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Simulation von Verpackungsanlagen

Datenfluss vom Design bis zur Produktion

Maßgeschneiderte Verpackungslinien schneller konstruieren und in Betrieb nehmen: Daran arbeitet der amerikanische Verpackungshersteller Westrock mit einem durchgängig digitalen Engineering. Vom ersten Mausklick an fließen alle Konstruktionsdaten in die Plattform von Dassault Systèmes ein. Eine Softwarelösung von Rexroth verbindet diese virtuelle Simulation mit der realen Maschinenwelt. Dadurch kann die Steuerung die Daten und Befehle der Simulation interpretieren und korrekt umsetzen. Noch bevor die ersten Maschinenmodule montiert werden, überprüfen und optimieren die Konstrukteure sämtliche Bewegungen und programmieren die Steuerung. Wenn die Maschine beim Kunden in Betrieb genommen wird, können die Techniker so eine schnellere und effizientere Inbetriebnahme sicherstellen.




Bild: WestRock Company

In der Getränkeabteilung von Supermärkten wetteifern viele verschiedene Verpackungen um die Aufmerksamkeit der Käufer. Umso wichtiger ist daher, wie ein Produkt im Regal wirkt. Der Verpackungshersteller Westrock hat die Anforderungen seiner Kunden verstanden und seinen gesamten Wertschöpfungsprozess, zu dem auch der Bau maßgeschneiderter Anlagen für seine Kunden gehört, danach ausgerichtet. Von der Verpackungsidee bis zur Umverpackung von Getränkeflaschen in beispielsweise Vierer-, Sechser- oder Achter-Packs auf eigenen Linien setzt das Unternehmen konsequent auf digitales Engineering und hat dabei ein erhebliches Einsparpotenzial identifiziert.

Durchgängig digitaler Workflow

Die Designer von Westrock testen für ihre Kunden über einen virtuellen Supermarkt bereits vor der Produktion, was am Ende im Regal stehen wird. So können sie zum Beispiel mehrere Varianten einer neuen Gebindegröße in die Regale platzieren, sofort berechnen wie viele Gebinde in den vorhandenen Regalraum passen, ob das Gewicht für die Käufer noch angenehm ist und wieviel Platz die Waren im Einkaufswagen einnehmen. Bevor sie dem Getränkehersteller die neue Umverpackung vorschlagen und im virtuellen Supermarkt anschaulich präsentieren, senden sie die Daten aber erst einmal an einen Kollegen in der Arbeitsvorbereitung. Der übernimmt die Daten und prüft in seiner Simulationssoftware, ob und mit welchem Aufwand die neue Verpackung auf seiner Anlage zu welchen Stückkosten hergestellt werden kann.

Konstruktionsdaten fließen ein

Vom ersten CAD-Mausklick an können alle Konstruktionsdaten in die 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes einfließen. Noch bevor ein Monteur die erste reale Schraube anzieht, optimieren die Konstrukteure alle Antriebe und Kinematiken bis hin zu den Steuerungsfunktionen komplett mit Simulationssoftware. Bosch Rexroth stellt hierfür neben den 3D-Modellen auch Verhaltensmodelle, also vollständige virtuelle Abbilder der verbauten Komponenten zur Verfügung. „Der entscheidende Vorteil ist, dass die Ingenieure ihre Steuerungs-Applikation mit Hilfe der 3D-Experience-Plattform komplett virtuell in Betrieb nehmen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse können so direkt in der Engineering-Umgebung Indraworks von Rexroth angewendet werden“, erklärt Philippe Bartissol, Vice President, Industrial Equipment Industry, Dassault Systèmes.

Offen für Simulationsergebnisse

Möglich ist das durch die Softwarelösung Open Core Engineering von Rexroth. Diese Lösung verbindet die virtuelle Simulation mit der realen Maschinenwelt. Dadurch kann die Maschinen-Simulation die Daten und Befehle der echten Maschinen-Steuerung verstehen und sofort umsetzen. Dazu löst Bosch Rexroth eine Herausforderung, an der viele andere Steuerungen scheitern: „Oft läuft die Berechnung eines Takts der Maschinen-Simulation langsamer als die Realität. Um sich dennoch auf die Simulationsergebnisse verlassen zu können, muss sich die Steuerung dem zeitlichen Ablauf der Simulation anpassen und auf deren Ergebnisse warten. Damit wird ein reales Verhalten der Maschinen-Simulation sichergestellt“, erklärt Dr. Thomas Bürger, Leiter Entwicklungsbereich Automationssysteme bei Bosch Rexroth. Bei Westrock steuern mehrere Motion-Logic-Steuerungen, Indramotion MLC von Rexroth, die verschiedenen Module der Verpackungslinie mit insgesamt mehr als 80 intelligenten und schaltschranklosen Servoantrieben Indradrive Mi. Diese einzelnen Steuerungen sind über Sercos Echtzeit-Querkommunikation miteinander verbunden. Dadurch kann eine hohe Synchronität in der gesamten Linie gewährleistet werden.



Noch bevor ein Monteur die erste reale Schraube anzieht, optimieren die Konstrukteure alle Antriebe und Kinematiken bis hin zu den Steuerungsfunktionen komplett mit Simulationssoftware. Bild: WestRock Company

Entwicklungszeit drastisch reduziert

„Durch das neue modellbasierte Engineering mit Bosch Rexroth Komponenten und der 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes haben wir unsere Entwicklungszeit drastisch reduziert“, erklärt Philippe Duperray, Innovation Manager Westrock Machinery. Das verringert die Herstellkosten deutlich, bringt darüber hinaus im täglichen Betrieb erhebliche Kostenvorteile: Das virtuelle Abbild der Verpackungsgebinde kann nahtlos für die Arbeitsvorbereitung genutzt werden. Dort werden mit Hilfe der vorhandenen Daten die Produktionsabläufe vorab simuliert und kalkuliert. Sobald der Kunde den Auftrag freigibt, kann die Produktion abhängig vom System unverzüglich starten. „In der Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth und Dassault Systèmes haben wir neue Automationslösungen umgesetzt, die uns noch flexibler und produktiver machen“, betont Philippe Duperray. Denn die Konsumgewohnheiten der Verbraucher ändern sich immer schneller. Darauf muss das Unternehmen flexibel reagieren können. Für Westrocks Kunden bedeutet das, dass sie sich immer kürzeren Produktlebenszyklen und kleineren Losgrößen stellen müssen.

Umrüstung mit einem Mausklick

Kurze Umrüstzeiten zusammen mit höherer Agilität sind der entscheidende Stellhebel für die Produktivität. Deshalb zielt Westrock bei seinen aktuellen Verpackungslinien auf die Umrüstung per Mausklick. Innerhalb der Verpackungslinie haben die Ingenieure einen immer höheren Anteil bislang mechanisch ausgeführter Funktionen in die Software verlagert. Basierend auf der Engineering-Umgebung Indraworks und Open Core Engineering ist die Software dabei genauso modular aufgebaut wie die Hardware. Sie basiert komplett auf offenen Standards. Die Programmierung erfolgt mit den SPS-Sprachen nach IEC61131 und PLCopen-Bausteinen. Vordefinierte Technologiefunktionen, die Westrock einfach nur noch parametriert, vereinfachen das Umsetzen komplexer Funktionen. Angefangen von Nockenschaltwerken und Kurvenscheiben reicht die Palette bis zu komplexen Funktionen wie Flexprofile von Rexroth. Ändert sich ein Parameter, passen sich sämtliche Antriebe des betreffenden Antriebsverbundes automatisch an diese Veränderungen an. Über die SPS-basierte Automatisierung eröffnet Rexroth mit der Schnittstellentechnologie Open Core Interface die Möglichkeit komplett neue Ökosysteme zu entwickeln. Der Anwender hat einen erweiterten Direktzugriff auf den Steuerungskern. Damit entfällt in vielen Fällen der Umweg über eine gesonderte SPS-Programmierung. Das stößt das Tor zu Industrie 4.0 weit auf, weil IT-basierte Programme – wie die Simulationsumgebungen von Dassault Systèmes – nun direkt mit der Automatisierung kommunizieren.

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Datenfluss vom Design bis zur Produktion
Bild: WestRock Company



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