Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen. Kongress Produktionsforschung 2016 Dr. Wolfgang Heuring

Transkript

1 Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen Kongress Produktionsforschung 016 Digital Enterprise

2 Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen 1 Durchgängige Datenintegration Data Analytics 6 3 Digital Twin 11 4 Zusammenfassung 14 Seite

3 Ganzheitlicher Ansatz für die Werkzeugmaschinen Produktion Massive Vorteile durch den Einsatz der ganzen Breite der Digitalisierungstechnologien Integrated Engineering Maschinendesigner Operate IT Infrastruktur Maschinenbetreiber Fabrikintegration Optimierung der Produktion Simulation Produktionslinie Industrial Ethernet Build IT Infrastruktur Maschinenbauer Maschinen-Design Virtuelle Inbetriebnahme Automation, Produktion Simulation Mechanik und Bearbeitung Simulation Maschinenfunktion NCK PLC Firewall Drive control Applikationen HMI API Plant Control Werkleiter Produktionsplaner Operate IT-Infrastruktur Maschinenbetreiber Teile-Design Maschinenprogrammierung Simulation Bearbeitung Simulation Maschinenfunktion MindSphere Monitoring Optimierung mit PL-/MC-SW Industrial Security Integrated Engineering Teiledesigner NC-Programmierer Analysis Maschinendesigner Servicetechniker Optimize IT Infrastruktur Maschinenbauer / -betreiber Mechatronic Machine Tool Analytics Simulation Mechatronik Werkzeugmaschine mit SINUMERIK Operate IT-Infrastruktur Maschinenbetreiber Life Cycle Services Software Services smart operation mit PL- und MC-Software Simulation Werkzeugwege Operation & Services Bediener Seite 3 Build Operate Optimize

4 Durchgängige Datenintegration als Schlüssel für die Produktivität Plant Control Produktionsplaner Werkleiter Teiledesigner NC-Programmierer Plant Control Production Management Integrated Engineering Part Design & Programming Analyze MyPerformance OEE NX CAD / CAM Product Development Manage MyTools Tool Management remote SINUTRAIN Programming Workstation Machine Tool Analytics Condition Monitoring Shopfloor Integrate Connect Tool Mgmt to TC Teamcenter Collaboration Platform NX / VNCK Virtual Machine Datendurchgängigkeit als Schlüssel für die Produktivität und Effizienz Operation & Services Operation & Services SINUMERIK Operate Interactive operation Manage MyTools Tool Management local Machine Tool Analytics Analyze MyCondition local Access MyData Remote maintenance Bediener Maschinendesigner Servicetechniker Analysis OEM Application OEM Application Space Machine Tool Analytics Condition Monitoring Seite 4 Build Operate Optimize Digital Twin Other Digital Enterprise SW Products Data Analytics

5 Zur optimalen und kosteneffizienten Datenverarbeitung sind moderne und flexible Plattform-Architekturen nötig MindSphere Siemens Cloud for Industry Enabling Digital Services Open Connectivity Standard (OPC) Appl. Building Framework Multiple deployment scenarios (incl. on premise) Fiducial Data Host Service OEM Application Space OEM Apps OEM Data Analytics End User Application Space End User Apps End User Data Analytics Siemens Cloud Application Space Siemens Data Analytics MindSphere (Services, Toolset, Industrial Automation Data Model, OPC Field Layer Agents) Siemens Apps Server on premise Data Analytics & Reports Vertical Integration APPs HMI Viewer Cloud App local Apps CNC Data from NC, PLC, Seite 5

6 Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen 1 Durchgängige Datenintegration Data Analytics 6 3 Digital Twin 11 4 Zusammenfassung 14 Seite 6

7 Data Analytics beantwortet vier fundamentale Fragen Value & Complexity Inform Descriptive Analytics Analyze Diagnostic Analytics Act Predictive Analytics Prescriptive Analytics What happened? Why did it happen? What will happen? What shall we do? Examples Plant operation report Fault report Sales reports Service statistics Alarm management Root cause identification Fault analysis Power consumption prediction Fault prediction Production prediction Operation point optimization Load balancing Production re-planning Current penetration across all industries (according to Gartner 013) Adopt by vast Adopted by majority but not all Still few adopters 99% data 30% minorities 13% 3% Very few early adopters Seite 7

8 Steigerung der Verfügbarkeit durch Transparenz und Analyse Aktueller Zustand mit mechatronischen Daten in Real time Aktueller Maschinenzustand mit mechatronischen Daten Aktueller Maschinenzustand mit Testroutinen und Istwerten Overall Equipment Efficiency Beispiele Visualisierung und Auswertung mit exaktem Ortsbezug zum Werkstück Datenanalyse ermöglicht werkstückbezogene Kategorisierung von Zerspanprozessen reaktiv prediktiv Seite 8

9 Visualisierung und Auswertung mit exaktem Ortsbezug zum Werkstück offenbart Prozessprobleme Problemstellung Analyse Kundenwert Transparenz der Bearbeitungsqualität Gutteil Geschwindigkeitsverlauf der Z-Achse Geschwindigkeitsverlauf der Y-Achse Sofortiges Erkennen von Qualitätsproblemen während der Bearbeitung Schlechtteil Ergebnis: Oberflächenfehler können in den Geschwindigkeitsverläufen der Achsen nachgewiesen werden Regelabweichung der jeweils relevanten Achse korrespondiert zu Oberflächenfehler Seite 9

10 Datenanalyse von Antriebs- und Steuerungsdaten ermöglicht werkstückbezogene Kategorisierung von Zerspanprozessen Gewinnung von Antriebs- und Steuerungsdaten Beispiel: Datenanalyse Gewindebohren Testmaschine im Siemens Technology and Application Center Analyse mit Tensorfaktorisierung Gut/ Schlecht Klassifikation Ergebnis Tensorfaktorisierung Klassen: Blau = Luftschnitt Schwarz = schlechte Datenqualität Grün = gute Bohrungen Rot = schlechte Bohrungen Restfehler Gelernte Klassifikation Test-Werkstück mit diversen Bearbeitungsfeatures 0 min Bearbeitungszeit 30 Signale 00 MB Daten Relevanz der Signale Analyse mit Machine Learning Seite 10

11 Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen 1 Durchgängige Datenintegration Data Analytics 6 3 Digital Twin 11 4 Zusammenfassung 14 Seite 11

12 Simulation als Basis für die Verwendung des Digital Twin in verschiedenen Prozessen und Schritten Mechatronische Konstruktion Virtuelle Inbetriebnahme Liniendesign Teiledesign Programmierung durch Bediener Mechatronische Simulation in der Entwurfs- und Designphase Verifikation und Optimierung der Anlagenfunktionalität Konstruktion und Visualisierung der Layouts von Fertigungsstraßen Leistungsstarke Maschinen-simulation der Bearbeitung. Professionelles Paket für die Arbeitsvorbereitung Mechatronic Concept Designer MCD NX Virtual Machine Virtual Commissioning NX Line Designer NX Virtual Machine SINUTRAIN Build Operate Seite 1 Build Operate Optimize Digital Twin

13 BMBF Forschungsprojekt»ReffiZ«Effiziente Zerspanprozesse durch Antriebs- und Prozess-Simulation SinuTrain for SINUMERIK Operate 840D sl ShopTurn Visualisierung Stabilitätskennwert in Gnuplot SINUMERIK Operate Simulation (hier in SINUTRAIN, verlangsamt auf Realzeit) Simulation Maschinenmechanik und Prozess Vereinfachte D Abtragsrechnung Eingriffsverhältnisse Vereinfachtes Schnittkraftmodell VNCK FFW Lageregler Virtueller NCK Antriebstelegramme Simulation SINAMICS S10 Servo Antriebs- State Machine Virtueller Antrieb S10 Reglermodell Moment Position Reduziertes Mechanikmodell Realer Prozess SINUMERIK RunMyVNCK bedient über SINUMERIK Operate oder NX CAM Virtuelles Einfahren von NC-Programmen Absicherung gegen Kollisionen Taktzeitoptimierung von NC-Programmen Erweitert durch Antriebs- und Prozessmodell auf Simulation der Antriebsauslastung und Untersuchung der Prozessstabilität zur ganzheitlichen Simulation einer Werkzeugmaschine von der NC-Steuerung über den Antrieb bis hin zu Maschine / Prozess Seite 13

14 Digitalisierung in der Fertigung mit Werkzeugmaschinen 1 Durchgängige Datenintegration Data Analytics 6 3 Digital Twin 11 4 Zusammenfassung 14 Seite 14

15 Siemens als Partner für die Produktion heute und morgen Durchgängige Plattform zur Integration von Engineering, Automatisierung, vertikaler Integration, Data Analytics Digital Twin everywhere in allen Prozessen verfügbar Digital Enterprise Software Suite Smart Data Analytics Breites Feld für Forschungsaktivitäten Begeisterung für Digitalisierung fördert Kreativität und Innovation in Ihrem Unternehmen! Seite 15

16 Vielen Dank., CEO Business Unit Motion Control, Siemens AG Digital Enterprise