die Fertigungslösung unterstützt die Prozessverifizierung in einer 3D-Umgebung. „Durch den Einsatz von Process Simulate zur Erstellung eines digitalen Zwillings können wir die Maschine von morgen validieren“, sagt Latheesh C. Krishnan, Corporate Head of Design Validation and Virtual Commissioning bei Wipro Pari.

Eine anfängliche Herausforderung bei diesem Projekt war der Umgang mit der beträchtlichen Größe des Fertigungsprozesses des OEMs. Die Bearbeitungslinie bestand aus vier Robotern und zehn Bearbeitungszentren. Hierzu gehören Maschinen zum Waschen, Entgraten, zur Dichtheitsprüfung und Sichtprüfung sowie über 100 Förderer, Schlitten, Positionierer, Heber und Teilevarianten. Die Komplexität der Anlage wurde zusätzlich durch die Möglichkeit erhöht, 17 Varianten in gemischten Chargen zu bearbeiten.

Inbetriebnahme von Anlagen via Hardware-in-the-Loop-Konfiguration

Um ein solch großes VC-Projekts stemmen zu können, teilte das Unternehmen die Montagelinie in vier Zonen auf, die jeweils in einem anderen Modus in Process Simulate und der SIMIT-Software von Siemens liefen. Wipro Pari verwendete eine Hardware-in-the-Loop-Konfiguration (HiL) für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), um verschiedene Arten von Sicherheitsverriegelungen zu testen. Außerdem führten sie eine Offline-Programmierung (OLP) für Roboter durch und passten die Extensible Markup Language an, um die Funktionalität der OLP entsprechend ihrer Anforderungen zu erweitern. Dann simulierten sie die Radiofrequenz-Identifikation (RFID) sowie Schnittstellen zu Bildverarbeitungssystemen, wie Scannern und Sicherheitslogik.

Wipro Pari erhielt in den kritischen Phasen des Projekts umfangreiche technische Unterstützung durch Ingenieure von Siemens. Der über die GTAC-Site von Siemens entwickelte Reporting-Mechanismus ermöglichte es Wipro Pari, seine technischen Herausforderungen zu bewältigen. Das Entwicklungsteam von Siemens in Israel reagierte schnell. Zudem wurden die Ergebnisse in weiteren Versionen von Process Simulate sichtbar.

Virtuelle Inbetriebnahme reduziert Nacharbeit und Lieferzeiten

Durch die Integration von VC mit HiL konnte Wipro Pari die Nacharbeit um 40 bis 50 Prozent und die Lieferzeit um fünf bis zehn Prozent reduzieren. „Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es uns, die Leistung der Anlagen für alle komplexen Anwendungsfälle und Fehlermodi in einem frühen Stadium des Projektlebenszyklus zu validieren und zu optimieren“, erläutert Dr. Ranjit Date, Chief Executive Officer von Wipro Pari.

Parallel dazu konnte Wipro Pari ein weiteres VC-Projekt für eine Produktionsvolumen-Erhöhung in einer Brownfield-Motorenmontagelinie innerhalb von drei Monaten abschließen – vom Entwurf bis zur Inbetriebnahme in der Werkstatt. Unter normalen Bedingungen hätte diese Aufgabe sechs bis acht Monate gedauert. Neben der Verbesserung der Prozesssicherheit und der frühzeitigen Lösung von Konstruktions- und Prozessproblemen konnte die Zeit der Inbetriebnahme vor Ort um 70 Prozent reduziert werden. „Mit der Lösung von Siemens konnten wir die Leistungssteigerung deutlich optimieren und die Risiken mindern“, berichtet Date. Außerdem wurde die Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Fertigung verbessert, indem die Barrieren zwischen Maschinenbau-, Elektro- und Steuerungsingenieuren beseitigt wurden.

Nachdem diese Projekte abgeschlossen waren, war das Team von Process Simulate und den sich daraus ergebenden Wachstumsmöglichkeiten überzeugt und beschloss, eine eigene VC-Abteilung aufzubauen. „Jetzt können wir unsere Kunden mit fehlerfreien SPS-, CNC- und Roboterprogrammen und Prozessoptimierung unterstützen, ohne Prototypen bauen zu müssen, die Produktion zu blockieren oder mit Erweiterungen zu experimentieren“, erklärt Krishnan.

Ausbau der Angebote für virtuelle Inbetriebnahme von Anlagen

Das Team ist nun in der Lage, die gesamte Architektur einer Fertigungslinie – auf der mechanischen ebenso wie auf der Automatisierungsseite – zu simulieren, unabhängig davon, ob es sich um eine SPS- oder CNC-basierte Steuerung handelt. Wipro Pari wurde inzwischen von mehreren Kunden gebeten, ähnliche VC-Lösungen zu entwickeln. So plant das Unternehmen die Ausweitung von VC auf Anlagenebene und die Unterstützung von Industrie 4.0 mit intelligenten Fabrikentwicklungen unter Verwendung des digitalen Zwillings. Softwaretests sollen ausschließlich unter Verwendung des digitalen Zwillings durchgeführt werden und die virtuelle Inbetriebnahme als Dienstleistung für die Fertigungsindustrie angeboten werden.

Der Autor Ralf Steck ist freier Fachjournalist in Friedrichshafen.

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