Mit 3D-Simulation Fertigungsprozesse realitätsgetreu abbilden

Pia Automation liefert Sondermaschinen und Automatisierungstechnik von zehn Standorten auf drei Kontinenten aus. Das Leistungsspektrum reicht vom manuellen Montagearbeitsplatz über vollautomatische Fertigungslinien bis hin zu Industrie 4.0-Lösungen. Am österreichischen Standort stellen rund 400 Mitarbeiter Produktionssysteme für Antriebsstrangkomponenten her. Pia Automation Austria agiert zudem als globales Kompetenzzentrum für Powertrain, Industrie 4.0 sowie 3D-Simulation, Virtual (VR) und Augmented Reality (AR).

Der Weg vom 2D- zum 3D-Layout

An diesem Standort bildete sich auch die Anforderung heraus, den Wissensaustausch zwischen Sales, Operation und Kunden zu optimieren. Lange Zeit wurde in diesen Bereichen mit 2D-Layouts gearbeitet, die jedoch oft zu viel Interpretationsspielraum ließen. Der Einsatz von 3D-Layouts sollte nun die Transparenz, Effizienz und Sicherheit von Konzepten in Bereichen wie Transfer, Simulationen und Robotererreichbarkeit erhöhen, um die Zukunftsfähigkeit sicherzustellen.

Nach einer eingehenden Sondierung der Lösungen am Markt fiel die Entscheidung die 3D-Simulationslösung Visual Components. Ausschlaggebend waren sowohl technologische Vorteile als auch der Service von des Systemhauses Dualis, das die Lösung vertreibt. Dieser IT-Anbieter ist auf die Entwicklung von Software und Dienstleistungen zur Planung und Optimierung von Produktion und Fabriken spezialisiert und vertreibt Visual Components nicht nur, sondern entwickelt auch Add-ons und Dienstleistungen rund um die 3D-Simulationsplattform.

Visual Components wurde 2015 in einem kleinen internen Rahmen vorgestellt und Mitte 2016 für erste Schulungen eingesetzt. Heute dient die 3D-Simulationsplattform als Werkzeug in den Bereichen Konstruktion, Robotics, PLC und Sales. Dies führt zu schnellen, wirtschaftlichen und planungssicheren Prozessen – von der Simulation von Abläufen bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen. Die Lösung ermöglicht es, Fabrikprozesse realitätsgetreu abzubilden und unterstützt die simulationsbasierte Planung von Anlagen und Maschinen sowie von verketteten Fertigungsabläufen.

3D-Simulation ohne Programmierkenntnisse

Die 3D-Plattform überzeugte in mehreren zentralen Kriterien sowie auf Grund der positiven Erfahrungen mit der ersten Demo-Lizenz. Die Möglichkeit, eine Simulation (Materialfluss) ohne jegliche Programmierkenntnisse zu generieren, war eine der entscheidenden Schlüsselfunktionen.

Nikolaus Szlavik, Geschäftsführer von Pia Automation Austria, erklärt: „Unsere Wahl fiel auf Visual Components, weil die Lösung flexibel einsetzbar ist und eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie eine große Bibliothek bietet. Überzeugt haben uns zudem die offenen Gestaltungsmöglichkeiten durch eigene Add-ons sowie die permanente Weiterentwicklung, die sich in regelmäßigen Updates zeigt.“

Thomas Kaufmann, Simulation Engineer bei Pia Automation Austria, erklärt: „Die Implementierung erfolgte im laufenden Betrieb, also während unseres Projektgeschäftes. Dafür mussten die technischen Voraussetzungen geschaffen werden. Wir mussten Ressourcen freigegeben und die Standardbibliothek an unsere Bedürfnisse anpassen.“

Es galt zudem, passende Standardmodule zu entwickeln und es gab einiges neues zu lernen, wie Kaufmann erläutert: „Es gab von unserer Seite Anregungen und Änderungswünsche. Die ‚Crossing Conveyor Lift Function‘ war zum Beispiel eine Idee von uns, die zusätzlich ins System integriert wurde, um auch zukünftigen Anforderungen gerecht werden zu können. Der Implementierungsprozess brauchte somit zwar seine Zeit, lief aber reibungslos.“

In der Praxis Vorteile für Engineering und Sales

In der Praxis zeigte sich schnell die hohe Flexibilität der Lösung für Engineering, Sales und Marketing: Visual Components bietet eine einfache Integration von VR und erweist sich als sinnvoller Mix aus Features für diese verschiedenen Bereiche. Etwa lassen sich Videos und Bilder damit für Sales und Marketing aufbereiten und die technische Seite mit einer 3D-Simulation und Virtueller Inbetriebnahmen unterstützen. Beispielsweise konnten 3D-Layouts für den Vertrieb umgehend ohne große Vorkenntnis erstellt werden. Auch dass die Lösung mit großen Datenmengen umgehen kann und gute Import-/Export-Möglichkeiten bereitstellt bewertet Pia Automation positiv.

Kaufmann kommentiert: „Die Lösung wird von unseren Anwendern im Haus als innovativ und sinnvoll empfunden. Auch wenn das Erstellen der 3D-Layouts und -Simulationen im ersten Moment recht arbeitsintensiv anmutet, gestaltet sich der Prozess in der Folge doch intuitiv und einfach. Bei Problemstellungen steht zudem der Kundenservice von Dualis mit adäquaten Lösungsvorschlägen jederzeit zur Verfügung.“

Dabei sieht sich Pia mit der Lösung auch für die Zukunft und die zunehmende Digitalisierung im Bereich Sondermaschinenbau und Automatisierungstechnik gerüstet. Vermehrt rückt Virtual Reality in den Fokus, Nikolaus Szlavik dazu: „Über VR-Headsets können wir jedem Kunden an jedem Ort der Welt seine neue Anlage realistisch visualisieren. Zu diesem Zweck haben wir an unserem Standort in Grambach eine Gruppe formiert, die entsprechende Anwendungen optimiert und Applikationen entwickelt, um den Kundennutzen zu steigern.“

Virtual Reality bei der Ergonomieprüfung

Die Vorteile von 3D-Simulation in Kombination mit Virtual Reality anhand eines Praxis-Beispiels: Neben dem Anspruch an einwandfreie Funktion und Einhaltung aller Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen, müssen Maschinen und Anlagen so konstruiert sein, dass sie möglichst ermüdungs- und belastungsfrei bedienbar sind. Durch optimierte Ergonomie tragen Maschinenbauer dazu bei, Unfallzahlen zu senken und arbeitsbedingte Gesundheitsbelastungen der Bediener zu vermindern.

Um die Qualität der Ergonomie einer Anlage zu prüfen und zu bewerten, gehen viele OEM den Weg, dass rund 10 Kunden-Mitarbeiter im Rahmen eines „Station Development Workshops“ Kartonagen vor Ort aufbauen. Diese werden dann vom Anlagenbauer ausgemessen und Stationsmodelle zur Begutachtung erstellt. Dieser Prozess dauert in der Regel drei bis vier Wochen und bindet viele Personalressourcen.

Thomas Kauffmann bringt die Vorteile eines virtuellen Vorgehens auf den Punkt: „Erfolgt die Überprüfung der Ergonomie direkt am 3D-Modell und mit Verwendung der VR-Brille, sind wir und unsere Kunden deutlich schneller, effektiver, effizienter und agiler. Neben der Ergonomie können auch Bereiche wie die Logistik, Bestückung von Stationen sowie Gehwege digital betrachtet werden. Mit Hilfe von VR sieht und erlebt der Kunde genau das, was er letztendlich von uns bekommt“. Ein weiterer Mehrwert für den Kunden ist dabei die Off-/Online-Schulung des Bedieners: Eine Werkerschulung ist mit Einsatz von Virtual Reality bereits sehr früh möglich – und das ohne Anlagenstillstand.

Der Simulationsprozess erstreckt sich demnach auf nur wenige Tage und der hohe Detaillierungsgrad des 3D-Modells ermöglicht das Hineinzoomen zwecks besserer Sichtbarkeit einzelner Komponenten. Etwaige Änderungen können schnell, einfach und frühzeitig umgesetzt werden.

3D-Simulation: Ein Blick in die Zukunft

Pia Automation versteht sich nicht nur als Anlagenbauer, sondern auch als Wegbegleiter seiner Kunden beim Eintritt ins Digitale Zeitalter. In Zukunft sind zahlreiche Erweiterungen geplant. So werden etwa die Integration von RCS-Modulen sowie die Bereitstellung einer Integrationsschnittstelle für Augmented Reality angestrebt. In der Planung befinden sich auch ein haptisches Feedback via Hand-Tracking – also die Bedienung ohne Controller – oder das Zurücklegen „realer“ Distanzen in der Simulation. 

Die Autorin Ulrike Peter ist freie Journalistin in Düsseldorf.

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