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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 Tin-Air-Speed-Stacker 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 Projekt: Die Entwicklung des neuen Tin-Air-Speed-Stackers zum Stapeln von Glasscheiben jeglicher Art. Der innovative 3-Achs-Schnellstapler kann Glasplatten wahlweise auf der Zinnbad- oder der Luftseite aufnehmen und – ­anders als bekannte Lösungen – jeweils gleich schnell vertikal auf einem Glasgestell abstellen. Bis zu 20 Mal pro Minute, das entspricht einer rund 30 Prozent höheren Stapelleistung – und macht die Innovation mit zum derzeit leistungsfähigsten Stapler seiner Klasse auf dem Markt.

Auch bei Digitalisierungsthemen auf einer Wellenlänge: Roland Jenning (l.) 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. Zum Einsatz kommt dabei ein Motion ­Controller Simotion D445 mit Universalbibliothek Handling Advanced, dazu modulare Umrichter Sinamics S120 und Servomotoren Simotics S.

Erstmals digitalen Zwilling generiert

„Auch um mögliche Singularitäten der knickarmroboterähnlichen Kinematik in den Griff zu bekommen, haben wir uns dazu entschieden, erstmals einen digitalen Zwilling zu bauen“, sagt Roland Jenning, Leiter Innovation bei Grenzebach. Sprich, ein virtuelles mechatronisches Abbild des Staplers, 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. Diese wurde in den MCD eingelesen und mit weiteren relevanten Eigenschaften zum grafisch animierbaren Modell erweitert. Daneben entstand schon das erste Motion-Control-Programm für Simotion und die virtuelle Inbetriebnahme konnte frühzeitig vorbereitet werden. Vorteil der digitalisierten Herangehensweise: Bislang nacheinander absolvierte Entwicklungsschritte laufen nun parallel – wertvolle Zeiteinsparungen inklusive.

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.

Das alles geschieht ohne ein einziges reales Bauteil zu fertigen oder mehrmals ändern zu müssen. Am Ende wird so ein weitgehend fehlerfreies Programm auf die erste reale Maschine übertragen. Dies beschleunigt die reale 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. Freilich ist die Nutzung des digitalen Zwillings keine ein­malige Sache: Einmal erstellt, können damit künftige Änderungen oder Abläufe für neue Gestell- bzw. Produkt­varianten bereits vorab virtuell durchgespielt und verifiziert werden. Ohne dadurch die laufende Produktion zu beeinträchtigen.

Picture credits: Siemens AG