30/11/2015
Heute simulieren für den KMU-Profit von morgen: Forschungsprojekt SimuProd erfolgreich abgeschlossen
Güter werden heute unter immer komplexeren Bedingungen produziert. Schon die Prozessentwicklung für die industrielle Fertigung steht unter zunehmendem Zeit- und Kostendruck. Insbesondere große Unternehmen in hochautomatisierten Industrien setzen bereits Programme und Methoden zur Vereinfachung und Verbesserung von industriellen Entwicklungs- und Fertigungsprozessen ein. „Mittels sogenannter ‚Software für die digitale Produktion‘ entwickeln sie immer effizientere Strategien bei der Planung, Inbetriebnahme und Wartung von Produktionsanlagen“, weiß Prof. Dr. Robert Merz, Forscher und Fachbereichsleiter am Studiengang Informationstechnik & System-Management (ITS) der Fachhochschule Salzburg. Ziel des Projekts SimuProd war es, mithilfe von Modell-basierter Simulation ähnliche Strategien auch KMUs zugänglich zu machen.
Reinhard Mayr, Product Manager bei COPA-DATA, beschreibt den praktischen Anwendungsfall: „Die Simulation ist vor allem dann wertvoll, wenn Produktionsbetriebe ihre Anlagen umbauen oder erweitern möchten. Je mehr wir über eine reale Produktivanlage wissen, desto präziser können wir Prozesse an einer neuen Anlage simulieren und testen. Der Anlagenbetreiber kann damit herausfinden, wie sich neue Komponenten in den laufenden Betrieb einbetten werden und welche Wechselwirkung verschiedener Anlagen und Systeme zu erwarten sind, ohne in den laufenden Betrieb eingreifen zu müssen.“
„Die entwickelten Simulationsmethoden sollen die Ressourcen der Unternehmen schonen und gleichzeitig die Produktion verbessern. Auch kleinere Betriebe sollen damit die Chance bekommen, ihre Produktionsanlagen nachhaltig intelligenter zu machen“, ergänzt Merz. In der Praxis gibt es häufig Kommunikations- bzw. Integrationslücken zwischen den bereits eingesetzten, oft sehr unterschiedlichen Softwarekomponenten. Auch ein gemeinsames Rahmenwerk zur Entscheidungsfindung für die passende Simulationssoftware fehlt in vielen Betrieben. Standardschnittstellen für Datenaufnahme, -analyse, Steuerung, Planung, Visualisierung und Simulation existieren nicht. Bei SimuProd standen deshalb die Themen Datenintegration, virtuelle Inbetriebnahme und simulationsgestützte Wartung im Fokus.
Von realen Daten zu variablen Simulationsdaten
Wollen Fertigungsunternehmen wettbewerbsfähig bleiben, müssen sie ihre Produktionsanlagen laufend optimieren. Um Verbesserungspotenziale bereits vor einer wirklichen Änderung der Prozesse testen zu können, sind Simulationen sehr wertvoll. „Zur simulationsgetreuen Abbildung einer komplexen Anlage benötigen wir viele Daten von Sensoren aus dem gesamten Produktionsprozess“, erläutert Merz. Deshalb musste das Forschungsteam zunächst entsprechende Daten sammeln. Hierbei dienten eine Miniatur-Fertigungsanlage sowie ein ausgeklügeltes Tankmodell als Datenlieferanten im Labor. „Wir haben unsere Simulationsmodelle mit der HMI/SCADA-Software zenon von COPA-DATA verbunden und konnten so die Daten lückenlos aufzeichnen und für unser mathematisches Verfahren vorbereiten“, so Merz weiter.
Neben den von zenon gelieferten Daten integrierte das Forscherteam auch noch ERP-Systeme, deren Interaktion mit dem SCADA-System die Produktionsplanung erleichtern könnte. Um die Praxistauglichkeit mit existierenden und im Markt eingesetzten Simulationswerkzeugen zu gewährleisten, wurden entsprechende Programme ebenfalls mit den Daten aus zenon verknüpft. Ein eigens im Forschungsprojekt entwickelter Wizard sowie ein umfassendes Schulungskonzept sollen bei der Bedienung helfen. Expertenbefragungen und eine Onlineumfrage unter Domänenexperten lieferten zudem wichtige empirische Erkenntnisse über die Wünsche potenzieller Kunden eines solchen Simulationskonzepts.
Bei der Einbindung neuer Komponenten oder kompletter Fertigungslinien in einen bestehenden Produktionsprozess müssen oft unterschiedliche Datenbasen zusammengeführt werden. Diese Daten umfassen zum Beispiel Steuerungs-, Sensor- oder Softwaredaten der neuen sowie alten Komponenten. Den Aufwand dieser Integration scheuen viele KMUs. „Die aus den Simulationen gewonnenen Erkenntnisse können sowohl dabei helfen, bestehende Anlagen zu verbessern, als auch neue Anlagen zielführender und effizienter zu planen“, fasst Merz zusammen.
Ein Forschungsprojekt mit Bildungsauftrag
Das Projekt SimuProd lieferte nicht nur neue Erkenntnisse zum Einsatz von Simulationmethoden und -werkzeugen in Produktionsstätten, sondern war auch auf der Bildungsebene erfolgreich. Im Projektzeitraum entstanden ein gemeinsames Strategiepapier, vier wissenschaftliche Publikationen, vier Masterarbeiten, zwei Bachelorarbeiten und ein F&E-Masterprojekt. Außerdem wurde mit SimuProd der Grundstein für das Nachfolgeprojekt IMP (Intelligence Maintenance Planning) gelegt.
Das Projekt intensivierte die bereits seit vielen Jahren bestehende Zusammenarbeit zwischen der Fachhochschule Salzburg und COPA-DATA. Beide Seiten stufen das Projekt als wichtigen Schritt für die künftige Digitalisierung von KMUs ein und sehen in den Erkenntnissen großes Potenzial für marktreife Lösungen. „Wir konnten beweisen, dass unsere Software zenon mit markterprobten Simulationswerkzeugen funktioniert. Das kann auch aus einem KMU eine Smart Factory der Zukunft machen“, meint Reinhard Mayr.