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Dr. Ulrich Eberl
Herr Dr. Ulrich Eberl
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Virtuell zum Ziel: Viele erfolgreiche Anwender nutzen bereits PLM-Software ,
etwa das Gerätewerk Amberg oder der Formel-1-Rennstall Red Bull Racing.

Ein Beispiel für den Mechatronics Concept Designer.

Virtuell zum Ziel: Viele erfolgreiche Anwender nutzen bereits PLM-Software ,
etwa das Gerätewerk Amberg oder der Formel-1-Rennstall Red Bull Racing.

Von der virtuellen in die reale Welt

Ob Schaltanlagen, Hochgeschwindigkeitszüge oder Rennwagen: Paralleles, digitales Arbeiten in 3-D und in Echtzeit minimiert Zeitaufwand und Kosten, spart Energie und Ressourcen. Möglich macht dies eine einheitliche Software für das Product Lifecycle Management (PLM) von Siemens.

Image Ein Beispiel für den Mechatronics Concept Designer.
Heute arbeiten rund 6,7 Millionen lizenzierte Anwender mit der PLM-Software – etwa Red Bull Racing.
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Image Virtuell zum Ziel: Viele erfolgreiche Anwender nutzen bereits PLM-Software , etwa das Gerätewerk Amberg oder der Formel-1-Rennstall Red Bull Racing.

Vom Fahrstuhl über die Achterbahn auf dem Münchner Oktoberfest bis zum Automobilwerk: Lösungen aus dem Siemens-Gerätewerk in Amberg sind dort im Einsatz, wo Bewegungen und Abläufe elektrisch erzeugt und gesteuert werden. Rund 2.500 Mitarbeiter stellen in der ostbayerischen Stadt elektromechanische Geräte für die industrielle Fertigungstechnik her. Die Vielfalt der Produkte hat in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen – mit erheblichen Auswirkungen auf die Produktionsabläufe. „Bestellungen müssen schneller abgearbeitet werden, zusätzlich steigt die Zahl der Varianten und damit die Komplexität der Produktionsabläufe rasant“, sagt Peter Biersack, Leiter für Fertigung und Prüfplanung.

Beispielsweise umfasst allein das Standardprogramm der Schaltgerätereihe 40.000 Artikel. Um trotzdem effizient kostenoptimale Produktionskonzepte aufbauen zu können, planen die Ingenieure im Gerätewerk Amberg den Produktionsprozess komplett digital – mithilfe der PLM-Lösung Tecnomatix. Damit lassen sich Prozess- und Layoutplanungen sowie Kapazitätsanalysen bestens aufeinander abgestimmt ausführen. Die Planer können verschiedene Fertigungsvarianten ausarbeiten, bis ins kleinste Detail kalkulieren und anhand von Kenngrößen vergleichen – bereits in der Frühphase der Konzeptplanung. So lassen sich die Entwicklungszeit eines neuen Produktes verkürzen, spätere Änderungen vermeiden und die Abstimmung von Entwicklung und Produktion insgesamt verbessern.

Schneller zur Marktreife. Das Erfolgsgeheimnis ist eine einzige gemeinsame Datenbasis, auf die nicht nur die Planer, sondern auch die Entwickler Zugriff haben. „Um diesen Prozess noch weiter zu verbessern, werden wir in Zukunft alle Daten in die PLM-Lösung Teamcenter integrieren, die den kompletten Produktlebenszyklus digital verwaltet“, erläutert Biersack. Teamcenter ist der Kern der Produktfamilie für das PLM von Siemens, mit dem das Unternehmen eine weltweit führende Marktposition erreicht hat. Die Lösung fasst alle produktbezogenen Informationen zusammen, die während der Lebenszeit des Produktes erzeugt werden – von der Planung über die Entwicklung und Fertigung bis zu Vertrieb, Service und Wartung.

Als Datenquellen dienen dabei Konstruktionsprogramme, Enterprise-Resource-Planning-Systeme zur Unternehmenssteuerung, aber auch Office-Anwendungen, mit denen Handbücher oder Marketing-Unterlagen erstellt werden. Die Datendurchgängigkeit, die Teamcenter schafft, bringt enorme Vorteile: So lässt sich die Zeit bis zur Marktreife eines Produktes deutlich reduzieren, was nicht nur einen Wettbewerbsvorteil bringt, sondern auch Kosten, Energie und Ressourcen spart. Auch lassen sich mit der Software mögliche Produkt-Auswirkungen auf die Umwelt erkennen.

Bei Entwicklung und Bau von Schienenfahrzeugen liegt die Herausforderung sicherlich nicht wie im Amberger Elektronikwerk in der hohen Anzahl der Produktvarianten. Aber auch hier fordern die Kunden immer kürzere Lieferzeiten, während gleichzeitig die Qualitätsanforderungen und die technische Komplexität steigen. Daher müssen auch bei Zügen Entwicklung und Produktion heute weitgehend gleichzeitig ablaufen. „Das hat einen enorm hohen Abstimmungsaufwand zur Folge“, sagt Reinhard Belker, Abteilungsleiter für Engineering am Mobility-Fertigungsstandort in Krefeld.

Auch hier setzt man deshalb auf eine durchgängige virtuelle Produktentwicklung, die den gesamten Lebenszyklus eines Zuges umfasst. Da alle an der Produktentwicklung beteiligten Mitarbeiter – auch standortübergreifend – auf dieselbe, stets aktuelle Datenbasis zugreifen, lassen sie sich noch effektiver als bisher in die Konstruktion einbinden. Zusätzlich setzt man bei der Zusammenarbeit in Krefeld, München, Wien, Prag und Moskau auf Virtual Reality: Damit lassen sich Entwicklungsmodelle in einer vom Rechner erzeugten räumlichen Umgebung maßstabsgetreu betrachten und besprechen. Hier kommt die Software „Teamcenter Visualisation“ von Siemens PLM zum Einsatz, die die dreidimensionalen Daten realitätsnah darstellt.

Ein weltweit einmaliges Entwicklungswerkzeug von Siemens PLM-Software ist der sogenannte Mechatronics Concept Designer, den Experten von Siemens Corporate Technology in Princeton mitentwickelt haben. Damit lassen sich Werkzeugmaschinen einfacher und schneller planen, weil ihre Funktionen schon in frühen Entwicklungsphasen simuliert werden können. Das Besondere ist, dass das Werkzeug die Technologie der Physik-Engine der Spiele-Software NVIDIA nutzt. Diese Technologie wird in Videospielen benutzt, um komplexe physikalische Prozesse nachzuahmen und damit eine realistische Umgebung zu vermitteln, beispielsweise Explosionen, die Staub aufwirbeln oder Charaktere mit komplexer Geometrie und realistischen Gelenken für lebensechte Bewegungen.

Entsprechend lassen sich mit dem Mechatronics Concept Designer Konstruktionskonzepte für Maschinen in einer äußerst realistisch anmutenden Umgebung regelrecht spielerisch entwickeln. Das Programm simuliert das Maschinenverhalten in Echtzeit im 3D-Modell, und wie in einem Computerspiel kann der Entwickler in eine laufende Simulation eingreifen. Einmal erstellte Objekte lassen sich mitsamt ihren mechatronischen Daten – beispielsweise Greifer, Bewegungsabläufe, Sensoren und Motoren – in einer Bibliothek ablegen. Das Verfahren spart bis zu 20 Prozent Entwicklungszeit und erhöht die Qualität der Ergebnisse.

Tool für Weltmeister. Heute arbeiten weltweit rund 6,7 Millionen lizenzierte Anwender der unterschiedlichsten Branchen mit PLM-Software von Siemens – so auch der Formel-1-Rennstall Red Bull Racing. Schließlich müssen in keiner anderen Industrie Produkte so schnell weiterentwickelt, modifiziert und gefertigt werden wie in der berühmten Rennserie. Deswegen setzte Red Bull Racing seit seiner ersten Formel-1-Saison im Jahr 2005 auf Teamcenter sowie auf die Lösung NX, mit der sich äußerst komplexe Produkte interaktiv entwickeln sowie gleichzeitig die Fertigungsprozesse intelligent steuern lassen.

Rund 180 Ingenieure arbeiten bei Red Bull Racing tagtäglich unter Hochdruck daran, die Rennboliden der Piloten Sebastian Vettel und Mark Webber um die entscheidende Kleinigkeit schneller zu machen. „Wir arbeiten mit 15 Hauptbaugruppen und etwa 4.000 Teilen. Das Wichtigste ist, dass unsere Ingenieure und Techniker auf dieselben aktuellen Daten zugreifen und dass die Konstrukteure schnellstmöglich erkennen, wenn Kollegen etwas geändert haben“, erklärt Steve Nevey, der kaufmännische Leiter und technische Entwicklungschef bei Red Bull Racing. Wird beispielsweise die Nase des Rennautos verschoben, passen sich automatisch alle relevanten Variablen an. „So ist es sehr schnell und einfach möglich, verschiedene Designideen auszuprobieren und zu testen, wie die einzelnen Komponenten auf Faktoren wie Hitze oder Vibration reagieren“, sagt Neil Dunsmuir, Marketingleiter bei Siemens PLM Software für Europa, den Mittleren Osten und Afrika.

Um die Rennautos für einen bestimmten Parcours vorzubereiten, gibt es eine spezielle Software für die Rennsimulation: Kommt diese zum Ergebnis, dass das Auto beispielsweise beim Monaco Grand Prix mehr Anpresskraft benötigt, geht diese Information sofort an die NX-Entwickler, die das Design des Frontflügels dann entsprechend anpassen. So können die Ingenieure die Boliden auf die individuellen Gegebenheiten eines jeden Rennkurses zuschneiden. Anschließend reicht ein Mausklick, um neue Teile sofort fräsen und stanzen zu lassen. Dabei müssen keine Daten von Hand eingegeben oder in andere IT-Systeme übertragen werden. Innerhalb weniger Stunden können die Teile gefertigt und am Auto angebracht werden. Bei Red Bull Racing trägt die PLM-Lösung ihren Teil zum Erfolg des Teams bei: In der Saison 2010 hat der britische Rennstall den Weltmeistertitel nicht nur in der Fahrer-, sondern auch in der Konstrukteurswertung gewonnen.

Gitta Rohling