Siemens AG Österreich SINUMERIK: Digitalisierung für die Werkzeugmaschine

Bei der Digitalisierung der Produktion gewinnt die Verbindung zwischen Menschen, Maschinen und Systemen über die gesamte Wertschöpfungskette zunehmend an Bedeutung. Siemens bietet dafür unterschiedliche Lösungen.

Klaus Ponweiser
Leiter Machine Tool Systems bei Siemens CEE

„Durch die ständig wachsenden Anforderungen an die metallverarbeitende Industrie wird die Verbindung von realer und digitaler Welt immer wichtiger. Das Digitalisierungsportfolio von Siemens spielt dabei eine wesentliche Rolle.
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Im Werkzeugmaschinenbereich bietet Siemens Digitalisierungslösungen von der ersten Idee einer neuen Werkzeugmaschine bis hin zu ihrem Betrieb und der permanenten Optimierung. Dabei eröffnet die konsequente Anwendung aller Digitalisierungsmöglichkeiten neue Potenziale. „Siemens bietet für Maschinenhersteller und -betreiber Digitalisierungslösungen für den Bau von Werkzeugmaschinen (Build), den Einsatz von Werkzeugmaschinen (Operate) sowie die Optimierung von Maschinen und der Produktion (Optimize)“, erklärt Klaus Ponweiser, Leiter Machine Tool Systems bei Siemens CEE.

Schnell und flexibel von der Idee zur Maschine: Mit integrierten Soft- und Hardwarelösungen auf einer gemeinsamen Datenbasis im NX Mechatronics Concept Designer unterstützt Siemens dabei, den Maschinenentwicklungsprozess erheblich zu verkürzen.

Digitaler Zwilling steigert Flexibilität

Um auf Markt- und Kundenanforderungen schnell und flexibel reagieren zu können, virtualisieren und parallelisieren Maschinenhersteller zunehmend die Entwicklungsphasen neuer Maschinen. Voraussetzung hierfür ist der konsequente Einsatz aller Digitalisierungsmöglichkeiten – von der ersten Idee bis zur Inbetriebnahme der fertigen Maschine.

„Durch die Digitalisierung des Entwicklungsprozesses hat der Maschinenhersteller bereits sehr früh alle erforderlichen Daten als virtuelles Maschinenmodell vorliegen. So entsteht ein digitaler Zwilling der Maschine“, so Ponweiser weiter. Damit können auch Kundenwünsche und neue Optionen direkt und einfach auf ihre Machbarkeit geprüft und optimiert werden.

Kontinuierliche Optimierung von Maschinen und Fertigung: Auf Basis der Maschinen- und Zustandsdaten berechnet das SINUMERIK Integrate Modul Analyze MyPerformance die Effektivität der Gesamtanlage und liefert wichtige Indikatoren für Maßnahmen zur Effizienzsteigerung.

Virtuelle CNC-Inbetriebnahme

Mit integrierten Soft- und Hardwarelösungen auf einer gemeinsamen Datenbasis im NX-Mechatronics Concept Designer unterstützt Siemens dabei, den Maschinenentwicklungsprozess zu verkürzen. Durch eine virtuelle Inbetriebnahme kann die kapitalintensive Phase der eigentlichen Inbetriebnahme verringert werden. Dazu wird das virtuelle Maschinenmodell mit der realen Steuerungstechnik, der SINUMERIK, verbunden. Die Funktion der Maschine kann so unter nahezu realen Bedingungen getestet und weiter optimiert werden.

„Diese Vorgehensweise bietet dem Maschinenhersteller hohe Sicherheit. Eventuelle Schäden an der realen Maschine während der Inbetriebnahme bzw. des Einfahrens können vermieden werden“, betont Ponweiser. Der Maschinenbetreiber kann zudem seine Programme zur Teilefertigung frühzeitig unter quasi realen Bedingungen in einer virtuellen Umgebung testen.

Vom Design zum Werkstück

Liefert der Maschinenhersteller neben der realen Maschine auch ein virtuelles Maschinenabbild, resultieren für den Betreiber spürbare Vorteile. Er besitzt damit einen virtuell identischen Arbeitsvorbereitungsplatz, an dem er alle Produktionsschritte planen und optimieren kann. Damit lässt sich zum Beispiel die Bearbeitungsstrategie für ein neues Werkstück in der virtuellen Maschine überprüfen und einfahren, während die reale Maschine noch andere Teile produziert. „Das verkürzt die Rüstzeit und trägt zu einer höheren Rentabilität des Betriebes bei“, so Ponweiser weiter.

Durch die Verwendung der originalen SINUMERIK-Software, dem sogenannten virtuellen NC-Kern (VNCK), kann im Vorfeld die Bearbeitung nahezu realitätsidentisch simuliert werden. Die Produktionsplanung und Auslastung der Maschine können dadurch optimiert sowie die Werkstückkosten über die berechnete Maschinen-Hauptzeit einwandfrei kalkuliert werden. Siemens bietet damit eine Lösung, mit der sich die Maschinenverfügbarkeit erhöhen lässt: die optimierte CAD/CAM-CNC-Prozesskette zur Arbeitsvorbereitung inklusive steuerungsspezifischer und hochgenauer Simulation. „So lassen sich die Prozesse von der Produktentwicklung bis zur Fertigung effizient und fehlerfrei gestalten. Die so erstellten NC-Programme können direkt auf die Maschine transferiert und abgearbeitet werden“, hebt der Experte hervor.

Siemens bietet mit Manage MyMachines/Remote ein Plug-in zur MindApp Manage MyMachines. Es ermöglicht den Remotezugriff auf die CNC. Damit ist die vollständige Fernbedienung der CNC via ausfallsicherer, verschlüsselter Kommunikation über das Internet möglich.

Maschinen in Fertigungsprozesse einbinden

Die Vernetzung von Arbeitsvorbereitung und Fertigung sowie von Maschinen untereinander ist Voraussetzung für einen fehlerfreien Programm- und Datentransfer. SINUMERIK Integrate ermöglicht es, die Programme direkt an die Maschinen zu übertragen. Mit dem Modul Manage MyPrograms können fabrikweit CNC-Programmdaten verwaltet werden. Somit ist eine detaillierte Planung von Werkstücken, Aufträgen und Serien in der Produktion möglich. Damit zu den Programmen auch die richtigen Werkzeuge an der Maschine zur Verfügung stehen, bietet das Modul Manage MyTools eine zentralisierte Werkzeugdatenverwaltung. So kann der Werkzeugbedarf für Fertigungsaufträge schnell und effizient ermittelt werden.

Auch werkstattorientierte Betriebe streben zunehmend an, Werkzeugmaschinen intelligent in Fertigungsprozesse einzubinden. Mit smart operation hat Siemens für diese Unternehmen ein zukunftsweisendes Angebot entwickelt. Mit smartPrepare kann steuerungsidentisch am PC der Auftrag offline programmiert werden. Mit smartIT stehen Unterlagen digital direkt am Bedienfeld zur Verfügung und Speicherbegrenzungen gehören der Vergangenheit an. smartOperate eröffnet neue Bedienmöglichkeiten mit Touch-Technologien. Und mit smartMobile behält der Werkstattmeister vom mobilen Endgerät aus Teilevorrat, Auftragsstatus etc. seiner Maschinen immer im Blick.

Mit der MindAppAnalyzeMyDrives für die Umrichter Sinamics V20 und V90, Sinamics G modular und kompakt und Sinamics S (bis 250 kW) können Maschinenbetreiber nun auch die Antriebskomponenten ihrer Maschinen überwachen. Die Applikation sammelt sämtliche Betriebsdaten und wertet diese aus.

Kontinuierliche Optimierung

Der größte Anteil an den Lifecycle-Kosten einer Werkzeugmaschine sind die laufenden Kosten. Um die Stückkosten zu minimieren, muss der laufende Betrieb verbessert werden. „Optimierungspotenzial in der Fertigung besteht meist bei Instandhaltung und Maschinenzustandsüberwachung. Hierbei hilft die Vernetzung der kompletten Fertigung“, veranschaulicht Ponweiser.

Auf Basis der Maschinen- und Zustandsdaten berechnet das SINUMERIK Integrate Modul Analyze MyPerformance die Effektivität der Gesamtanlage (Overall Equipment Efficiency – OEE) und liefert wichtige Indikatoren für Maßnahmen zur Effizienzsteigerung. Durch die automatisierte Erfassung von Maschinendaten und Zuständen sowie einen Anwenderdialog zur manuellen Zustandserfassung seitens des Bedieners stellt Analyze MyPerformance die wesentlichen Daten zur Fertigungsoptimierung zur Verfügung.

Productivity Improvement zielt auf eine Steigerung der Produktivität älterer, bereits aus der Garantie gefallener Werkzeugmaschinen. Durch Maßnahmen wie z. B. die Modernisierung der Steuerungshard- und -software kann die Produktivität der Werkzeugmaschinen um bis zu 15 Prozent gesteigert werden. Eine Produktivitätssteigerung führt gleichzeitig auch zu reduzierten Stückkosten.

Optimierungspotenzial für Maschinenbauer

Ganz gleich, ob Modernisierung oder Entwicklung: Werkzeugmaschinen müssen ihre Marktreife schnell erreichen. Mechatronic Support modelliert, testet und optimiert alle beteiligten Systeme der Mechanik, Elektronik und Informationstechnik hinsichtlich ihrer Funktionalität in einer Simulationsumgebung. So können Maschinenideen mit geringem Zeit- und Kostenaufwand mechatronisch getestet und modifiziert werden. Noch höhere Bearbeitungsperformance wird durch Technologiefunktionen in der SINUMERIK wie Top Surface erzielt. Kompensationszyklen wie Nick Kompensation optimieren die Bearbeitung weiter.

„Durch die ständig wachsenden Anforderungen an die metallverarbeitende Industrie wird die Verbindung von realer und digitaler Welt immer wichtiger. Das Digitalisierungsportfolio von Siemens spielt dabei eine wesentliche Rolle“, fasst Klaus Ponweiser abschließend zusammen.