15.05.2018

Durchgängig integriertes und digitalisiertes, effizientes Engineering

Wie Digitalisierung konkret umsetzen?

Die fortschreitende Digitalisierung stellt Maschinen- und Anlagenbauer vor viele Fragen. Sie sind gefordert, Maschinenvarianten schneller zu realisieren, viele Automatisierungsdaten aktuell und konsistent zu halten und Fehler frühzeitig auszuschließen. Nur wie? Durchgängig integriertes und digitalisiertes Engineering mit TIA Portal bietet dafür konkrete Lösungsangebote.

Autor: Nadja Neunsinger


Der ganzheitliche Digitalisierungsansatz von Siemens integriert die gesamte Wertschöpfungskette eines Produkts und/oder einer Produktion und führt dadurch schneller von der Idee zur Anwendung.
Bild: Siemens AG

Die Digitalisierung hat längst die industrielle Welt erreicht und verändert diese gerade grundlegend. Digitale Technologien wie Cloud-Lösungen verdrängen Altbewährtes und die Art zu entwickeln, zu produzieren, zu verbessern. Um auf Dauer wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Maschinen- und Anlagenbauer wie auch produzierende Unternehmen agiler sein als ihre Mitbewerber. Sie sind gefordert, immer individuellere Kundenwünsche schneller und flexibler, in möglichst höherer Qualität und mit minimiertem, reduziertem Ressourceneinsatz zu erfüllen. Dazu müssen sie technologisch voraus und/oder kosteneffizienter sein. Über alldem steht der Bedarf an IT-Security, der Schutz vor unerlaubtem Zugriff auf die vernetzten Systeme und spezifisches Know-how. Die Möglichkeiten der klassischen Automatisierung sind dabei vielfach ausgeschöpft. Echtes Potenzial liegt in der durchgängigen Integration und Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette - im Idealfall sowohl beim Produkt- und Produktionsdesign als auch im korrespondierenden Maschinenbau. Siemens verfolgt für beide Zielgruppen einen ganzheitlichen Ansatz. Maßgeschneidert für den Maschinenbau deckt dieser alle Schritte der Wertschöpfungskette ab, von der Konzeption über das Engineering und die Inbetriebnahme bis zum Betrieb. Hinzu kommen immer mehr cloudbasierte Services für entscheidungsfördernde Analysen.

Software für einen digitalisierten Workflow

Mit der Digital Enterprise Suite bietet Siemens ein umfassendes Portfolio etablierter, aufeinander abgestimmter Hard- und Software-Lösungen für das digitale Unternehmen. Ein wesentlicher Teil dieser Suite ist Software für das Product Lifecycle Management (PLM) mit Lösungen wie NX und Tecnomatix für komplett virtuelles Produktionsdesign und die Simulation anhand digitaler Zwillinge. Das beschleunigt den Weg zum Produkt und zur hoch performanten Produktion. Darin realisiert wiederum Totally Integrated Automation (TIA) das nahtlose und effiziente Zusammenwirken aller Automatisierungskomponenten: von der Feld- bis zur Unternehmensleitebene, vom Engineering mit TIA Portal bis zum industriellen Service mit vorbeugenden und vorausschauenden Services. Zentrales Element zur Steuerung und Verbesserung der Produktion ist das Manufacturing Operations Management (MOM) mit Simatic IT, das die virtuelle Welt der Produktentstehung mit der realen Welt der Produktion zusammenführt. Horizontal und vertikal verbindende Klammer und Data Backbone für die Software-Lösungen der Suite ist die Kollaborationsplattform Teamcenter, über die auch Zulieferer datentechnisch integriert werden können. Damit sind die Voraussetzungen für einen durchgängig digitalisierten, hoch effizienten Workflow gegeben.

Lösungen für den digitalen Maschinen-/Anlagenbau

Eingebettet in die nach allen Seiten offene Digital Enterprise Suite ergeben sich auch im Bereich Totally Integrated Automation vielfältige neue Möglichkeiten, insbesondere im Digital Engineering. Mit praxisbewährten Lösungsansätzen unterstützt Siemens Maschinen- und Anlagenbauer auf dem Weg in die Digitalisierung und zeigt, wie sie die Herausforderungen der Zukunft meistern können.

Wie Maschinenvarianten schneller zu erstellen sind

Eine fast alltägliche Herausforderung für Hersteller modularer Serienmaschinen mit immer wieder benötigten, identischen Funktionen ist die mangelnde Effizienz beim manuellen Erstellen des SPS-Codes. Lösung von Siemens hierfür ist zum einen das TIA Portal, das dabei unterstützt, Standardprogrammmodule für häufig wiederkehrende Maschinenkomponenten zu erstellen. Z.B. für einen Förderer aus Motor, Sensor und Transportband. Diese Module lassen sich in einer Bibliothek im TIA Portal abspeichern, um sie zentral zu verwalten, zu adaptieren und später beliebig oft zu verwenden. Letzteres lässt sich mit dem öffentlichen Application Programming Interface (API) TIA Portal Openness weitgehend automatisieren. Über das API können Anwender eigene Code-Generatoren oder Automatisierungsprozesse nutzen und die gewünschte Funktionalität z.B. mit Visual Studio erstellen. Über Dynamic Link Libraries (DLLs) ermöglicht TIA Portal Openness den Zugriff auf die Objekte und Funktionen von TIA Portal und die Fernsteuerung durch externe Anwendungen. So können auch beliebige externe Quellen wie XML- oder Excel-Dateien in den Entwicklungsprozess eingebunden und mit den Standardmodulen in der Bibliothek verknüpft werden. Das baut redundante Abläufe ab, vereinfacht das Engineering und führt deutlich schneller zu unterschiedlichen Maschinenvarianten. Außerdem ist der gesamte Prozess praktisch fehlerfrei. Die Option Simatic Visualization Architect, kurz SiVArc, automatisiert die mehrfache Projektierung der Visualisierung gleicher oder ähnlicher Komponenten. Dazu müssen Templates einmalig definiert und entsprechende Verwendungsregeln festgelegt werden.

SiVArc generiert dann automatisch die entsprechende Visualisierung und verknüpft dabei die HMI-Variablen mit den zugehörigen Steuerungsvariablen.

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Automatisierungsdaten aktuell und konsistent

Durchgängige Digitalisierung generiert zwangsläufig größere Datenmengen, die es zu organisieren und zu beherrschen gilt. Für jede Maschinenvariante müssen mechanische Konstruktionsdaten, Elektropläne und Automatisierungsdaten aktuell und konsistent gehalten werden, um jederzeit schnell die richtige Version parat zu haben. Dafür gibt es Teamcenter als Data Backbone und das TIA-Portal-Teamcenter-Gateway, ein Add-on im TIA Portal, über das sich Projekte aus dem TIA Portal direkt ins Teamcenter bringen und so mit Informationen aus dem Product Lifecycle Management verknüpfen lassen. Somit gibt es nur einen zentralen Speicherort, auf den alle Projektbeteiligten zugreifen können. Das vereinfacht die Verwaltung erheblich und stellt sicher, dass für jede Maschinenvariante immer die aktuellste Version des TIA Portal-Projekts mit den dazugehörigen Bibliotheken verwendet wird. Zu maximaler Konsistenz kann zudem ein stringenter Freigabe-Workflow implementiert werden. So ist z.B. denkbar, dass Änderungen an der mechanischen oder der Elektrokonstruktion automatisch den jeweils anderen Projektbeteiligten gemeldet werden, die ihren Teil entsprechend nachziehen, freigeben und erneut abspeichern. Das hält die Datenbasis im Teamcenter jederzeit konsistent und basierend darauf können schnell und einfach verschiedene Varianten generiert werden. Die Integration von PLM und Automatisierung über das Teamcenter erspart zeitaufwendiges Suchen nach der richtigen Version und reduziert die Fehlermöglichkeiten im Engineering weiter. Immer und überall auf die richtigen Projektdaten zugreifen zu können, vereinfacht zudem den Service an Maschinen im weltweiten Einsatz.

Fehler früh im Produktlebenszyklus eliminieren

Je früher im Produktlebenszyklus ein Fehler erkannt wird, umso geringer sind Aufwand und Kosten, diesen zu beseitigen. Die Digitalisierung erschließt auch diesbezüglich neue Lösungen: die Verbesserung von Maschinenfunktionalität mit Simulationswerkzeugen, die bis zur virtuellen Inbetriebnahme ganzer Produktionen führen kann. Zur Simulation von Programmen für Simatic Controller gibt es Simatic S7-PLCSIM Advanced, den digitalen Zwilling einer realen Simatic S7-1500. Der virtuelle Controller ermöglicht Simulationen einschließlich aller Kommunikationsaufgaben, Know-how-geschützter Bausteine, des Safety-Programmteils und der Webserver-Funktionalität der echten CPU. Es unterstützt multiple und verteilte Instanzen zur Simulation mehrerer Controller auf einem PC bzw. im Netzwerk. Eine dokumentierte öffentliche Schnittstelle (API) realisiert darüber hinaus einen einfachen Datenaustausch (I/Os, Merker, DBs, Timer) mit Co-Simulationen wie z.B. NX Mechatronic Concept Designer oder Testsoftware wie Matlab. Damit lassen sich SPS-Programme im Kontext einer Maschine, einer Linie und auch von komplexeren Anlagen intensiv testen, und das alles in sauberer und ruhiger Umgebung im Büro und nicht in der Hektik der heißen Phase einer Inbetriebnahme vor Ort. Fehler in der Simulation führen zu keinen realen Schäden und können frühzeitig eliminiert werden. So startet die reale Inbetriebnahme schon mit einem weit ausgereiften Programm, was die Optimierung vor Ort verkürzt. Die Virtualisierung mit PLCSIM Advanced ermöglicht zudem paralleles Arbeiten zwischen mechanischem und Automatisierungs-Engineering, was die Entwicklung wesentlich beschleunigt und die Time-to-market entsprechend verkürzt. Außerdem kann die Simulation auch zur Bedienerschulung eingesetzt werden, lange bevor die Maschine existiert.

In der Praxis bewährt

Die Digitalisierung wirkt und bringt konkreten Nutzen. Das unterstreichen u.a. Maschinen und Anlagen für die Pharmaindustrie, die durchgängig digitalisiert deutlich schneller von der Idee in die Produktion gebracht werden konnten.

Artikelserie: Lösungsangebot für einen

digitalisierten Workflow

SPS-MAGAZIN 5/2018: Digitalisierung konkret umsetzen mit effizientem Engineering

SPS-MAGAZIN 6/2018: Digitale Lösungsangebote für transparente, effiziente und (cyber-)sichere Produktion

SPS-MAGAZIN 7/2018: Industrielle Kommunikation: Performantes Rückgrat digitalisierter Prozesse

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