Wie hat sich die Bedeutung der Simulation im Engineering in den vergangenen Jahren entwickelt?
Philipp Gebhardt: Früher war Simulation eher ein spezialisiertes Werkzeug für die nachgelagerte Analyse. Heute ist sie eine zentrale Technologie im gesamten Engineering-Prozess und wird bereits in der Konzeptphase eingesetzt. In der Antriebstechnik sehen wir, dass die Anforderungen im internationalen Maschinenbau immer vielfältiger und kundenspezifischer werden. Häufig wird ein Wettbewerbsvorteil nur über einen hohen Spezialisierungsgrad erreicht. Dadurch wächst auch der Funktionsumfang unserer Antriebe stetig. Modellbasierte Simulationsmethoden helfen dabei, den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und die bestmögliche Option zu identifizieren. Verschiedene Varianten lassen sich im virtuellen Abbild testen. Das spart Zeit und Kosten, weil reale Versuche sicherer und effizienter vorbereitet werden können.
Für welche Anwendungen und Branchen setzt Baumüller Simulation aktuell ein? Wie profitieren die Anwendungen davon?
Simulation kommt in einem breiten Spektrum zum Einsatz, etwa in der Kunststofftechnik, der Metallumformung oder bei Verpackungsmaschinen. In der Antriebsauslegung wird sie vor allem bei komplexen Kinematiken relevant. Standardtools reichen für die exakte Dimensionierung, z.B. von komplexen Kniehebeln, meist nicht aus. Mit unserem Simulationstool ProSimulation können wir das dynamische Verhalten der Maschine abbilden und verschiedene Kraft- und Bewegungsprofile testen. So wird eine passende Auslegung der Antriebstechnik möglich, ohne zuvor eine reale Testmaschine aufbauen zu müssen. Kostspielige Leistungsreserven lassen sich dadurch vermeiden.
Neben der Auslegung ist auch die virtuelle Inbetriebnahme ein wichtiger Effizienzfaktor. In der Simulation lassen sich verschiedene Einstellungen risikofrei und bequem vom Schreibtisch aus testen. Fehler werden früh erkannt und vermieden. Zudem vereinfacht die Simulation die internationale Zusammenarbeit. Wir können etwa an Projekten unserer Kollegen in den USA mitarbeiten. Zeitverschiebungen spielen dabei keine Rolle, weil die Simulation jederzeit laufen kann.
Welche Fortschritte gab es in den letzten Jahren beim Einsatz von Simulation in der Inbetriebnahme elektrischer Antriebssysteme?
Ein wichtiger Schritt war die Entwicklung automatisierter Optimierungsverfahren. Diese vergleichen mögliche Parameterkombinationen objektiv miteinander und reduzieren den manuellen Aufwand. Anstelle einzelner Simulationsläufe wird durch den datenbasierten Vergleich die bestmögliche Parametrierung ermittelt. Die Inbetriebnahme der Antriebe kann dadurch deutlich schneller erfolgen, und es bleibt mehr Zeit für die Optimierung des Maschinenprozesses. So werden nach der Definition variabler Parameter in unserem Simulationstool ProSimulation automatisch mehrere Simulationsläufe durchgeführt und ausgewertet, um eine geeignete Antriebsparametrierung vorzuschlagen. IO-Link hat deutlich mehr zu bieten als die bekannten Vorzüge. Dieser Fachartikel zeigt mit Beispielen aus der Praxis, wie Anwender sämtliche Vorteile der digitalen Schnittstelle nutzen. Das funktioniert ohne grossen Trainingsaufwand: Selbst Einsteiger ohne Vorkenntnisse können dank kostenfreiem Baumer How-to-Tutorial IO-Link Geräte schon nach 80 Minuten in die SPS integrieren. ‣ weiterlesen
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Was unterscheidet eine klassische Simulation von einer automatisierten Optimierung – und warum ist diese Weiterentwicklung von Bedeutung?
Durch die Ergänzung klassischer Simulationsmethoden um automatisierte Optimierung wird die Einstellung der Regler schneller, vergleichbarer und vielfältiger. Bekannte Lösungsansätze werden mit neuen oder unkonventionellen Herangehensweisen verglichen und objektiv bewertet. So lassen sich neben bewährten Strategien auch rasch neue Vorgehensweisen finden, und das auch durch Kollegen, die noch keine langjährige Applikationserfahrung mitbringen. Damit begegnen wir den aktuellen Herausforderungen im Maschinenbau: steigender Spezialisierungsgrad, kürzere Entwicklungszyklen und Fachkräftemangel.
Sehen Sie die Optimierungsfunktion eher als Effizienzwerkzeug oder als Enabler für völlig neue Lösungen?
Beides. In manchen Fällen geht es darum, die Leistungsfähigkeit unserer Antriebe um ein letztes Prozent zu erhöhen. Hängt die Problemstellung von mehreren Parametern ab, gerät man schnell an Grenzen. Dann hilft eine automatische Optimierung. Anhand messbarer Kriterien finden wir schneller die passende Kombination.
Es gibt aber auch anspruchsvolle Anwendungen, etwa hohe Lastträgheiten mit weicher Anbindung. Hier zeigen die Standardeinstellungen der Antriebe oft nicht die gewünschte Wirkung. Dann braucht es einen individuellen Lösungsansatz, mit dem die Maschine dennoch dynamisch betrieben werden kann. Die Optimierung einer Filtereinstellung auf mehrere Zielgrößen kann dabei helfen, den passenden Kompromiss zwischen Stabilität und Ansprechverhalten zu finden.
Wie kann eine KI-Anbindung ein simulationsbasiertes Optimierungstool sinnvoll ergänzen?
Der Optimierer verändert ohne Wissen über die Problemstellung mehrere Parameter nach einem festgelegten Verfahren, simuliert diese und passt die Parameter dann erneut an, um das Ergebnis Schritt für Schritt zu verbessern. Da er das deutlich schneller macht als ein Mensch, ist das bereits ein klarer Mehrwert. Ideal wäre jedoch, wenn er bereits wie ein Experte Wissen über die Problemstellung mitbringt.
Dafür müsste eine KI anhand verschiedener Datensätze trainiert werden. Im Betrieb einer realen Maschine ist das nur eingeschränkt möglich, da der Datensatz nach der Inbetriebnahme üblicherweise nicht mehr verändert wird. Unser Ziel ist es deshalb, den Optimierer langfristig mit Vorwissen aus modellbasierter Simulation unterschiedlicher Anwendungen auszustatten. Dadurch könnte die Optimierung noch schneller, zuverlässiger und qualitativ besser erfolgen.
Vertrauen ist ein zentrales Thema bei KI-gestützten Prozessen. Wie kann man sicherstellen, dass Anwender die Ergebnisse nachvollziehen können?
Ob mit oder ohne KI: Der Anwender muss die Zielgrößen und die Rahmenbedingungen, innerhalb derer der Optimierer arbeiten darf, selbst festlegen. Die Ergebnisse sind ein Verbesserungsvorschlag. Am Ende entscheidet der Anwender selbst, ob er den Vorschlag für sinnvoll hält und in den Datensatz des Antriebs übernehmen möchte. Die Minimal- und Maximalwerte kann er vor der Optimierung selbst definieren. Damit bestimmt er auch, wie viel Spielraum er dem Tool gibt.
Was ist Ihnen persönlich wichtig, wenn Sie an die Zukunft von Engineering-Software denken?
Engineering-Dienstleistungen werden aus unserer Sicht weiter an Bedeutung gewinnen, um die komplexeren und vielfältigeren Anforderungen zu erfüllen. Sowohl unsere Tools als auch unsere Mitarbeitenden müssen in der Lage sein, Sonderlösungen effizient auszulegen und in Betrieb zu nehmen.
