Herr Wallner, Sie waren in der Vergangenheit bei einem Automatisierungsanbieter beschäftigt. Seit einem Jahr versuchen Sie für die Firma Math­Works, den Maschinenbauern die Welt der Simulation näherzubringen. Woher Ihre Motivation, sich auf dieses Thema zu stürzen?

■ Das Thema ist an sich nichts Neues – auch nicht für den Maschinenbau. Modellbasierte Entwicklung – also die Modellbildung von Maschine und Funktionalität, die Simulation des Zusammenspiels und die anschließende automatische Code-Generierung auf eine SPS – ist deshalb so spannend, weil damit einige der größten Herausforderungen im Maschinenbau adressiert werden. Zum einen sehen wir, dass der Anteil der Software – also der Maschinenapplikation – an der Gesamtmaschine stetig steigt. Damit muss aber auch die Qualität der Software sichergestellt werden. Zum anderen höre ich immer wieder, dass ungetestete oder nicht umfangreich getestete Software-Applika­tionen sowie „schnelle Änderungen“ direkt an der Maschine für die meisten Stillstände im Feld und damit Produktionsausfälle verantwortlich sind. Zu guter Letzt habe ich selbst in vielen Fällen miterlebt, wie Inbetriebnahmezeiten explodieren – in Folge von immer ausgeklügelteren und umfangreicheren Abläufen und Software-Reglern, die erst an der physikalischen Maschine – und nicht bereits in der Simulation – getestet und parametriert werden können.

Also noch eine Menge Verbesserungspotenzial?

■ Wir sehen hier nicht nur enormes Verbesserungspotenzial für den europäischen Maschinenbau, sondern sogar die Notwendigkeit, Modellbasierte Entwicklung einzusetzen, um sich durch höhere Produktionsqualität und Maschineneffizienz vom Rest der Welt abzusetzen und gleichzeitig die Entwicklungszeit – und damit auch die Time-to-Market – kurz zu halten.

Welche Resonanz erleben Sie bei Ihren potenziellen Kunden?

■ Wir sehen nach wie vor eine zögerliche Herangehensweise an das Thema. Wobei ich den Maschinenbauern zugute halten muss, dass sich in den acht Jahren, in denen  ich mich mit dem Thema beschäftige, viel verändert hat. Damals habe ich vielfach Fragen gehört wie: „Warum soll ich das simulieren? Ich sehe doch, was passiert, sobald ich die Maschine einschalte.“ Heute stellen vor allem innovative Unternehmen die Frage nach dem „Warum“ nicht mehr. Hier ist es vielmehr die Frage nach dem Wie: „Wie können wir am besten starten? Was wäre ein geeignetes Projekt? Und wie können Sie uns unterstützen?“

Welche Hilfe wird denn generell angenommen?

■ Mit dem Kauf der Software ist es natürlich nicht getan. Wir beraten interessierte Unternehmen erst mal durch unsere lokalen Teams aus Applikationsingenieuren, welche Projekte besonders gut für den Einstieg in die modellbasierte Entwicklung geeignet wären. Darüber hinaus führen wir die Kunden über eine Reihe von Standardtrainings als auch über Kurse, die speziell auf den Kunden zugeschnitten sind, an die Thematik heran. Und letztlich helfen unsere Consulting-Ingenieure dem Kunden beim Aufbau seiner Modelle und des entsprechenden internen Know-hows – wenn er das wünscht.

Unterscheiden sich die Maschinenbauer beim Umgang mit der Simulation von anderen Branchen?

■ Ja und nein. Zum einen haben natürlich auch andere Branchen wie der Automobilbau und die Luftfahrt diesen Schritt nicht über Nacht umgesetzt. Die Einführung Modellbasierter Entwicklung ist eine wichtige Entscheidung, bei der es nicht einfach nur um die Anschaffung neuer Tools geht. Modellbasiert Entwickeln heißt, herkömmliche Entwicklung à la „an der Maschine drauflos programmieren“ hinter sich zu lassen und sich zuerst mit der Strecke – also der Maschine – zu beschäftigen, bevor man an die Entwicklung und den Test der Funktionalität geht. Zum anderen sehe ich schon, dass das Gros der Maschinenbauer Neuerungen zögerlich gegenübersteht und dass es in erster Linie die Innovationsführer in den unterschiedlichen Segmenten sind, die bereits sehr aktiv mit Simulationsmodellen arbeiten.

Philipp Wallner: „Der größte Invest betrifft die Ausbildung der Mitarbeiter.“

© MathWorks

Lässt sich pauschal sagen, ab welcher Firmengröße und welchem Komplexitätsgrad der zu entwickelnden Maschinen sich der Einsatz von Simulations-Tools rentiert?

■ Das lässt sich so einfach nicht sagen. Unter unseren Kunden finden sich sowohl die „Großen“ aus der Branche wie auch zahlreiche innovative Kleinunternehmen. Wir sehen aber, dass einzelne Anwendungen besonders gut für den Einsatz Modellbasierter Entwicklung geeignet sind. So bietet sich vor allem der Verpackungsbereich für die Simulation an.

Warum ist das Thema Modellbasierte Entwicklung gerade für die Verpackungsbranche interessant?

■ Verpackungsmaschinen zeich­nen sich heute schon durch modulare Strukturen und eine große Anzahl von miteinander gekoppelten Achssystemen aus. Zudem haben sie sehr oft einen Komplexitätsgrad erreicht, der es schwierig macht, die gesamte Anlage und das Zusammenspiel zwischen Mechanik, Elektrik und Software erst bei der Inbetriebnahme zu testen. Erhöhte Anforderungen an die Produktionsqualität erfordern darüber hinaus immer bessere Regelungstechnik, die sich nur mit großem Zeitaufwand an der Maschine parametrieren lässt.

Mit welchem Invest muss ein Maschinenbauer für eine Tool-Einführung rechnen?

■ Das hängt stark von der Teamgröße und davon ab, zu welchem Grad man Modellbasierte Entwicklung im ersten Schritt einführen möchte. Im Bereich der Desktopsimulation kann eine Investition im vierstelligen Eurobereich bereits dabei helfen, Maschinenstillstände und Produktionsstillstände zu verhindern, die denselben Betrag innerhalb der ersten Stunde unwiederbringlich „verschlingen“. Es ist allerdings wichtig, im Kopf zu behalten, dass die Anschaffung unserer Tools nur ein Schritt in Richtung Modellbasierter Entwicklung ist. Der größte Schritt ist die Modellbildung selbst und die Investition in entsprechend ausgebildete Mitarbeiter.

Welche Probleme haben die Maschinenbauer bei einer Einführung generell?

■ Wie bereits erwähnt, ist die Einführung von modellbasierter Entwicklung mehr als nur die Anschaffung von Simulations-Software. Die größte Herausforderung ist der Aufbau eines guten Verständnisses der eigenen Maschine sowie die Modellierung der für die Simulation relevanten Teile. An dieser Stelle unterstützen sowohl unsere Tools – etwa durch die automatisierte Erstellung von physikalischen Modellen aus vorhandenen CAD-Zeichnungen – als auch MathWorks selbst durch Mitarbeiter mit langjähriger Modellierungserfahrung.

Wie wollen Sie die Maschinenbauer „knacken“?

■ Ich denke, das ist zu einem guten Teil bereits gelungen. Gerade die Innovationsführer ihrer Branche haben in der Regel bereits mehrere erfolgreiche Projekte umgesetzt. Jetzt ist es wichtig, dass auch die breite Masse an Maschinenbauern den Einstieg in die Modellbasierte Entwicklung schafft.

Der Ablauf eines Simulations-Projektes

Systemsimulation am Beispiel einer Windkraftanlage.

© MathWorks

In einem ersten Schritt gilt es, ein Modell der Strecke zu erstellen. Die Strecke, das kann eine ganze Maschine oder Anlage sein – oder aber auch eine Komponente, die für die Funktionsweise besonders wichtig ist. Die Simulationswerkzeuge bieten dabei unterschiedliche Möglichkeiten der Abstraktion – von der logischen Simulation des Maschinenverhaltens bis hin zur Erstellung physikalischer Streckenmodelle aus bereits vorhandenen CAD-Zeichnungen.

Ist die Strecke erstellt, folgt der Aufbau der Funktionalität im Simulationsmodell – also zum Beispiel der Aufbau eines elektrischen Positionsreglers, eines hydraulischen Kraftreglers oder die Ablauflogik der Maschine. Häufig vorkommende Elemente lassen sich zwecks besserer Wiederverwendbarkeit in Bibliotheken ablegen.

In der so entstandenen Systemsimulation lässt sich das Verhalten im Fehlerfall einfach am Desktop-PC durchspielen und verifizieren, ohne dass aufwendige, kostspielige und zum Teil auch gefährliche Versuche an der realen Anlage durchzuführen sind. Unterschiedliche Testfälle lassen sich dabei mithilfe von Skripts automatisiert durchlaufen und dokumentieren – ohne dass eine Interaktion durch den Entwickler erforderlich ist. Damit lassen sich nicht nur Zeit und Kosten sparen, sondern auch eine durchgängig hohe Qualität der Maschinensoftware sicherstellen.

Sobald die Funktionalität in der Simulation verifiziert ist, wird sie mithilfe von automatischer Code-Generierung in für Industriesteuerungen verständlichen Quellcode (IEC61131-3, C oder C++) übersetzt und auf gängige Steuerungsplattformen übertragen.

Im Betrieb schließlich kann beispielsweise Matlab dazu verwendet werden, Maschinen- und Produktdaten, die während des Betriebs aufgezeichnet werden, zu verarbeiten und auszuwerten.