Wie alle großen Messen im Jahr 2020 wurde auch die in Deutschland typischerweise Ende November jährlich stattfindende Smart Production Solutions (SPS) in diesem Jahr als „SPS Connect“ virtuell. Die Veranstaltung umfasste ein Programm von Online-Vorträgen und -Präsentationen. Siemens beteiligte sich mit einem eigenen halbtägigen Online-Event namens SPS Dialog an der diesjährigen virtuellen SPS. Dabei wurden Präsentationen aktueller und zukünftiger Technologien mit Kunden-Use-Cases und einem virtuellen „Showroom“ kombiniert. Die Veranstaltung beleuchtete das Digital Enterprise-Angebot des Unternehmens und stellte einige zukunftsweisende Technologien und Lösungen vor.
Als führender Anbieter sowohl für die diskrete als auch für die Prozessautomatisierung verfolgt Siemens den Lösungsansatz, der heute von vielen Endbenutzern bevorzugt wird. Die Digital Enterprise Suite des Unternehmens kombiniert Automatisierungshardware mit Industriesoftware und entsprechenden Services. Softwareseitig kombiniert das Xclerator-Portfolio von Siemens Lösungen für Product Lifecycle Management (PLM) und Electronic Design Automation (EDA) mit Tools zur Konfiguration von Cloud-Lösungen wie der Siemens MindSphere-Plattform und der Low-Code-Entwicklungsplattform-Programmierung Mendix des Unternehmens. Damit können Anwender ihre Produkte und Prozesse mit digitalen Zwillingen modellieren, die die virtuelle und die reale Welt verbinden. Die Digital Enterprise Services von Siemens runden das Angebot mit Beratungs-, Implementierungs- und Optimierungsunterstützung ab.
Die Digital Enterprise Suites von Siemens unterstützen den digitalen Zwilling, der es Herstellern ermöglicht, Produktdesign- und Produktionsprozesse in modernster Engineering-Software zu simulieren. Mit einem digitalen Zwilling können Anwender laut Siemens Produktdesigns nach definierten Randbedingungen testen und anschließend in Software optimieren, bevor physische Prototypen gebaut werden. Dieser Prozess kann die Entwicklungszeit beim Übergang vom Design zur Produktion drastisch verkürzen, indem die „Trial-and-Error-Phase“ des Prototypenbaus entfällt. Für die Produktion beschleunigt die virtuelle Inbetriebnahme mit einem digitalen Zwilling die Inbetriebnahme einer Maschine oder ganzer Anlagen mit weniger Risiko.
Auf der Veranstaltung SPS Dialog demonstrierte Siemens die durchgängige Digitalisierung anhand von realen Maschinenanwendungen. Jede Anwendung wird im Folgenden beschrieben.
Module Type Package (MTP) bezieht sich auf einen neuen Standard für die Neugestaltung von Prozessanlagen in modularer Form. Anstatt für alle Prozessschritte eine einzige Maschine zu erstellen, realisiert dieser Ansatz einige Prozessschritte in einzelnen Modulen. Diese Module, die für Flexibilität auf Rahmen montiert werden können, integrieren Geräte wie Kompressor, Pumpen und Ventile zu einer funktionalen Einheit mit lokaler Intelligenz. Benutzer können dann Module hinzufügen oder entfernen, um einen Prozess zu vergrößern oder zu verkleinern, wenn sich die Nachfrage ändert.
Mittels digitaler Zwillinge können Ausrüster neue Module entwickeln und diese anschließend einfach in bestehende Produktionslinien integrieren. Das Digital Enterprise-Portfolio ermöglicht es Benutzern, Module im Voraus zu simulieren, zu testen und vorzukonfigurieren. Damit kann Siemens den Engineering-Aufwand bei der Inbetriebnahme deutlich reduzieren und die Module schnell und einfach in das Anlagen- und Prozessleitsystem integrieren.
Bei MTP arbeiten Anwender mit vollautomatisierten, vorgetesteten und einsatzbereiten Modulen, die sich in zwei Schritten (physikalischer Anschluss, Modulimport) einfach integrieren lassen.
Der Einsatz der additiven Fertigungstechnologie (AM) in industriellen Anwendungen hat in den letzten Jahren stark zugenommen. In dieser Siemens-Anwendung wird AM verwendet, um die Produktion von Formen für Leichtbaukomponenten, wie sie in Formel-Rennwagen verwendet werden, zu beschleunigen. „Flexbot“, eine Innovation, die einen Sechs-Achs-Roboter mit einer SINUMERIK CNC-Steuerung in einer Maschine kombiniert, ein Teil 3D-druckt und anschließend mit einer Frässpindel glättet – und das mit hoher Präzision. Mithilfe eines digitalen Zwillings und Simulationstools wurde der Roboter vor dem Bau optimiert, um Kollisionen zu vermeiden und die Gesamtbearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. AM bietet Herstellern erhebliche potenzielle Vorteile, darunter niedrigere Kosten und kürzere Zeit bis zum fertigen Produkt. In dieser Anwendung wird sowohl für die additive als auch für die subtraktive Fertigung nur eine Maschine eingesetzt und die gesamte Anlage inklusive Fertigungsprozess virtuell entwickelt, geplant und validiert.
Sowohl in der Konstruktions- als auch in der Betriebsphase bietet der digitale Zwilling enorme Kosteneinsparungspotenziale. Niemand versteht eine Maschine besser als die, die sie gebaut haben, aber sobald die Maschine das Werk des Herstellers verlässt, ist es schwierig, ohne Zugriff auf aktuelle Daten Verbesserungen vorzunehmen oder Probleme zu lösen.
Durch den Zugriff auf Daten aus dem digitalen Zwilling einer Maschine im Feld kann der Bauherr seinen Kunden jedoch dabei helfen, die Maschine vor Ort kontinuierlich zu optimieren, um beispielsweise die Energieeffizienz zu verbessern oder den Betrieb zu optimieren. Auf der Veranstaltung SPS Dialog wurde dies an einer Verpackungsmaschine von TrakRap, einem kleinen britischen Hersteller von Verpackungsmaschinen für schnelldrehende Konsumgüter, demonstriert. Mithilfe von Simulationen optimierte das Unternehmen sein Maschinendesign, um Verpackungsmaterial zu reduzieren und weniger Abfall zu erzeugen. Durch die Überwachung von Parametern am Industrial Edge konnten die Entwickler zudem den Energieverbrauch der Maschine reduzieren. Zudem habe das Unternehmen die Time-to-Market um 40 Prozent verkürzt und die Gesamtkosten um 30 Prozent gesenkt, so der Maschinenbauer. Schließlich hat TrakRap ein neues Geschäftsmodell entwickelt und bietet seinen Kunden nun einen Service basierend auf dem Output gemessen in "Pay-per-Wrap".
Siemens teilte auch einen Blick auf einige neue Technologien, von denen das Unternehmen glaubt, dass sie die Fertigungslandschaft jetzt und in naher Zukunft verändern werden.
Die drahtlose 5G-Kommunikation wird einen großen Einfluss auf die Industrie haben. Mit hohen Datenraten und zuverlässiger latenzarmer Übertragung wird 5G eine flächendeckende, drahtlose Vernetzung von Produktion, Wartung und Logistik ermöglichen. Während wir noch ein weiteres Jahr auf die Version von 5G warten müssen, die den größten Nutzen für industrielle Anwendungen bringt, hat Siemens kürzlich seinen ersten 5G-Router angekündigt und damit gezeigt, dass es ein Vorreiter in der 5G-Technologie für industrielle Anwendungen sein will.
Der Industrial Edge hat sich als neue Grenze der Industrie 4.0 herauskristallisiert. Viele Hersteller sammeln und werten mittlerweile Maschinendaten für unterschiedlichste Anwendungen aus. In Ermangelung spezifischer Tools haben viele ihre eigene Software geschrieben, die auf lokalen Industrie-PCs ausgeführt wird, aber diese Methode erfordert Ressourcen zur Wartung, und Updates können Kopfschmerzen bereiten. Eine bessere Lösung für den Edge ist eine lokale Plattform, die Geräte, Updates und Sicherheitspatches zentral verwaltet; wickelt die Kommunikation mit der Cloud ab; und trägt dazu bei, Cybersicherheit auf Industrieniveau zu gewährleisten.
Siemens adressiert diese Anforderungen mit dem Industrial Edge Management System, einer Edge-Plattform, die die Edge-Infrastruktur verwaltet. Die Plattform selbst kann vor Ort auf einem Industrie-PC oder einer SPS laufen oder in der Cloud, wo sie Geräte unabhängig von ihrem Installationsort verwalten kann. Edge-Apps und -Software können aus der Ferne auf Geräten installiert werden, während deren Statusinformationen zentral überwacht werden.
Während sich die Anwender über die Vorteile der Maschinendatenanalyse einig sind, sind sich manche nicht einig, ob diese am Edge oder in der Cloud erfolgen soll. Die Antwort ist natürlich "es kommt darauf an". Für kleine Datenmengen können Edge-Geräte ausreichend sein, für größere Datenverarbeitungsaufgaben kann jedoch eine Cloud-basierte Lösung besser geeignet sein. In einer Hybridlösung können Daten lokal vorverarbeitet werden, bevor nur Schlüsseldaten zur Speicherung oder Weiterverarbeitung in die Cloud hochgeladen werden. Diese Lösung ist besonders attraktiv für große Hersteller, die Daten von mehreren Einrichtungen vergleichen und vergleichen möchten. Während Edge-Plattformen typischerweise auf jeder Cloud-Plattform gehostet werden können, bietet Siemens MindSphere als industrielle IoT-as-a-Service-Lösung an.
Maschinenbauer haben es oft schwer, erfahrene Software-Ingenieure mit der Fähigkeit zu gewinnen, den komplexen Code zu schreiben, der für den Zugriff und die Auswertung von Maschinendaten erforderlich ist. Eine Lösung hierfür ist die Low-Code-Anwendungsentwicklung. Für den Industrial Edge hat Siemens kürzlich die Mendix Industrial Edge-Plattform vorgestellt, mit der Benutzer auf der Low-Code-Plattform von Mendix benutzerdefinierte Anwendungen erstellen können, die lokal als Edge-App ausgeführt werden. Die Plattform soll die Komplexität der Datenanalyse abstrahieren und es mehr Menschen ermöglichen, ihre eigenen IoT-Anwendungen zu entwickeln.
„Integration“ beschreibt, wie Geräte und Software nahtlos zusammenarbeiten. In der heutigen IT-getriebenen Umgebung bezeichnet der Begriff auch die vertikale Integration von Geräten, Software und Daten zwischen Edge und Cloud. Im Siemens-Angebot für diskrete Fertigung auf der SPS ist der rote Faden die kontinuierliche Integration von Hardware, Software und Services bis hin zu Maschinendaten mit Edge- oder Cloud-basierten Industrieanwendungen, die alle durch neue Technologien wie KI und 5G ermöglicht werden, die die Gesicht der Fertigung.
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Schlagworte: Smart Production Solutions, SPS, Siemens, Discrete Automation, Industrial Edge, Cloud Computing, MindSphere, Digital Twin, Digital Enterprise, ARC Advisory Group.