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Vorhersage schafft Einsparung

Automobilindustrie: Simulation mit der digitalen Fabrik sichert Produktionsdurchsatz ab
Vorhersage schafft Einsparung

Die deutsche Automobilindustrie arbeitet verstärkt an umweltschonenden Lösungen im Fahrzeug- und Karosseriebau. Innocat, eine Innovationsallianz aus Wirtschaft und Wissenschaft, beschäftigt sich mit den Abläufen in der Produktion von Autos. Ziel: energieeffizientere Techno- logien entwickeln – ohne Einbußen bei der Produktivität. Siemens PLM Software unterstützt dabei mit seinem Tecnomatix-Portfolio.

Exklusiv in KEM Die Autorin, Elisabeth Wagner, arbeitet als Journalistin bei Lewis PR in München

Bei Alltagsgeräten wie einem Fernseher oder Kühlschrank lässt sich einfach der Stecker ziehen. Bei einer Schweißzelle, die Teil einer Produktionslinie ist und somit mit vielen Prozessen zusammenhängt, ist das ungleich schwerer. Nach dem Stromabschalten und -einschalten sind eine Reihe komplexer Prozesse zu berücksichtigen. Um langfristig eine ressourcenschonendere Zukunft in der Automobilproduktion gewährleisten zu können, müssen Fragestellungen dieser Art gelöst werden und Produktionsanlagen nach dementsprechenden Kriterien ausgelegt sein. Durch die Simulation mit der digitalen Fabrik lassen sich Produktionsdurchsatz und Qualität im Vorfeld planen und digital absichern. Verschiedene Werkzeuge, wie die Planungstools von Siemens PLM Software, helfen dabei, den Energieverbrauch in der Fahrzeugproduktion vorherzusehen, zu planen und zu optimieren. Genau hier setzt die Innovationsallianz Innocat an.
Technologieverbund aus mehr als 60 Unternehmen
„Green Carbody Technologies (Innocat)“ ist ein Technologieverbund aus mehr als 60 renommierten Unternehmen wie Volkswagen, Daimler und Siemens sowie drei Fraunhofer-Instituten. Zusammen suchen sie nach Lösungsansätzen für einen effizienteren Energie- und Ressourceneinsatz in Kernbereichen der Produktionstechnik für die Automobilfertigung. Die Unternehmen sind produktionstechnische Automobilausrüster, Zulieferer von OEMs oder stammen aus der Stahlindustrie und sind daher an praxisnahen und anwendungsorientierten Lösungen interessiert. So forschen sie gemeinsam nach Wegen, um die Prozesse in der Produktion energieeffizienter zu gestalten – bei gleichbleibender Produktivität. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz über den gesamten Fertigungsprozess verfolgt. Ziel von Innocat ist es, Ressourcen zu schonen, Kosten zu reduzieren sowie die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilhersteller zu stärken. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Die Forscher nehmen dabei unterschiedliche Sparten unter die Lupe: Niedrigenergie-Produktion, Lackiertechnik, Werkzeugbau, Presswerk. Ein weiteres Verbundprojekt namens Innocat4 widmet sich dem Karosseriebau, einem der energieintensiven Bereiche im Produktionszyklus einer Karosserie. Innocat4 forscht an neuen Technologien, Verfahrensprozessen und Werkzeugen für die Karosseriefertigung, die eine direkte Umsetzung in der industriellen Praxis finden sollen. Siemens PLM Software unterstützt das Projekt mit Software-Vollversionen aus seinem Tecnomatix-Portfolio, der Lösung für die digitale Fabrik. Dazu stellt das Unternehmen jeweils mehrere Plant-Simulation- und Process-Designer-/Process-Simulate-Planungstools für die Laufzeit des Projektes zur Verfügung.
Planung von Rohbau- Produktionszellen
Tecnomatix kommt in der Planung von Rohbau-Produktionszellen zum Einsatz. Die Software hilft nicht nur dabei, den Energieverbrauch der Roboter in den einzelnen Produktionslinien vorab zu berechnen, sondern zeigt auch Möglichkeiten auf, wie und wo der Stromverbrauch gesenkt werden kann. Diverse Aspekte, wie die Abschaltung der Produktionsanlage am Wochenende, Standby-Betrieb in Pausen oder kürzere Förderwege, werden nach energetischen Kriterien untersucht. Eine Produktionsanlage im Standby-Modus verursacht zum Beispiel am Wochenende immer noch 60 % des Stromverbrauchs, der unter der Woche bei vollem Betrieb anfällt. Auch eine optimalere Positionierung der Roboter oder die Vorschau der einzelnen Handgriffe helfen, die Vorhersage schon in der Planungsphase genauer zu treffen. So lässt sich der Energiebedarf pro Teil kalkulieren. Das hilft, eine intelligente Anlagensteuerung einzurichten.
Vorhersage des Energieverbrauchs
Durch die Simulation und Vorhersage des Energieverbrauchs lässt sich die Infrastruktur für Strom, Heizung und Pressluft optimieren. Weil die Verbrauchsvorhersage schwierig ist, wird hier oft überdimensioniert, um die Versorgung in jedem Fall sicherzustellen. Die Tecnomatix-Software kommt dabei an verschiedenen Stellen zum Einsatz: Das Planungstool Process Designer von Siemens PLM Software ermöglicht bereits in der Frühphase der Konzeptplanung die Simulation von Fertigungsalternativen, die Koordination von Ressourcen und die Implementierung von Änderungen. Verschiedene Anwendungen helfen Ingenieuren unter anderem bei der Definition und Prüfung von Produktmontagesequenzen, der Erstellung von Montagestraßenlayouts und der Zuweisung der für jeden Vorgang benötigten Zeit.
Die Komponente Plant Simulation ist ein Werkzeug zur ereignisdiskreten Simulation, mit dem sich digitale Modelle logistischer Systeme und von Produktionsabläufen erstellen lassen – lange bevor die realen Produktionssysteme montiert werden. Umfangreiche Analysewerkzeuge zur Erkennung von Engpässen und zur Erstellung von Statistiken und Diagrammen ermöglichen die Auswertung unterschiedlicher Fertigungsszenarien. Die Ergebnisse liefern die Daten, die für schnelle und dauerhafte Entscheidungen in der Frühphase der Produktionsplanung erforderlich sind. So lassen sich Materialfluss, Ressourcennutzung und Logistik für alle Stufen der Anlagenplanung von globalen Produktionsstätten über lokale Fabriken bis hin zu einzelnen Linien modellieren und simulieren. Die digitalen Modelle ermöglichen die Durchführung von Experimenten und Was-wäre-wenn-Szenarien. Dadurch können die Eigenschaften des Systems untersucht und seine Leistung optimiert werden.
Programmierung von harmonischen Bewegungen
Roboter zum Beispiel bewegen sich oft ruckartig und eckig und verursachen dadurch hohe Verbrauchsspitzen beim Beschleunigen und harten Abbremsen. Process Simulate Robotics ermöglicht die Programmierung von harmonischen, runden Bewegungen und effizienten Roboterbahnen, die oft ein bis zu 30 % großes Energiesparpotenzial aufzeigen. Hohe Energieverbrauchsspitzen gibt es auch bei dem Einschalten aller Geräte gleichzeitig in der Anlage. Laut Matthias Frische, Integration Manager der Siemens AG, vermeidet ein sequenzielles Einschalten diese Spitzen beim Einschaltstrom. Die Stromversorgungsinfrastruktur, zum Beispiel Transformatoren, ließe sich so kleiner dimensionieren und könnte nicht nur Kosten und Energie einsparen, sondern auch einen besseren Wirkungsgrad erzielen.
Das Produkt Process Simulate wiederum entwirft und überprüft Fertigungsprozesse in einer dynamischen 3D-Umgebung. Fertigungstechniker sind dadurch in der Lage, Sequenzen von Fertigungsprozessen mit realistischem Verhalten und optimierten Zykluszeiten auszuarbeiten und zu validieren. Process Simulate kann auch für verschiedene Roboterprozesse verwendet werden und ermöglicht dadurch die Simulation und Inbetriebnahme von Produktionssystemen. Daten aus solchen Planungstools werden in Zukunft auch bei der Vorhersage, Planung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Fahrzeugproduktion eine wichtige Rolle spielen. Matthias Frische zufolge zeigen die Programmierungen mit den Tecnomatix-Planungstools ein Energiesparpotenzial von bis zu 15 % auf, in Einzelbereichen sogar weit höher – ohne Abstriche beim Output.
Siemens PLM, Tel.: 0 89 17 30 19 – 38, E-Mail: Elisabeth.Wagner@lewispr.com
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