Zusammenarbeit leicht gemacht. - Bild: Siemens

Zusammenarbeit leicht gemacht: NC-Programmierer in der Arbeitsvorbereitung und die Maschinenbediener in der Fertigung. - Bild: Siemens

Einfach, vollständig und maschinennah simulieren: Für Maschinen-Betreiber schließt Run MyVirtual Machine als digitaler Zwilling der Sinumerik One von Siemens die Lücke zwischen NC-Simulationssystem und CAM-System. Damit lassen sich Simulationen durchführen, die ihren Namen verdienen, weil sie den Arbeitsraum umfassen, Achswerte abgreifen und Nebenzeiten berücksichtigen.

Ist vom digitalen Zwilling die Rede, geht es bisher meist um dessen Einsatz im Engineering bei den Maschinenherstellern. Je häufiger die Hersteller ihre Projekte und die Entwicklung von Maschinen digitalisieren, desto öfter kommt der digitale Zwilling nun auch in Reichweite der Maschinenanwender.

Auf der Basis von Run MyVirtual Machine für die digital native CNC Sinumerik One besteht bereits heute die Möglichkeit, in der Fertigung mit einem virtuellen Maschinenabbild zu arbeiten. Die umfangreichen Simulationsoptionen, die sich daraus ergeben, nützen allen am CNC-Prozess Beteiligten. Namentlich sind das vor allem die NC-Programmierer in der Arbeitsvorbereitung und die Maschinenbediener in der Fertigung.

Geht ein neu erstelltes Teileprogramm von der Arbeitsvorbereitung in die Werkstatt, startet der Einfahrprozess. Dabei ziehen alle am selben Strang, um möglichst zügig einen unterbrechungsfreien und sicheren NC-Programmdurchlauf zu erzielen, also an der Maschine Stillstände, Kollisionen und Ausschuss zu vermeiden.

Ohne digitalen Zwilling läuft das meist mehrschrittig: Das Programm pendelt je nach Komplexität ein- oder mehrmals hin und her zwischen der Werkstatt, wo der Maschinenbediener Optimierungsvorschläge einbringt, und der Arbeitsvorbereitung, wo der NC-Programmierer die Vorschläge umsetzt.

Virtueller Zwilling kann unproduktive Maschinenzeiten minimieren

Steht dem NC-Programmierer hingegen offline ein digitaler Zwilling zur Verfügung, kann er sämtliche erforderlichen Tests virtuell durchführen und direkt ein Programm an die Maschine bringen, das passt.

Das gilt nicht nur für einfache, sondern auch für komplexe, in CAM-Systemen erstellte Programme: Sie lassen sich in der Simulation vorprüfen und somit sicherstellen, dass der Postprozessor die richtige NC-Syntax verwendet. Findet der Einfahrprozess größtenteils virtuell statt, reduzieren sich unproduktive Maschinenzeiten auf ein Minimum. Auch die Übertragung eines Teileprogramms an eine Ausweichmaschine lässt sich auf diese Weise absichern.

Informationen lassen sich in Run MyVirtual Machine abbilden

Maschinenbediener sind für den Bearbeitungsprozess verantwortlich und damit ständig gefordert – beim Einfahren eines neuen Teils im Besonderen, im Grunde aber bei jedem einzelnen NC-Start. Denn das Risiko für Kollisionen lauert in sämtlichen Werkzeugen, Spannmitteln, Rohlingen und last, but not least in der Nullpunktverschiebung – also der Platzierung des Werkstücks innerhalb des Arbeitsraums. Sämtliche Informationen dazu lassen sich in Run MyVirtual Machine abbilden, sprich in der Simulation berücksichtigen.

Dafür müssen lediglich 3D-Dateien der Komponenten, entweder als CAD-Daten oder als parametrische Beschreibung, virtuell gerüstet und entsprechende Schutzbereiche erstellt werden. Sind die Daten in dieser Form geladen, steht neben dem digitalen Zwilling der CNC auch der virtuelle Arbeitsraum für die Simulation von Programmen zur Verfügung.

Aufspannsituation mittels CAD-Daten anlegen. - Bild: Siemens
Eine neue Aufspannsituation mittels CAD-Daten anlegen. - Bild: Siemens
Jens Ciesielski. - Bild: Siemens
Jens Ciesielski, Product Manager Machine Virtualization bei Siemens. - Bild: Siemens

„Worauf wir wirklich stolz sind, ist, wie einfach sich ein solches Setup aufsetzen lässt. Dafür sind weder eine Engineering-Software noch umfangreiche Programmierkenntnisse notwendig“, so Jens Ciesielski, Product Manager Machine Virtualization bei Siemens. „Die Simulation zeigt die Bedienoberfläche Sinumerik Operate und das zuvor eingerichtete Maschinen Setup als 3D-Simulation mit Arbeitsraum – und zwar identisch wie an der realen Maschine.“

Wenn NC-Programme oder auch einzelne Sätze mit wirklichkeitsgetreu abgebildetem Arbeitsraum vorab simuliert werden, lassen sich Fehlerursachen einfach und direkt korrigieren: Beispielsweise wird ein Werkzeug, das in der Simulation Kollisionen verursacht hat, durch ein passendes ersetzt, gegebenenfalls der Verfahrweg angepasst und das optimierte Szenario nochmals verifiziert. Auf diese Weise geprüft, kann ein Programm entspannt gestartet werden.

Vollwertige Simulation an der Maschine möglich

Digitalisierung hin oder her: Es wird immer noch und auch weiterhin häufig direkt an der Maschine programmiert. Bisher konnte dabei zumindest alles, was die Steuerung betrifft, mittels Sinutrain überprüft werden. Umfassendere Simulationsmöglichkeiten gab es jedoch nicht.

Den digitalen Zwilling, der offline als Run MyVirtual Machine zur Verfügung steht, gibt es für diesen Anwendungsfall online als Protect MyMachine /3D Twin. Direkt an der Maschine ermöglicht er die gleiche vollwertige Simulation, die den Arbeitsraum berücksichtigt. Damit lassen sich neben den Programmen, die an der Maschine entstehen, auch Situationen absichern, in denen in den Arbeitsprozess eingegriffen werden muss, oder wenn Achsen in JOG verfahren werden.

Run MyVirtual Machine – Digitaler Zwilling für die Fertigung

  • Für die Arbeitsvorbereitung: Teileprogramme offline prüfen
  • Für die Maschinenbediener: Simulationen mit wirklichkeitsgetreu abgebildetem Arbeitsraum; geschützter Arbeitsprozess auch bei Programmierung an der Maschine, bei manuellen Eingriffen oder beim Verfahren in JOG
  • Beim Maschinenkauf: Verifizierte Aussagen über Maschinen sichern Investitionen ab; nach dem Kauf, vor der Auslieferung: Schulung, virtuelles Einfahren von Teilen
  • Bei Inbetriebnahme und Service: Umfangreichere, schnelle Unterstützung durch Hersteller möglich

Erfüllt eine Maschine alle Anforderungen? Wird es damit möglich sein, ein bestimmtes Werkstück zu fertigen? Steht eine Neuanschaffung an, ist es von großem Nutzen, wenn Gespräche und Abstimmungen durch einen digitalen Zwilling unterstützt werden. Wenn Hersteller ihre Maschinen mit der neuesten Steuerungsgeneration von Siemens, der Sinumerik One, ausstatten und im Engineering den digitalen Zwilling Create MyVirtual Machine einsetzen, sind sie in der Lage, einen solchen virtuellen Blick auf ihre Produkte zu gewähren.

Arbeitsvorbereitung ist bereits vor Lieferung der Maschine möglich

Aussagen darüber, ob eine Maschine zum Beispiel bestimmte konkrete Anwendungsfälle abbildet, ob Komponenten hinzugefügt oder ausgetauscht werden können, lassen sich so direkt verifizieren. Das bringt Eindeutigkeit, sichert die Entscheidung über Investitionen ab – und nicht nur das: Speziell bei Serienmaschinen, die dann gekauft, aber noch nicht physisch ausgeliefert sind, kann der Hersteller mit geringfügigen Modifikationen über Run MyVirtual Machine bereits einen vollwertigen Arbeitsvorbereitungsplatz für den PC zur Verfügung stellen.

Damit lassen sich vorab Aufspannsituationen prüfen, Werkzeuge anlegen, Programme schreiben, sie auf Syntax und Kollisionen testen oder optimieren. „Da in Run MyVirtual Machine neben dem Original-NC-Kernel auch die PLC virtuell zum Einsatz kommt, stehen über die virtuellen Probeläufe direkt korrekte Programmlaufzeiten fest“, erklärt Ciesielski. „Sind entsprechende Verhaltensmodelle hinterlegt, schließt das sogar die Nebenzeiten mit ein – etwa Werkzeugwechsel.“

Auch zur Schulung lässt sich diese Ablaufumgebung einsetzen, sodass Maschinenbediener sich bereits einarbeiten können. Mit der Möglichkeit vor der tatsächlichen Auslieferung und Inbetriebnahme Teile virtuell einzufahren, arbeitet der Maschinenbetreiber anschließend im besten Fall schon ab der ersten Minute produktiv.

Kollisionen im Virtuellen. - Bild: Siemens
Kollisionen im Virtuellen richten real keinen Schaden mehr an. - Bild: Siemens

Simulation bietet Sicherheit bei Inbetriebnahme und Service

Ganz grundsätzlich kann bei einer Maschine, die über einen digitalen Zwilling verfügt, auf eine neue Art und Weise Unterstützung vom Maschinenhersteller abgefragt werden. Das gilt sowohl direkt bei der Anschaffung für den Inbetriebnahme- und Validierungsprozess, der zügiger erledigt werden kann, als auch für Servicefälle. Sie sind schneller gelöst, da der Hersteller zeit- und ortsunabhängig einen Blick auf die Maschine werfen kann. Viele Probleme können nachgestellt werden, ohne dass ein Servicetechniker vor Ort gewesen sein müsste und ohne dafür produktive Zeit an der realen Maschine in Anspruch zu nehmen.

Mit der Ankunft des digitalen Zwillings in der Fertigung erhalten Arbeitsvorbereitung und Maschinenbediener die Möglichkeit innerhalb einer sicheren Umgebung ohne Risiko zu testen. Auf diese Weise reduzieren sich sowohl unproduktive Maschinenzeiten als auch das Risiko von Kollisionen. Anders herum formuliert: Die Produktivität und die Sicherheit im Prozess steigen.

Quelle: Siemens

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