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Digitalisierung in der Glasindustrie

Am digitalen Zwilling gereift

Industrie 4.0, Digitalisierung und Big Data sind für Grenzebach alles andere als Neuland. Nun stellt das Hightech-Unternehmen für Maschinen- und Anlagenbau seinen ersten virtuell optimierten Hochgeschwindigkeits-stapler vor.

Seit vielen Jahren simulieren die Automatisierungs-Experten von Grenzebach unter anderem den Materialfluss komplexer Anlagen zur Herstellung und Bearbeitung von Flachglas. Das Unternehmen setzt dazu auf die 3D-Software Plant Simulation von Siemens, seinem bevorzugten Ausrüster für Steuerungs- und Antriebstechnik. Mit dem Grenzebach Application Server bietet das Unternehmen zudem eine Plattform zur datenbasierten Optimierung seiner Systeme. Grenzebach und Siemens liegen bei vielen Themen der Digitalisierung auf gleicher Wellenlänge und setzen ihre Kompetenzen immer wieder synergetisch ein, um innovative Lösungen hervorzubringen.

Innovativ und leistungsfähig

Das jüngste gemeinsame Projekt war die Entwicklung des neuen TASS-Hochgeschwindigkeitsstaplers. TASS steht für Tin-Air-Speed-Stacker. Seine Fähigkeit, Scheiben sehr rasch sowohl von der Oberseite (Airside) als auch von der Unterseite (Tinside) aufzunehmen, prägt den Namen des innovativen 3-Achs-Schnellstaplers für Glasscheiben jeglicher Art: Bis zu 20 Mal pro Minute kann er Glasplatten auf einem Glasgestell abstellen. Dies entspricht einer rund 30 Prozent höheren Stapelleistung und macht ihn zu einem der derzeit leistungsfähigsten Stapler seiner Klasse.

Sind sich bei Digitalisierungsthemen einig: Roland Jenning (l.), Leiter Innovation bei Grenzebach, und Werner Ohnesorg, Vertriebsingenieur bei Siemens

Schon bei diesem ersten ­Projekt hat sich gezeigt, dass der digitale Zwilling neben Kosten auch Entwicklungszeit einsparen hilft und Risiken minimiert.
Roland Jenning, Leiter Innovation bei Grenzebach

  

Siemens war von Anfang an in das Entwicklungsprojekt eingebunden und hat die Ingenieure von Grenzebach bei Konzeptfindung und Auswahl der geeigneten Steuerungs- und Antriebstechnik unterstützt. Eingesetzt werden ein Motion ­Controller Simotion D445 mit Universalbibliothek Handling Advanced, modulare Umrichter des Typs Sinamics S120 und Servomotoren des Typs Simotics S.

Erstmals digitalen Zwilling generiert

„Unter anderem um mögliche Singularitäten der knickarmroboter-ähnlichen Kinematik in den Griff zu bekommen, haben wir uns dazu entschieden, erstmals einen digitalen Zwilling zu bauen“, sagt Roland Jenning, Leiter Innovation bei Grenzebach. Und so wurde ein virtuelles mechatronisches Abbild des Staplers entwickelt, das sich am PC bis ins Detail simulieren und optimieren lässt. Spezialisten von Siemens haben dazu ein mathematisches Modell für Simotion beigesteuert.

Der digitale Zwilling wurde mit der Software NX ­Mechatronics Concept Designer (MCD) von Siemens erstellt, basierend auf der mechanischen 3D-Konstruktion von Grenzebach. Dieses digitale Abbild wurde in den MCD eingelesen und mit weiteren relevanten Eigenschaften zum grafisch animierbaren Modell erweitert. Parallel dazu entstand das erste Motion-Control-Programm für Simotion und die virtuelle Inbetriebnahme konnte frühzeitig vorbereitet werden. Vorteil der digitalen Herangehensweise: Bislang nacheinander absolvierte Entwicklungsschritte laufen nun parallel, was wertvolle Zeit spart.

Schneller auf den Markt

Die realitätsnahe Simulation der programmierten Bewegungsabläufe am digitalen Zwilling funktioniert dabei nach dem Proinzip „Hardware in the Loop“: Dabei wird die vorgesehene Simotion-CPU über eine Simit Simulation-Einheit mit dem kinematischen Modell im MCD verbunden und parametriert Aktionen, Reaktionen oder Signallaufzeiten in einem Verhaltensmodell. Damit kann das Zusammenspiel aller über Profinet an die Simotion-CPU angebundenen Teilnehmer emuliert werden. Über das Engineeringsystem Simotion Scout lässt sich das Programm dann wie üblich austesten, wobei der MCD die resultierenden Verfahrbewegungen grafisch animiert und Simit Fehler signalisiert. Schwachstellen werden so plastisch sichtbar und die Abläufe können sukzessive optimiert werden.

Bei der realitätsnahen Simulation muss kein einziges Bauteil gefertigt und mehrfach geändert werden. Am Ende wird so ein weitgehend fehlerfreies Programm auf die erste reale Maschine übertragen. Dies beschleunigt die tatsächliche Inbetriebnahme und verkürzt die Markteinführungszeit.

„Schon bei diesem ersten Projekt hat sich gezeigt, dass der digitale Zwilling neben Kosten auch Entwicklungszeit einsparen hilft und Risiken minimiert“, bestätigt Jenning. Doch die Nutzung des digitalen Zwillings keinesfalls eine ein­malige Sache: Einmal erstellt, können damit künftige Änderungen oder Abläufe für neue Gestell- oder Produkt­varianten bereits vorab virtuell durchgespielt und verifiziert werden – ohne dadurch die laufende Produktion zu beeinträchtigen.

Picture credits: Siemens AG