Im MCD werden beispielsweise Bewegungen von Robotern simuliert. Mögliche Kollisionen, die in der Simulation deutlich werden, können anschließend vor der Fertigung der Maschine mit vergleichsweise geringem Aufwand beseitigt werden. (Bild: Steck)
Herr Erdrich, ist die Simulation von Maschine und Steuerung nicht etwas für große Unternehmen, die genügend Personalressourcen und Spezialisten vorhalten können?
Gerade bei kleinen Unternehmen sind die Auswirkungen, wenn die Inbetriebnahme scheitert oder sich verzögert, so groß, dass sich der zusätzliche Aufwand lohnt. Einer unserer Kunden hat einmal gesagt: „Sollte sich kurz vor der Auslieferung herausstellen, dass beispielsweise eine Spindel unterdimensioniert ist, es zu Kollisionen kommt oder ein Werkzeug zu klein ist, sind Wiederbeschaffungszeiten von bis zu drei Monaten keine Seltenheit. Das ist höchst unangenehm, da wir zum einen in Lieferverzug geraten und zum anderen bei einer Fertigungszelle eine immense Kapitalbindung erfahren, die schnell die Millionengrenze überschreitet.“
Das kann für kleinere Unternehmen existenzbedrohend werden. Oft ist die Inbetriebnahme erst beim Kunden möglich. Da macht es keinen guten Eindruck, wenn die Inbetriebnahme nicht wie geplant gelingt. Sie dürfen nicht vergessen, dass der Anteil der Software an Maschinen immer stärker zunimmt. Das heißt aber auch, dass immer mehr Funktionen und Abläufe nicht mehr ausschließlich im Mechanik-CAD-System hinterlegt sind und nicht in Kinematik- oder Kollisionsuntersuchungen berücksichtigt werden können.
Ist die Simulation nicht sehr aufwendig?
Es kommt auf die Qualität und Herkunft der vorhandenen CAD-Daten an. Wenn die Anlage zum Beispiel in NX modelliert wurde, kann das Modell direkt in das NX-Modul MCD geladen werden, Daten aus nahezu allen anderen gängigen 3D-CAD-Systemen werden über Standardschnittstellen wie Step in den MCD importiert. Und die Steuerungsprogramme müssen ja sowieso erstellt werden.
„Sie dürfen nicht vergessen, dass der Anteil der Software an Maschinen immer stärker zunimmt.“
Klaus Erdrich, BCT Technology
Natürlich müssen die Gelenke, Bewegungen, Aktoren und Sensoren der Maschine in MCD definiert werden, damit die Software weiß, welche Funktion wo anzusteuern ist. In MCD definiert man das Funktionsmodell der Maschine und verbindet dieses Funktionsmodell mit dem 3D-Modell. Die elektrischen Elemente lassen sich ebenso als neue logische Elemente in das MCD-Modell integrieren, etwa aus einem Eplan-Design. Die Simulation in MCD basiert auf der AMD Bullet Physics Engine, einer Softwarebibliothek, die physikalische Effekte nachbildet und normalerweise in Computerspielen für das realistische Verhalten der Spielewelt sorgt.
Daten aus der Simulation werden einfach in Tabellen exportiert. So können Ingenieure alle Zahlen einfach und schnell überprüfen. Bild: Steck
Und wie kommt die Maschinensteuerung ins Spiel?
MCD wird dazu über eine Schnittstelle namens PLC Connect mit der Simulations- und Emulationsumgebung Simit verbunden, die reale Steuerungen simuliert. Programme können aus dem TIA-Portal in die simulierte Steuerung geladen werden. Die Steuerbefehle und Sensoreninputs werden dann zwischen MCD und Simit ausgetauscht, sodass Simit das 3D-Modell in MCD genauso steuert, wie die echte Steuerung die reale Maschine steuert. Über Profinet oder Profibus lassen sich sogar reale Steuerungen an Simit anschließen, sodass eine echte Hardware-in-the-loop-Simulation möglich ist. Wenn ich an der realen Steuerung einen Knopf drehe, reagiert das virtuelle Modell im MCD.
MCD ermöglicht es, die Steuerungsentwicklung und die Inbetriebnahme vom Ende des Konstruktions- und Montageprozesses zeitlich nach vorn zu ziehen und parallel zu den anderen Prozessen laufen zu lassen. So spart man viel Zeit. Bild: Steck
Gibt es noch weitere Einsatzmöglichkeiten?
Sehr interessant ist auch, die Programmierung von Maschinen von der realen Maschine weg zu einem virtuellen Einrichtungsplatz hin zu verlagern. Mit MCD und Simit ist es möglich, den überwiegenden Teil der Einrichtung an einem virtuellen Maschinenmodell durchzuführen und erst ganz am Schluss an die Maschine zu gehen. So lässt sich die Einrichtungszeit oft von drei Wochen auf einen Tag reduzieren.