Effizientere Prozesse und eine kürzere Time-to-Market sind wesentliche Faktoren für den Maschinenbau, um sich im weltweit härter werdenden Wettbewerb zu behaupten. Die Anforderungen der Kunden stehen dem entgegen: Flexiblere Maschinen, die effizienter und leistungsfähiger sind, machen den Entwicklungsprozess aufwändiger und fehleranfälliger. Mit Hilfe digitaler Tools gelingt es schon heute, den Zeit- und Ressourceneinsatz im Engineering zu begrenzen. Doch sie versprechen noch mehr: In Zukunft können sie über den gesamten Lifecycle dazu beitragen, Abläufe zu vereinfachen, Kosten zu senken und damit das Dilemma des Maschinenbaus zu lösen.
Informationsfluss entscheidend
Für die Entwicklung einer Maschine ist ein bewährtes Prinzip die Modularisierung: erprobte Funktionseinheiten werden wiederverwendet und nicht immer wieder neu designt. Profitieren können Maschinenbauer und Anwender über weite Teile des Lifecycles: Vom Design über Programmierung und Inbetriebnahme bis hin zu Lagerhaltung und Ersatzteillogistik. Die wichtigste Voraussetzung, um auf Informationen aus vorangegangenen Projekten zurückgreifen zu können: dass diese in standardisierter Form verfügbar sind.
Genau an dieser Stelle setzt der „Digitale Zwilling“ an. Er bildet physische Komponenten und Maschinen elektronisch ab und fungiert als Sammelpunkt für alle relevanten Informationen. Das Konzept ist unter dem Namen „Verwaltungsschale“ bereits ein Kernbestandteil im Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0), im internationalen Sprachgebrauch als Asset Administration Shell (AAS) bezeichnet.
Zwar wurden bereits vor drei Jahren wesentliche Schritte zur Standardisierung der AAS von der Plattform Industrie 4.0 verabschiedet. Doch erst langsam schließen sich die Lücken, die einer durchgängigen Datennutzung im Weg stehen.
Moderne Design-Werkzeuge
Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet Lenze mit Werkzeugen und Apps, die das AAS-Konzept bereits heute anwendbar machen. Hier ist vor allem der EASY System Designer (ESD) zu nennen, der die ersten Engineering-Schritte wie Idee, Design bis hin zur konkreten Entwicklung abdecken wird. Mit einem solchen webbasierten Werkzeug können alle am Planungsprozess beteiligten Personen der unterschiedlichen mechatronischen Fachdisziplinen die komplette Planung von Automationslösungen, vom Controller bis zur Antriebstechnik, inklusive der nötigen Applikationssoftware, durchführen.
Die Informationen, die dabei anfallen und in der AAS beziehungsweise dem digitalen Zwilling gesammelt werden, stehen auch in den folgenden Lifecycle-Phasen zur Verfügung. So sorgt Lenze mittelfristig mit passenden Schnittstellen dafür, dass beispielsweise Werkzeuge von Drittherstellern für Simulation und Virtual Commissioning darauf zugreifen können. Im Entwicklungsprozess können so Fehler schneller entdeckt und behoben werden, die Zeit für Auslieferung und Inbetriebnahme reduziert sich deutlich.
Smartes Engineering
Lenze leistet mit seinen Apps und Werkzeugen einen wesentlichen Beitrag zur durchgängigen Datennutzung. Ein neues Entwicklungsprojekt beginnt im ESD mit der Definition grundsätzlicher Maschinenfunktionen. Auf dieser Grundlage lässt sich bereits programmgestützt eine Machbarkeitsprüfung erstellen, die frühzeitig auf mögliche Probleme hinweist. Beim Design werden Struktur der Applikationen und der I/O angelegt sowie die benötigte Steuerung festgelegt. Dabei können bereits vorhandene Lösungsmodule berücksichtigt werden. Auch bei diesem Schritt hilft das Planungswerkzeug bei der Machbarkeitsprüfung und deckt potenzielle Konflikte auf.
Für den OEM sind insbesondere die digitalen Assistenten eine wichtige Unterstützung. Die Auswahl von Komponenten, die Planung von Strukturen und das Aufspüren von Inkonsistenzen und potenziellen Problemen wird mit Hilfe der intelligenten Helferlein beschleunigt und vereinfacht. So wird der ESD zu einem smarten Entwicklertool.
Der EASY System Designer legt den Grundstein für einen digitalen Zwilling, also die AAS, die Struktur und Daten der Maschine als Single Point of Information enthält. Dazu zählen etwa die verwendeten Komponenten und ihre Eigenschaften, Informationen zur Software und noch vieles mehr. Auf diese Weise kann man auch später auf alle benötigten Informationen zentral und standardisiert zugreifen. Ein einheitliches Datenmodell eröffnet die weitere Nutzung auch in anderen Werkzeugen oder sogar in Tools anderer Hersteller.
Ein Beispiel dafür liefert das Lenze-Asset-Management. Das greift im späteren Betrieb genau auf diese Daten zu, beispielsweise wenn es darum geht, beim Ersatz einer Komponente die richtige Variante auszuwählen und Fehlbestellungen zu vermeiden. So vergrößert sich der Nutzen des Digital Engineering mittels AAS Schritt für Schritt.
Zentraler Mosaikstein
Digitales Engineering und digitaler Zwilling sind nicht länger Theorie und auch kein Versprechen auf eine ferne, ungewisse Zukunft, sondern sind in der Realität angekommen. Sie können bereits praktisch eingesetzt werden und liefern einen nachweisbaren Mehrwert. Was nicht übersehen werden darf: Die Entwicklung ist noch lange nicht zu Ende, sondern bietet noch enormes Potenzial, wenn man beispielsweise auf eine durchgängige Nutzung der AAS und der darin enthaltenen Informationen denkt.
Ein weiterer Aspekt der zunehmenden Digitalisierung ist das Zusammenspiel in ganz unterschiedlichen Bereichen, das weitere Vorteile generiert. Etwa die einfachere Nutzung von Cloud-Services, die zur Optimierung von Fertigungsprozessen beitragen. Oder die intelligente Auswertung von Betriebsdaten, beispielsweise aus Antrieben, die zusätzliche Sensoren überflüssig machen. Und nicht zuletzt auch die erhöhte Flexibilität von Anlagen, in denen ganze Fertigungsmodule einfach per Plug & Produce ausgetauscht werden können.
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