Virtuell planen – real sparen Von der Planung direkt in die SPS oder was durchgängige, virtuelle Anlagenplanung aus Sicht der Anwender bringt

Die 3D-Technik ist überall auf dem Vormarsch. Einer der großen Wegbereiter ist die Unterhaltungsindustrie mit der Herstellung von Filmen – vor allem aber von Spielen. Von diesem Trend profitieren auch moderne 3D-Planungswerkzeuge. Eine neue Softwaregeneration von preiswerten, auf Standardrechnern und Laptops einsetzbaren Lösungen gestaltet deren Einsatz einfach und effizient. Ein Beispiel ist die Software taraVRbuilder von der tarakos GmbH in Magdeburg. Das 3D-Planungswerkzeug setzt dort an, wo komplexe Aufgabenstellungen hinsichtlich Maschinenpositionierung und Transport bewältigt werden müssen. Damit können Planer, die bisher auf 2D-Technik und die eigene Erfahrungen setzen mussten, ganze Materialflusssysteme virtuell nachbilden und überprüfen. Durch die 3D-Visualisierung identifizieren sie Entwurfsschwachstellen bereits vor deren Umsetzung. Unternehmen vermeiden kostspielige Nacharbeiten und testen notwendige Verbesserungsmaßnahmen risikolos in virtueller Realität. Das 3D-Werkzeug beschleunigt und sichert die Planung neuer Hochregallager oder Montagelinien und ermöglicht die Feinjustierung bereits etablierter Anlagen. Doch Systeme wie taraVRbilder können deutlich mehr als das. Sie werden zunehmend zur zentralen Datendrehscheibe im Engineeringprozess. Insbesondere um diesen Aspekt soll es im Folgenden gehen. 3D in durchgängiger Prozesskette Durch Schnittstellen zu den gängigen CAD-Systemen erleichtert taraVRbuilder die bidirektionale Interaktion mit der bestehenden IT-Architektur. Hallen- und Geländepläne lassen sich importieren und können anschließend als Entwurfsgrundlage dienen. Aber auch die Umsetzung von Ideen #auf der grünen Wiese# ist möglich. Statische und animierte Anlagenkomponenten, die aus zahlreichen branchenorientierten Bibliotheken ausgewählt, durch den Anwender parametriert und platziert werden, unterstützen die Arbeit in der 3D-Welt. Eine einfach gestaltete Bedienführung ermöglicht Anwendern ohne 3D-Spezialwissen und Programmierkenntnisse, Produktion und Fabriken effizient und sicher zu planen. Eine integrierte Funktionalität zur Erzeugung wie Export von Stücklisten der verwendeten Objekte fügt das Planungswerkzeug in eine durchgängige Prozesskette ein. 3D-Visualisierungen sind dadurch keine hübsch anzusehende Insellösungen mehr, sondern effizienter Bestandteil im produktiven Planungsworkflow. Von der Animation zur Simulation Für mehr Planungssicherheit lässt sich die virtuelle Anlage in der Software ­off­line animieren. Alle Abläufe und Produktionsprozesse innerhalb der Anlagen werden realitätsnah abgebildet und potenzielle Szenarien, beispielsweise Staus oder Nachschubbedarf, sind schnell identifiziert. Alle entscheidenden Parameter, von Bearbeitungs- und Kommissionierzeiten über Fördergeschwindigkeiten bis hin zu Prozess- und Verteilstrategien, werden angegeben. Anschließend kann mit Hilfe von Durchsatzmessern das Potenzial der virtuellen Anlagen überprüft werden. Durch die steten Weiterentwicklungen reicht die Leistungsfähigkeit der taraVRbuilder-Software immer mehr an High-End-Simulationssysteme heran. Zusätzlich lässt sich die virtuelle Anlage mit ihrer Struktur und Parametern in solche Systeme übergeben. Die Kopplung von Simulationslösung und Planungswerkzeug mit der Kombination der jeweiligen Stärken ermöglicht es dem Anwender, präzise 3D-Simulationsmodelle automatisch zu generieren. Die nun realitätsgetreue Simulation aller Abläufe in Fertigungssystemen und Montagelinien liefert ausführlichere Analysemöglichkeiten und umfassendere Statistiken. Neben den Virtual-Reality-Szenen, in der sich der Anwender wie in einem PC-Spiel per Maus bewegen kann, lassen sich die Ergebnisse zusätzlich als Video, Einzelbilder oder 2D- und 3D-Export präsentieren. Anlagenbetreiber quantifizieren damit logistische Potenziale und evaluieren dynamische Wechselwirkungen. In der Folge verkürzen sich Durchlaufzeiten und die spätere Liefertreue wird verbessert. Virtuelle Inbetriebnahme mit realem Automatisierungssystem Die mit taraVRbuilder erzeugten 3D-Anlagen bilden die Grundlage für deren #virtuelle Inbetriebnahme#, die die tarakos in Kooperation mit der Mewes & Partner GmbH aus Hennigsdorf anbietet. Förder- und Materialflussanlagen, die mit der Software geplant, animiert und offline simuliert wurden, lassen sich mit dem Echtzeit-Simulationssystem WinMod von Mewes & Partner wirklichkeitsgetreu in Bewegung setzen und mit realen Komponenten wie SPS oder Materialflussrechner online steuern. Dieses Zusammenspiel von 3D-Planung und Online-Prozesssimulation ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme – also eine #reale Inbetriebnahme# mit einer virtuellen Anlage. Sie besteht aus einer emulierten Feldbusperipherie, einer Echtzeitsimulation der Antriebe, der Elektroausrüstungen und einer Simulation des Materialflusses mit der dazugehörigen Sensorik. Die Systemplattform WinMod-Simline nutzt die taraVRbuilder-Daten, beispielsweise Typ, Funktion und geometrische Anordnung der logistischen Komponenten, für die automatische Generierung des 3D-Anlagenlayouts. Anhand abgestimmter Bibliotheken und Assistenzfunktionen wird im WinMod-Projekt das Anlagenmodell durch die geometriegenaue Positionierung von Sensoren, Scannern, Quellen und Senken erweitert und vertieft. Die Übernahme der Signallisten, der Buskonfigurationen und Elektroplanungsdaten verläuft nahezu vollständig automatisiert. Mit der Software erstellt der Anwender die virtuelle Anlage und verbindet sie über echtzeitfähige Kommunikationsschnittstellen mit der realen Steuerung. Im Engineeringprozess entsteht auf diese Weise eine durchgängige Datennutzung von der Planung bis zur virtuellen Inbetriebnahme. Verkürzung von Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten Der herkömmliche Ansatz einer Inbetriebnahme sieht vor, erst nach dem kompletten Aufbau und Anschluss der Maschine die Steuerungssoftware schrittweise zu optimieren. Diese Arbeitsschritte führen zu zusätzlichen Unterbrechungen und Verzögerungen vor der Auslieferung und lassen den Kunden warten. Eine virtuelle Inbetriebnahme vermeidet diese programmbedingten Stillstandszeiten. Darüber hinaus reduziert die zunehmend parallel ablaufende Entwicklung von Mechanik und Software den Zeitaufwand für die Bereitstellung der Anlage. Neben den kürzeren Projektlaufzeiten bietet eine virtuelle Inbetriebnahme den Vorteil, dass sich bereits während der Entwicklung die Qualität der Steuerungssoftware und die Funktionalität der Gesamtanlage verbessern lassen. Denn durch das exakte virtuelle Anlagenabbild, welches Verhalten und Prozesse mit einschließt, sind Probleme und Risiken frühzeitig identifiziert. Für komplexe Regelungs- oder Steuerungsaufgaben können die Regelalgorithmen risikofrei erprobt werden. Die Programme arbeiten zuverlässiger, da sich an der virtuellen Anlage kritische und gefährliche Fehler- und Belastungsszenarien beliebig oft simulieren und überprüfen lassen. Mögliche Schäden im Zuge von Inbetriebnahme-Problemen bleiben aus. Entscheidend für die virtuelle Inbetriebnahme ist, dass die virtuelle Anlage ohne jede Softwareänderung mit einer oder mehreren realen Steuerungen verbunden werden kann, was funktionale Tests der Einzelsteuerung und des Steuerungsverbundes ermöglicht. Ebenso können übergeordnete Materialflussrechner im Gesamtverbund getestet und optimiert werden. Die letztendliche reale Inbetriebnahme erfolgt schneller und sicherer. Der Anlagenbetreiber spart Kosten, verbessert die Betriebssicherheit und kann seine Mitarbeiter ohne Ausfallzeiten an dem virtuellen System schulen und trainieren.