Advanced Machine Engineering mit dem Mechatronics Concept Designer. Ingenuity for life Driving the Digital Enterprise

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1 Advanced Machine Engineering mit dem Mechatronics Concept Designer Ingenuity for life Driving the Digital Enterprise siemens.de

2 Die Situation in der Maschinenbau Branche TREND: Komplexität ist die neue Norm im Maschinenbau. Industrie 4.0: Die deutsche Regierung hat 200 Mio. bereitgestellt, um Branchenverbände, Forschungsinstitute und Unternehmen bei der Entwicklung einer Implementierungsstrategie für die Industrie 4.0 zu unterstützen. Seite 2

3 Der Einfluss im Maschinenbau KONSEQUENZEN: Maschinen müssen intelligenter werden. Maschinenanwender brauchen mehr Funktionalität in der Maschine. Maschinen müssen vernetzt werden, um Performance und Service jederzeit verwalten zu können. Die Maschinenkomplexität steigt in Bereichen, die für Maschinen-OEMs neu sind. Es werden mehr Systeminformationen benötigt (Selbstdiagnose, Kommunikation). Quelle: VDMA Seite 3

4 Aktuelle maschinenbauliche Herausforderungen Ist dies nur eine Beladetür? Endschalter Sicherheitsrelais Anwenderschnittstelle I/O-Signale Schaltschrank Kabel, Schlauch, Rohr Notendschalter PLC Software Luft- und Ventileinheit Lösungen beziehen sich nie ausschließlich auf die Mechanik! Pneumatischer Zylinder Seite 4

5 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Heute Planung Konzept Design Mechanisches Konzept Detailliertes Engineering Anforderungen Mechanik Reale Elektrik / Fluid Maschine Inbetriebnahme Software Reale Inbetriebnahme Zukunft Systems Engineering Anforderungen Konzept Design Mechatronisches Konzept Interdisziplinäres Engineering Elektrik / Fluid Mechanik Software Digitale Maschine Virtuelle Inbetriebnahme Inbetriebnahme Reale Maschine Reale Inbetriebnahme Zeitersparnis Siemens Produkte unterstützen bereits heute moderne Entwicklungsmethoden Seite 5

6 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine (Autoren Systeme) Systems Engineering Konzept Design Interdisziplinäres Engineering Inbetriebnahme Anforderungen Mechatronisches Konzept Elektrik / Fluid Inbetriebnahme Mechanik Software Automatisierung Seite 6

7 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Anforderung Mechatronisches Konzept Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Inbetriebnahme Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Microsoft Office Integration Einfache Bedienung Einfache Gliederung der Pflichten- und Lasten Hefte Inbetriebnahme Seite 7

8 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Anforderungen direkt verlinkt an die Produktstrukturen Änderungen werden in allen Disziplinen nachverfolgbar Inbetriebnahme Seite 8

9 Von der Idee zum digitalen Konzept / Lösungsentwurf Wie soll die Maschine arbeiten? Von der Idee zum digitalen Konzept / Lösungsentwurf! USABLE SPACE Only layouts in slides 1, 3 and 5 can have images bleeding to the edge Seite 9

10 Digitalisierung vom Scribble zur Simulation Seite 10

11 Digitalisierung vom Scribble zur Simulation Seite 11

12 Interdisziplinäre Konzeption Erfassen interdisziplinärer Aspekte von Anbeginn Wie soll die Maschine arbeiten? Operationen Mechanik USABLE SPACE Only layouts in slides 1, 3 and 5 can have images bleeding to the edge Bewegungssteuerung Wiederverwendung älterer Komponenten Antriebe und Aktoren Sensoren Seite 12

13 Mechatronisches Konzept als Datengrundlage Generierung von Informationen für die folgenden Engineering Disziplinen Welche Daten werden aus dem Mechatronischen Konzept bereitgestellt? Maschinenablauf 3D Grundgeometrie Kurvenscheiben Sensor-Aktor Listen Weg-Zeit Diagramme Betriebsmittelkennzeichen Steuerungssignale Kraft- / Lastprofile Seite 13

14 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Anforderungen transparent in der Konstruktion Mechatronische Simulation der Entwurfsphase Informationen in den Derivaten. Validieren der Entwurfs-Idee Änderungen werden Nachverfolgbar Präsentieren Datengrundlage für alle Derivate Seite 14

15 Mechatronischer Wiederverwendungsassistent Ersetzen der Konzeptgeometrie durch detaillierten Mechanismus Sequenz der Operationen Seite 15

16 Siemens Tool-Integration: NX/MCD SIZER Schnittstelle Übergabe der 3D CAD Daten mit CAD-Creator 3D-CAD Lastwechsel Motorbibliothek Seite 16 Dimensionierung der Antriebssysteme

17 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Inbetriebnahme Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Anforderungen transparent in der Konstruktion Mechatronische Simulation der Entwurfsphase Nutzen der 3D Konstruktions Daten Informationen in den Derivaten. Validieren der Entwurfs-Idee Multi CAD- Funktionalität Änderungen werden Nachverfolgbar Präsentieren Datengrundlage für alle Derivate Verhaltensmodell mit Logik, Massen, Beschleunigungen, Kollisionen Seite 17

18 MCD Schnittstelle ins ECAD Einheitliche Datenbasis im ECAD und MCAD Verhalten MCD ECAD ==A1+F2-G1-M2 ==A1+F2-G1-M2 Mechanik 1FT7108 Abgleich der Komponenten und Betriebsmittelkennzeichen Elektrik 1FT7108 Seite 18

19 Was sind Referenzkennzeichen / Betriebsmittelkennzeichen? Referenzkennzeichnen / Reference Designators (RK / RD) oder Betriebsmittelkennzeichen (BMK) beschreiben ein Produkt sowie Struktur und den Aufbau des Projektes Grundlagen des Aufbaus: Was tut das System oder das Objekt? (Funktionsaspekt: = ) Wo befindet sich das System oder das Objekt? (Ortsaspekt: + ) Wie ist das System oder das Objekt zusammengesetzt? (Produktaspekt: - ) =A1 +F1 +C1 Beispiel: =A1 +F1 -B2 -M1 -B1 -M1 -M2 Seite 19 Quelle:

20 MCD Export to ECAD Dialog Seite 20

21 Video: Export der Geräteliste aus dem MCD ins ECAD Seite 21

22 Video: Import der Geräteliste im EPLAN und Platzierung einer Komponente Seite 22

23 Video: Erweiterung der Geräteliste und Export aus EPLAN nach MCD Seite 23

24 Video: Import der modifizierten / erweiterten Geräteliste im MCD Seite 24

25 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Inbetriebnahme Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Anforderungen transparent in der Konstruktion Informationen in den Derivaten. Änderungen werden Nachverfolgbar Mechatronische Simulation der Entwurfsphase Validieren der Entwurfs-Idee Präsentieren Datengrundlage für alle Derivate Nutzen der 3D Konstruktions Daten Multi CAD- Funktionalität Verhaltensmodell mit Logik, Massen, Beschleunigungen, Kollisionen Bidirektionale Schnittstelle von ECAD und MCAD von Sensorik und Aktorik Betriebsmittel Kennzeichen einheitlich in allen Derivaten Seite 25

26 Kommunikation des Maschinenablaufs an die Automatisierung Export vom Ablauf- bzw Taktdiagramm und des SFC aus dem Sequenz Editor Einfaches arbeiten im Sequenz Editor (Gantt Chart) Ablaufdiagramm exportieren Export des SFC (Sequenz Funktions Chart) Seite 26

27 Entwicklung detaillierter Kurvenscheibenprofile und Automatisierungsprogramme Auf Basis der übergebenen Konzept Design Informationen Übergabe und Optimierung der mathematischen Achsabhängigkeiten Optimierung nach VDI Richtlinie MCAD MCD SIMOTION SCOUT Seite 27

28 Integriertes Engineering (Maschinenkonstruktion) reduziert die Zeit von der ersten Idee bis zur Maschine Elektrik / Fluid Anforderung Mechatronisches Konzept Mechanik Reale Inbetriebnahme Maschine Inbetriebnahme Automatisierung Virtuelle Inbetriebnahme Anforderungen transparent in der Konstruktion Informationen in den Derivaten. Änderungen werden Nachverfolgbar Mechatronische Simulation der Entwurfsphase Validieren der Entwurfs-Idee Präsentieren Datengrundlage für alle Derivate Nutzen der 3D Konstruktions Daten Multi CAD- Funktionalität Verhaltensmodell mit Logik, Massen, Beschleunigungen, Kollisionen Bidirektionale Schnittstelle von ECAD und MCAD von Sensorik und Aktorik Betriebsmittel Kennzeichen einheitlich in allen Derivaten Testfälle am Digitalen Zwilling verifizieren Frühzeitig Module und Code testen Durchgängigkeit: Arbeiten auf den realen CAD Daten! Seite 28

29 Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) Prototypen sind teuer und zeitaufwändig in der Produktion. Änderungen in der Inbetriebnahmephase sind sehr kostspielig. Nicht betriebsbereite Maschinen in der Werkstatt kosten Geld. Prüfungsprozess durch systemübergreifende Navigation unterstützen, um Daten abzustimmen Schnittstellen werden kommuniziert und allen Bereichsingenieuren angezeigt Konfiguration der Logik Herausforderungen Hauptsächlicher Nutzen Virtuelles Systemverhalten verifizieren und validieren Automatisierungsprogramm optimieren und physische Inbetriebnahme vorbereiten Maschinenvarianten und Optionen validieren, für die keine Prototypen erstellt wurden Seite 29

30 VIBN mit dem Mechatronics Concept Designer Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) HiL ( Hardware in the Loop) SiL (Software in the Loop) Motivation für die Virtuelle Inbetriebnahme Reale Maschine steht nicht zur Verfügung Reale Inbetriebnahme ist unkalkulierbarer Konzeptfehler treten meist erst in der realen Inbetriebnahme auf Kundenanforderungen sind meist nicht detailliert vorhanden Testen der Programmabläufe in der frühen Phase Digitales Modell (Digitale Maschine) Reale Steuerung Reale Maschine Seite 30

31 VIBN mit dem Mechatronics Concept Designer Digitales Modell Verhaltens Modell Reale Steuerung Visualisierung der Maschine Verhalten von Massen und Kollisionen z.b. Abfrage von Sensoren über Kollision etc. Signalkopplung zur Hardware Verhalten der Komponenten z.b. Antriebssteuerung Oder Ventil für Pneumatikzylinder etc. Realer Ablauf des Maschinencodes Schaltzyklen der Hardware Seite 31

32 Zusammenspiel in der VIBN Digitales Modell Verhaltens Modell Reale Steuerung PLCSim NX / MCD SIMIT Simatic Sinumerik Simulation Unit / SIMBA BOX Simotion Profibus / Profinet Diverse. Reale Steuerung Seite 32

33 Offene Schnittstelle für Erweiterungen im Mechatronics Concept Designer Robotercontroller Schnittstelle zum MCD Herausforderungen Kommunikationen zwischen den Soft- und Hardwarelösungen sind nicht immer durch Standardschnittetellen abgedeckt Zusatzfunktionalitäten insbesondere für bestimmte Industriezweige können fehlen Hauptsächlicher Nutzen Erweiterungen im MCD können die Produktivität maßgeblich steigern Vorher unmögliche Problemstellungen können durch Zusatzfunktionen gelöst werden Offener Programierstandard in den sich leicht eingearbeitet werden kann Seite 33

34 Zusammenfassung: Anwendungsbereiche für die Maschinenkonstruktion Konstruktion, Konfiguration und Absicherung der Produktidee Mechatronisches Konzept Mechanische Konstruktion Elektrik / Automatisierung Virtuelle Inbetriebnahme Seite 34

35 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Dr.-Ing. Jochen Merhof Siemens Industry Software GmbH Digital Factory Division Product Lifecycle Management Product Management Liebknechtstr Stuttgart, Germany Tel. :+49 (711) Fax :+49 (711) Mobile :+49 (173) Seite 35