3D-Simulation und Virtual-Control-Design

Das parallele Engineering

3D-Simulation und Virtual-Control-Design versprechen neue Einspar-Potenziale bei der Erstellung von Fertigungsanlagen. – Alles noch ferne Vision oder schon reale Praxis?

Die Idee der digitalen Fabrik – also die Anwendung digitaler 3D-Modelle und Methoden zur Visualisierung, Simulation und Kommissionierung industrieller Produktionsanlagen und -prozesse – ist keine Zukunftsmusik mehr. Im Automobilbau werden heute Fertigungszellen detailliert in ihrem geometrischen Aufbau mit Hilfe computer-gestützter Engineering-Werkzeuge geplant und simuliert. Die hohen Softwarekosten dieser Tools treten im Vergleich zu den Einsparungen durch kürzere Planungszyklen, bessere Planungsqualität und höhere Änderungsfreundlichkeit in den Hintergrund. Und dennoch: Solange diese Werkzeuge einerseits nicht den ganzen Engineering-Workflow bis zur Erstellung des Ablaufprogramms in der SPS oder des Roboters durchgängig abdecken und andererseits überwiegend sequenziell (Toolkette) arbeiten, bleiben wichtige Einsparpotenziale ungenutzt.

Der AutomationML-Ansatz: Er umfasst alle Phasen der Fabrikplanung.

Die Fertigungsplanung im Automobilbau hat sich im Laufe der Zeit in eine Reihe einzelner, spezialisierter Phasen untergliedert, in denen moderne aber separate Design-Software-Werkzeuge Einsatz finden. Dabei unterliegen die Daten beim Engineering einer kontinuierlichen Anreicherung und Veränderung, so dass diese unterschiedlichen Werkzeuge häufig mehrfach genutzt werden. Knackpunkt ist allerdings: Der durchgängige Datenaustausch zwischen den Werkzeugen ist heute nicht ausreichend unterstützt; eine durchgängige computer-gestützte Planung von Fertigungszellen oder -linien, in der sowohl der gesamte geometrische Aufbau als auch die Ablauflogik detailliert geplant, simuliert, geprüft und in Betrieb genommen werden könnten, ist technisch noch nicht gelöst. Durchgängigkeit funktioniert nur gezielt innerhalb der Systemlandschaft eines Herstellers und kann oft nur für Teile der Prozesskette realisiert werden. Es existieren derzeit noch keine offenen, standardisierten und akzeptierten Austausch- oder Zwischenformate, die die gesamte Prozesskette schließen könnten.

Ein Muss: Durchgängiges Engineering

Hier setzt das Projekt „AutomationML“ an: Ein herstellerneutrales Datenformat für den durchgehenden Austausch von Engineering-Daten für alle Phasen der Fabrikplanung zu entwickeln – mit dieser Vorgabe haben vor zwei Jahren neun Unternehmen (Automobilhersteller, Steuerungshersteller, Roboterhersteller, Universitäten) ein gemeinsames Projekt gestartet. Ziel ist es, eine gemeinsame XML-basierende Datensprache für 3DGeometriebeschreibungen, Kinematik und Ablauflogik zu erschaffen. AutomationML ist inzwischen als kostenfreier, offener Standard in der Spezifikation V1.0 veröffentlicht und beschreibt einen einheitlichen, bidirektionalen Datenaustausch zwischen Engineering-Tools von der Planung bis zur Inbetriebnahme und dem fortlaufenden Betrieb fertigungstechnischer Anlagen. Die Motivation für die Umsetzung von AutomationML ist, neue Anlagenkonzepte effizienter planen zu können, ohne jedes Mal erheblichen Aufwand in die Austauschbarkeit von Daten investieren zu müssen; bei konsequenter Umsetzung soll so die Entwicklungsarbeit für alle Nutzer dauerhaft wesentlich vereinfacht werden.

Bringt Zeiteinsparung besonders bei Design-Änderungen: Die effiziente Kooperation zwischen den verschiedenen Bereichen.

Für den Erfolg von AutomationML ist eine hohe Akzeptanz ausschlaggebend, daher setzt das Konzept auf Standardisierung und die Integration bereits etablierter XML-Beschreibungsformate: CAEX als flexibles Dachformat, Collada für Geometriebeschreibungen, PLCopen XML für logische Ablaufbeschreibungen. CAEX ist als IEC 62424 und DIN EN 62424 (VDE 0810-24) in Kürze verfügbar. Collada ist ein offener Konsortialstandard der Khronos Group für interaktive 3D-Daten, PLCopen XML ein offener Konsortialstandard zur Nutzung der IEC 61131-3. Der Arbeitskreis DKE/AK 941.0.2 „AutomationML“ hat die Aufgabe, ein solches Datenaustauschformat für den Engineering-Workflow zu definieren und der Normung zuzuführen (DKE Deutsche Kommission im DIN/VDE).

Ein viel versprechendes Ziel, das aber ein gewisses Risiko birgt: Nur wenn diese Umsetzung konsequent erfolgt, wird sich der gewünschte Erfolg einstellen – hier liegt somit auch der springende Punkt dieses Ansatzes.

• Teil 1: Das parallele Engineering
• Teil 2: Der heutige Status
• Teil 3: Die Änderung von Projekten
• Teil 4: Das Automotive-Geschäft