Virtueller Test, realer Vorsprung

Simulationsmodelle ermöglichen es dem Programmierer, die Maschinensoftware zu testen, obwohl die reale Maschine noch gar nicht existiert. Auch wenn sie dann ausgeliefert ist, profitiert der Kunde: von einem zuverlässigeren Software Support. Das beweist das R&D-Team von Optima Nonwovens am Beispiel einer Verpackungsmaschine für Personal Care-Produkte.
Wenn die Maschinensteuerung nicht bemerkt, dass sie gerade ein Simulationsmodell betreibt, haben Christina Weitze und Jan Buck alles richtig gemacht. Die eine, Maschinenbauingenieurin, hat die virtuelle Maschine „gebaut“. Der andere, Elektrotechniker, kann „seine“ Software auf Herz und Nieren testen, obwohl gerade erst die einzelnen Bauteile in der Fertigung produziert werden. Weitze und Buck sind Teil des R&D-Teams von Optima Nonwovens. Dort werden die Möglichkeiten von virtuellen Maschinen seit einigen Jahren ausgelotet und in Kundenprojekten genutzt. So etwa bei einer speziellen Verpackungsmaschine für Damenbinden, die nun bereits beim Käufer in Betrieb ist.
Kein Projekt, keine Maschine ist wie die andere bei Optima Nonwovens. Hier war jedoch unmittelbar nach Auftragserteilung klar: Hier muss das Team viele Neuerungen umsetzen. Die einzelnen Module sollen beispielsweise flexibel verschiebbar sein. Zudem sollte eine besondere Variante des Produkttransports umgesetzt werden. All das bringt neue Anforderungen für die Maschinensoftware. Es wird sich lohnen, anhand ein Simulationsmodell zu entwickeln, an dem die Software getestet werden kann. Christina Weitze war am Zug. Von den mechanischen Konstrukteuren übernahm sie die Prozessmaßzeichnungen, also alle prozessrelevanten Maße, in das Simulationsmodell. Zudem bildete sie dort die Sensorik wie Lichtschranken sowie die Aktorik wie Motoren und Pneumatik-Zylinder ab. „Die virtuelle Maschine muss alle Elemente enthalten, von welchen die Software auch im Realen eine Rückmeldung erwarten würde“, erklärt Weitze.
Christina Weitze und Jan Buck beim Erstellen des Simulationsmodells
Die virtuelle Maschine läuft – trotz des nicht zu unterschätzenden Aufwands – natürlich viel früher als die reale, für die die einzelnen Bauteile erst gefertigt werden müssen. So lohnt es sich für Jan Buck, die Maschinensoftware so schnell wie möglich zu programmieren. Denn er kann sie am Simulationsmodell gründlich testen und bei Bedarf optimieren.
Christina Weitze und Jan Buck arbeiten beim Erstellen des Simulationsmodells und beim Testen der virtuellen Maschine Hand in Hand.

Virtuell Produkt zuführen besser als im FAT

„Natürlich ist in der Simulation die Maschine vereinfacht dargestellt“, erläutert Buck. Doch die logischen Abläufe seien dieselben. Wenn zum Beispiel der Produktschieber A verfährt, darf er nicht mit dem Produktschieber B kollidieren. Das gilt für die virtuelle Maschine ebenso wie für die reale – und kann im Rahmen der Simulationstests sichergestellt werden. Auch Produkte werden virtuell erzeugt, transportiert und verlassen am Ende die Maschine. Die virtuelle Inbetriebnahme ist in dieser Hinsicht sogar näher am realen Betrieb beim Kunden als die Inbetriebnahme der realen Maschine beim FAT (Factory Acceptance Test). Denn die Zufuhr von Produkt verläuft virtuell genauso kontinuierlich ab wie in der späteren Praxis-Anwendung. Beim FAT in der Maschinenhalle dagegen können häufig nur kleine Stückzahlen des Produkts von Hand aufgelegt und verpackt werden.
Buck ist sehr zufrieden mit den neuen Möglichkeiten. „Früher konnte ich erst so richtig mit der Programmierung beginnen, wenn die Maschine fast fertig montiert war“, erinnert er sich und fügt hinzu: „Dann blieb nicht mehr viel Zeit bis zur Auslieferung.“ Mit dem vorgelagerten Software-Engineering vergrößere sich insbesondere die Testphase – und „die kann man nun nutzen, um die Einstellungen mit dem konkreten Produkt zu fahren.“ Zudem kann Buck vorab auch Szenarien testen, bei denen kritische Anlagenzustände zu erwarten wären. Etwa einen nicht vorgesehenen Eingriff eines Operators. Denn: „In der Simulation kann nichts zu Bruch gehen“, sagt der Softwareingenieur schmunzelnd. So erhält der Kunde eine besonders gründlich getestete Maschine. Besser gesicherte Qualität ohne Abstriche bei der Lieferzeit ist so zu erreichen, gerade bei außergewöhnlichen Maschinen mit besonderen Anforderungen an die Maschinensoftware.
Simulationsmodell
Die virtuelle Maschine existiert nur „im Computer“. Sie kann nicht nur im Entstehungsprozess, sondern auch bei der späteren Optimierung oder Modifikation der Maschine für Software-Tests genutzt werden.

Software Support statt Weltreisen

Die virtuelle Maschine hat jedoch noch lange nicht ausgedient, nachdem die Maschine ausgeliefert wurde. Buck nutzte sie seitdem bereits mehrmals: Immer, wenn der Kunde einen Sonderwunsch hatte oder ein außergewöhnlicher, nicht vorhersehbarer Fehler ausgemerzt werden sollte. Buck betont: „Verbesserungen oder Erweiterungen können wir zunächst hier im Büro am 1:1-Simulationsmodell testen. Erst, wenn die Software hier einwandfrei läuft, senden wir sie dem Kunden.“ Wenn der, wie in diesem Fall, die Maschine im weit entfernten Ausland betreibt, spart er viel Zeit. Und der Ingenieur kann sich auf den Software Support konzentrieren und spart Reisezeit.
Wenn Buck die Vorteile nicht ohnehin schon überzeugt hätten, die Reaktionen seiner Kunden hätten es auf jeden Fall: „Die sind absolut begeistert von der Simulation.“ Es hat schon was, wenn diese in einem Video verfolgen können, dass ihr Wunsch virtuell umgesetzt ist und die Software direkt eingespielt werden kann. Überzeugend wirkt auch, dass bereits ein Nachfolgeprojekt im Entstehen begriffen ist. Trotz relativ großer mechanischer Änderungen wird auch die erweiterte Maschine schnell einwandfrei laufen: zunächst virtuell und dann auch real.

Für Sie entscheidend

 
  • Virtuelle Maschinenmodelle vereinen die mechanischen Rahmendaten mit Informationen zu Sensorik und Aktorik.
     
  • Die Simulation erlaubt es, die logischen Abläufe zu testen, bevor die Maschine entsteht.
     
  • Fehler in der Maschinensoftware lassen sich so schnell erkennen und beheben. Bei konstanter Lieferzeit verbessert dies die Softwarequalität.
     
  • Das Simulationsmodell kann im gesamten Lebenszyklus der Maschine genutzt werden, etwa bei Modifikationen.
©
2019
OPTIMA packaging group GmbH - Alle Rechte vorbehalten.