Komplexe Planungsaufgaben zuverlässig bewältigen

Anlagen- und Materialflusssimulation

Die Rippert Anlagentechnik GmbH & Co. KG in Herzebrock-Clarholz setzt bei der Konzeption komplexer Beschichtungs- und Lackieranlagen auf 3D-Simulationssoftware. Der Anlagenbauer gewinnt dadurch Planungssicherheit und senkt die Investitionskosten seiner Kunden. Durch die Simulation von Produktionsszenarien wird dabei auch der Blick auf zukünftige Fertigungsprozesse möglich.



Bild: Dualis

Die Anlagenplaner der Rippert Anlagentechnik hatten schon viele Lackier- und Beschichtungsanlagen konzipiert, aber diese eine drohte, ihnen über den Kopf zu wachsen: Die Aufgabe war, eine Chrombeschichtungsanlage von hoher Komplexität zu entwerfen. Die Werkstücke sollten zunächst an die Anlage übergeben und mit einem Transport-Laufwerk zum Reinigen an eine Waschstation gebracht werden, ehe sie zum Trocknen eine Aufwärmanlage durchliefen. Die unterschiedlichen Teile sollten dann auf einer Förderanlage, in der gleichzeitig 42 Laufwerke unterwegs waren, vor einen Lackierroboter gefahren werden. Der Automat übernahm dann teils die Decklackierung, teils die Grundierung.

Je nach Lackart und Teileabmessungen beziehungsweise -geometrie führte das zu unterschiedlichen Verweilzeiten im Einbrennofen, mit der Folge, dass manche Teile andere noch im Ofen überholen und die einzelnen Prozesse in einer nicht mehr überschaubaren Weise miteinander wechselwirken konnten. Auf der Suche nach einer Simulationssoftware stieß das Unternehmen auf die Simulationslösungen von Dualis, und gab bei dem Softwarehaus eine 3D-Modellsimulation für seine Chrombeschichtungsanlage in Auftrag. Das Dresdner Softwarehaus konnte sie innerhalb weniger Tage fertigstellen. „Früher wurden solche Layouts auf Papier gezeichnet und die Produktionsprozesse dann mit Bauklötzchen oder zurechtgebogenen Büroklammern nachgestellt“, schildert Heike Wilson, Geschäftsführerin der Dualis GmbH IT Solution. „Aber im Laufe der Zeit wuchsen die Anforderungen, die Anlagen wurden immer komplexer – ihre Planung lässt sich nur noch mit der passenden Software bewältigen.“

Um künftig selbst eigene, komplexe Simulationsmodelle erstellen zu können, investierte Rippert Anlagentechnik in eine Softwarelizenz. Das Unternehmen entschied sich dabei für die Lösungen ‚3DCreate‘, ‚3DRealize‘ sowie ‚Visual Components‘ des Softwarehauses. Neben dem Preis spielte bei der Investitionsentscheidung auch die Frage eine Rolle, ob die Software auf der vorhandenen Hardware laufen würde und ob zur Bedienung intensive Schulungen erforderlich waren. Diesen Anforderungen wurde der neue Simulator gerecht, zudem lassen sich einmal erstellte Komponenten wie Förderstrecken, Lackierkabinen oder Einbrennöfen jederzeit für die Simulation einer anderen Anlage verwenden.

Planungssicherheit durch Simulation

Rippert Anlagentechnik nutzt die Simulationstechnologie mittlerweile, um praktisch sämtliche Anlagen zu simulieren. Das erhöht die Planungssicherheit enorm, denn der Planer kann bestimmte Situationen durchspielen und so beispielsweise testen, wie sich kritische Situationen, etwa die Überlastung oder gar der Stillstand der Anlage beim Überlaufen bestimmter Stationen, vermeiden lassen. So können Ausweichstrategien frühzeitig erarbeitet und die Anlagengestaltung optimiert werden, ohne dass dazu teure Nacharbeiten erforderlich sind. Und da sich die Anlagen vor dem Kauf jetzt genau auf die jeweiligen Anforderungen zuschneiden lassen, bleiben auch die Investitionskosten niedrig. „Solche simulierten Anlagen gehen mit wesentlich steileren Anlaufkurven in den Echtbetrieb als ihre traditionell geplanten Pendants: Sie weisen weniger Startschwierigkeiten auf, erreichen ihre volle Produktivität in ungefähr einem Drittel der Zeit und spielen damit auch schneller ihre Investitionskosten wieder ein“, nennt Heike Wilson einige Vorteile.

Aussagekräftige Visualisierungen für den Vertrieb

Simulation ist aber nicht nur ein Planungsinstrument, sondern kann als vertriebsunterstützende Maßnahme hohe Überzeugungskraft entwicklen. Visualisierungen eröffnen die Möglichkeit, dem Kunden die Funktionsweise neuer Anlagen in plastischen Details vor Augen zu führen oder gemeinsam mit dem Abnehmer verschiedene Varianten einer Anlage durchzuspielen – und ihm so Berührungsängste zu nehmen. Denn in den 3D-Programmen wurde der Standard ‚3D-PDF‘ integriert. Das macht es dem Anwender möglich, ’seine‘ Simulation digital aufzuzeichnen und auf jedem beliebigen Rechner ablaufen zu lassen, sie beispielsweise Kollegen oder Freunden vorzuführen – und dabei einfach die Macht der Bilder wirken zu lassen. „3DRealize ist wie ein Flugsimulator. Wir steigen gemeinsam mit unseren Kunden ein, drehen ein paar Runden über den Wolken und testen den Landeanflug sowie kritische Situationen. Anschließend können wir unser Konzept weiter verbessern, und auch unsere Kunden wissen, wovon wir reden“, sagt ein Anlagenbauer.

Simulationssoftware kann einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, die Inbetriebnahmezeiten von Anlagen zu senken. Dabei lassen sich Maschinenabläufe oder Roboterbewegungen genauso untersuchen wie Materialfluss-Szenarien in der Anlage. Bild: Dualis

Optimierter Betrieb durch Blick in die Zukunft

Die Simulationssoftware kann in der Anlage auch mit der SPS verknüpft und zur Arbeitsvorbereitung genutzt werden. Damit lässt sich erkennen, wie lange ein bestimmtes Teil für seinen Durchlauf braucht, ob zusätzliche Teile außerplanmäßig in den Prozess eingegeben werden können oder wann eine bestimmte Anzahl von Teilen abgearbeitet ist und in den Versand gehen kann. Die Simulationssoftware wird damit zu einem Tool für die Produktionsplanung, mit dem über die Abbildung von Szenarien die mögliche Auslastung einer Anlage vorausberechnet werden kann.

In Kombination mit dem Optimierungswerkzeug ‚Ganttplan‘ kann der Planer diese zukünftigen Abläufe sogar optimieren. Denn per Software lässt sich beispielsweise erkennen, wann bestimmte Teile in die Anlage aufgegeben werden müssten, um bestmögliche Durchlaufzeiten, den geringsten Personaleinsatz oder den größten Durchsatz zu erreichen. In einer Anlage zur Lackierung von Großgetrieben zeigte sich anhand dieser Simulationsmethoden beispielsweise, dass statt drei Lackierern in drei Schichten ein einzelner Lackierer ausreichen würde.

Das hatte zur Folge, dass nur noch eine Lackierkabine samt Zuluftanlage benötigt wurde, und die Gesamteinsparung beim Anwender summierte sich nach Angaben des Anlagenbauers am Ende auf über 400.000 Euro. „Auch mit viel Erfahrung kann man eine Anlage nicht besser planen als mit Simulationssoftware – dafür bräuchte man einen Schachweltmeister, der Hunderte von Parametern gleichzeitig im Blick behalten kann. Simulation macht die Planung komplexer Anlagen wesentlich einfacher und ihren Betrieb sicherer und effizienter“, zeigt sich Wilson vom Nutzen von Planungs-Software gerade für den Maschinen- und Anlagenbau überzeugt.

2D- Simulation zur Reorganisation von Materialströmen

Die Frage, ob gegenüber einer dreidimensionalen Simulation nicht auch eine in 2D reicht, entscheidet sich letztlich am konkreten Anwendungsfall und sollte nicht beispielsweise anhand der zur Verfügung stehenden Software entschieden werden. So erfordern die Darstellung von Anlagen- oder Roboterzellen, Kollisionsbetrachtungen oder Erreichbarkeitsanalysen typischerweise 3D-Visualisierungen.

Eine komponentenbasierte Software kann hier den Aufbau von Layouts erleichtern, da die bereits vorhandenen Komponenten aus der Bibliothek gezogen werden können. Die Vorteile von 2D-Simulationen kommen dann zum Tragen, wenn Prozesse ganzheitlich betrachtet werden sollen, wie beim Zusammenspiel von externer und innerbetrieblicher Logistik bei den Materialströmen. Hier kommt es in der Regel auf Wegeoptimierung, Puffer- und Lagerdimensionierung und den optimalen Einsatz von Transport- und Mitarbeiterressourcen an.

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