Fanuc Roboguide: Push-Effekt Digital Twin

Um ein optimales Zellendesign zu erreichen, können mit FANUC Roboguide Zellen modelliert und der passendsten Roboter für Anwendung und Konfiguration ausgewählt werden. Mit einer internen virtuellen Steuerung können Zykluszeiten so schnell und genau berechnet und validiert werden.

Wenn Bearbeitungszeiten technologisch ausgereizt sind, kann ein Mehr an Effizienz nur aus der Optimierung der Arbeitsvorbereitung oder der Fertigungsabläufe kommen. Die Vorzüge einer Simulation sind hinlänglich bekannt. Werden aber immer nur einzelne kleine Schritte betrachtet, ist das Potenzial, die Produktion effizienter zu gestalten, eher gering. „Wir haben nicht nur leistungsfähige Tools, sondern können diese heute schon konzeptionell zusammenführen“, zeigt Thomas Eder, Geschäftsführer Fanuc Österreich, den nächsten Schritt der Digitalisierung auf.

Im nächsten Entwicklungsschritt visiert Fanuc zudem an, Paketanbieter wie Cenit bei der Entwicklung von Software zur Erstellung Digitaler Zwillinge zu unterstützen. Erste Ergebnisse können möglicherweise schon auf der AMB 2020 gezeigt werden. (Bild: Cenit)

Thomas Eder
Geschäftsführer Fanuc Österreich

„Die Vorzüge der Simulation sind hinlänglich bekannt. Werden aber per Simulation immer nur einzelne kleine Schritte betrachtet, ist das Potenzial, die Produktion effizienter zu gestalten, eher gering. Fanuc hat nicht nur leistungsfähige Tools, sondern kann diese heute schon konzeptionell zusammenführen.“

Ganzheitliche Simulation von Maschine und Roboter

Mit dem Digitalen Zwilling werden jedoch die Grenzen der Betrachtung deutlich weiter gezogen. Das gilt sowohl für die Technik der Maschine oder Anlage als auch für den Betrieb um die Lebensdauer inklusive Service. Befragt nach dem Nutzen und der konkreten Einsparung hat ein Werkzeugmaschinenexperte einen einleuchtenden Vergleich gezogen: „Mit dem Digitalen Zwilling ist es wie mit einer Goldmine. Man weiß, dass Gold da ist, aber nicht genau an welcher Stelle.“ Sicher darf man sein, wenn man die Gepflogenheiten vieler Werkzeugmaschinen kennt, bei denen mechanische und elektrische Konstruktion, Softwareentwicklung und Inbetriebnahme zumeist noch getrennt sind. Alleine diese Kette zu schließen, verspricht mehr Effizienz in der Maschinenentwicklung.

Wer glaubt, der Digitale Zwilling sei nur ein Tool für Maschinenbauer, sollte die Werkstattpraxis berücksichtigen. Ein Zerspaner, der eine automatisierte Werkzeugmaschine betreibt und auf ein neues Werkstück umrüsten will, will kaum einen teuren Maschinenstundensatz riskieren, um herauszufinden wie sein Werkstück am besten zu bearbeiten ist, mit welcher Taktzeit er rechnen kann und wie der Roboter das Werkstück greifen und bewegen kann, ohne eine Kollision zu verursachen. Meist sind es ja erfahrene Bediener, die derartige Aufgaben bewältigen. Auch ihm ist damit geholfen, wenn er all diese Überlegungen außerhalb der Maschine abarbeiten kann.

Heute verlangen Zerspaner von ihren Lieferanten auch ein virtuelles Modell, das Maschine und Roboter umfasst, um auch bei Umrüstungen gewappnet zu sein und diese selbst bestimmen zu können. Leicht nachzuvollziehen, dass der Maschinenlieferant (oder der Systemintegrator) tatsächlich nur die für eine virtuelle Betrachtung erforderlichen Informationen dem Anwender zur Verfügung stellt – und nicht alle Details von der Spindel bis zum Linearantrieb.

Insbesondere in großen und mittelgroßen Zerspanungsbetrieben werden über den CAD/CAM-Einsatz hinaus heute schon Tools eingesetzt, um bei neuen Produkten den Fertigungsablauf im Vorfeld zu simulieren. Virtuell lassen sich Taktzeiten ermitteln, Kollisionsbetrachtungen anstellen und Abläufe überprüfen. Gerade auch die Einbindung eines Roboters zum Be- und Entladen der Maschine spielt eine wichtige Rolle.

Je genauer diese Simulationsprogramme reale Abläufe abbilden können, desto schneller ist man am realen Produktionsschritt. Allerdings: Wer bei welchem Arbeitsschritt wieviel Zeit einspart, lässt sich allgemein nicht beantworten. Zu unterschiedlich sind die Voraussetzungen in der Praxis, nicht zuletzt beim Kenntnisstand des Bedienpersonals. Gute Werkstattprogrammierer sind aufgrund ihrer Erfahrung oft nahe dran am Ergebnis, aber eben nicht exakt.

Die direkte Verbindung zwischen einer virtuellen Maschine und eines realen Maschinencenters ermöglicht viele Vorteile, die nebst der Beschleunigung der Inbetriebnahme auch den effektiven Produktionsausstoß erhöhen.

Stand heute

Wie ist der aktuelle Stand bei Fanuc? Zentrale Bausteine, sozusagen die DNA eines Digitalen Zwillings, sind die bereits bestehenden Simulationspakete Roboguide und CNC Guide. Mit Roboguide lassen sich sowohl die Bewegung eines Roboters als auch Applikationsbefehle simulieren – was die Erstellung und Modifikation von Applikationen deutlich beschleunigt.

Der CNC Guide – das entsprechende Tool auf der CNC-Seite – dient der Simulation sowohl von Fanuc-Konfigurationen als auch customized CNC-Konfigurationen unterschiedlichster Werkzeugmaschinen. Zudem hat CNC Guide eine integrierte Software für die Werkstattprogrammierung: Mit „Manual Guide i“ kann die Bearbeitung von Werkstücken programmiert, die Bearbeitung eingerichtet und direkt per Animation überprüft werden.

„Fanuc hat keine Ambitionen, ein eigenes CAD/CAM-System aufzulegen oder zu entwickeln. Die Strategie von Fanuc ist es, andere CAD/CAM-Hersteller zu unterstützen“, erklärt Thomas Eder. Deshalb unterstützt Fanuc diese Hersteller bei der Entwicklung von Postprozessoren, damit Maschinenentwickler und Anlagenbauer ihre gewohnte Entwicklungsumgebung für Fanuc-Produkte verwenden können. Im nächsten Entwicklungsschritt visiert Fanuc zudem an, Paketanbieter wie Cenit bei der Entwicklung von Software zur Erstellung Digitaler Zwillinge zu unterstützen. Erste Ergebnisse können möglicherweise schon auf der AMB 2020 gezeigt werden. Profitieren sollen von dieser Entwicklung alle CAD/CAM-Anbieter. „Fanuc will hier offen bleiben“, bekräftigt Thomas Eder.

Simulation der NC-Steuerung in Echtzeit

Der nächste, entscheidende Schritt auf dem Weg zum Digitalen Zwilling ist die Zusammenführung der einzelnen Tools. Dabei gehört es zur Strategie von Fanuc, einen Standardbaustein zu entwickeln, der in CAD/CAM-Systeme integriert werden kann. Anforderung an diesen Baustein: Er muss die NC-Steuerung in Echtzeit simulieren können. Dabei sollen die Systemgrenzen so weit gezogen werden, dass in die Simulation bzw. in den Digitalen Zwilling die Maschine mit ihrer gesamten Peripherie mit Roboter, Zuführsystemen oder Transportbänder einbezogen werden kann.

Ein denkbarer Ansatz – und da gibt es bereits praktische Beispiele – ist die Integration des FANUC CNC Guide in die Simulationssoftware, womit sich CAD-Modelle animieren und in Echtzeit verfahren lassen. Relativ gut in Echtzeit funktionieren auch Lösungen wie „Hardware in the Loop“, bei denen ein Maschinen- oder Zellenmodell über eine reale Steuerung und beispielsweise eine Profibus-Verbindung animiert und simuliert werden kann. CAD/CAM-Hersteller bevorzugen jedoch aus Kostengründen eine „Software in the Loop“-Variante, um ein CAD-Modell zu simulieren.

Thomas Eder sieht darin abschließend eine sehr praxisgerechte Lösung: „Das funktioniert mit großer Annäherung an reale zeitliche Abläufe. Um tatsächliche Echtzeit-Abläufe oder eine sehr starke Annäherung in der Simulation zu erzielen, müssen auch noch AI-Funktionen wie thermische Kompensation oder der Ausgleich von Spindelvibrationen integriert werden."