Nicola Iovine, Strategic Business Developer EMEA, Digital Design and SaaS, bei Rockwell Automation, fasst zusammen: „Emulate3D entwickelt sich zu einem Impulsgeber im Bereich des Industriedesigns, da immer mehr Unternehmen die enormen Vorteile der Technologie digitaler Zwillinge erkennen. Diese Umsetzung bei ECM Technologies ist ein echtes Vorzeigebeispiel dafür, was möglich ist und wie die Planung und Inbetriebnahme optimiert werden kann. Wir freuen uns darauf, ECM Technologies dabei zu unterstützen, sich im digitalen Bereich weiterzuentwickeln.“
- Die Wärmebehandlung ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess, der zahlreiche Herausforderungen mit sich bringt, wenn es darum geht, Entwürfe vom Reißbrett über die Fertigung bis hin zur Installation und Inbetriebnahme zu übertragen.
- Eine Lösung von Rockwell Automation wurde installiert, die die Emulate3D-Software mit digitalem Zwilling für virtuelle Inbetriebnahme, Durchsatzsimulation und industrielle Demonstration umfasste.
- Nahtlose bidirektionale Konnektivität und Interaktivität mit wichtiger Software von Drittanbietern, einschließlich MATLAB
- Ein Großteil des SPS-Codes wurde vor der Auslieferung der Anlage vollständig simuliert, optimiert und finalisiert
- Durch Vorabsimulation konnte die Vorlaufzeit auf dem kritischen Pfad um Monate verkürzt werden
- Verkürzung der Inbetriebnahmezeit um 50 %, selbst bei vollständiger Migration auf die Software des Kunden
- Das Projekt wurde pünktlich fertiggestellt und ECM hat mehr Vertrauen in die Einhaltung der Termine
- Weniger Besprechungen vor Ort und weniger internationale Reisen erforderlich
- Durch die Virtualisierung von Projekten kann ECM jetzt mehr Projekte gleichzeitig verwalten
Wenn Sie Lösungen mit digitalen Zwillingen mit der führenden Prozesssimulations- und Visualisierungssoftware kombinieren und diese Kombination auf große Wärmebehandlungsanlagen anwenden, ändert dies an der Funktion der Anlagen nichts, d. h. Metallerzeugnisse werden immer noch gehärtet, aber die Entwicklung, Installation und Inbetriebnahme wird wesentlich einfacher.
Dank der Bereitstellung der Emulate3D™-Software hat ECM Technologies, ein weltweit führendes Unternehmen für Design und Herstellung innovativer und modularer Niederdruck-Aufkohlungsöfen, eine Lösung entwickelt, die viele der Herausforderungen bei Installation und Inbetriebnahme großer Wärmebehandlungsanlagen bewältigt.
Die Wärmebehandlung in großem Maßstab ist keine leichte Aufgabe – vor allem nicht bei den enormen Volumen in der Automobilindustrie. Eine moderne Wärmebehandlungsanlage kann eine ganze Fabrik beanspruchen, weshalb sie aufgrund ihrer Komplexität in der Regel an Unternehmen mit entsprechenden Kapazitäten untervergeben wird.
Im Hinblick auf schlanke Betriebsprinzipien, Kostenkontrolle sowie Just-in-time-Fertigung und -Lieferung sind einige Automobilwerke jedoch bestrebt, Wärmebehandlungskapazitäten im eigenen Unternehmen und vor Ort zu schaffen. Und durch diese Verbindung von digitalisierter Prozesssteuerung und digitalen Zwillingen konnte ECM Technologies dies perfekt umsetzen, wobei viele der traditionellen Risiken vor der Installation ausgeschlossen wurden.
Herausforderung
Die Wärmebehandlung ist ein komplexes, mehrstufiges Verfahren mit einer Vielzahl von Prozessvariablen, die alle präzise gesteuert werden müssen, um Qualität und Konsistenz aufrechtzuerhalten. Beim Niederdruck-Aufkohlungsverfahren von ECM wird den Stahlteilen Kohlenstoff zugesetzt, um sie widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Ermüdung zu machen. Das von dem Unternehmen entwickelte Vakuumverfahren ermöglicht es den Bedienern, die in das Metall eindiffundierte Kohlenstoffmenge genau zu steuern, indem sie mehrere Variablen wie die Dauer für die einzelnen Stufen und den äußerst wichtigen Vakuumdruck kontrollieren.
Christian Dugit-Pinat, Automatisierungsexperte bei ECM Technologies, meint dazu: „Das Verfahren umfasst mehrere Stufen. Zunächst werden die Teile vor der Wärmebehandlung gewaschen und durch Aufkohlen im Vakuum gehärtet, was bis zu sechs Stunden dauern kann. Anschließend werden die Teile durch Gas- oder Ölabschreckung schnell abgekühlt, bevor sie gehärtet und einer Endbehandlung unterzogen werden. Insgesamt kann die Behandlung eines typischen Getriebeteils für ein Fahrzeug etwa 10 bis 13 Stunden dauern.
„Unsere elektrisch betriebenen Wärmebehandlungsanlagen sind als Mehrkammeranlagen konzipiert,“ ergänzt er, „sodass mehrere Teile mit ihren jeweiligen und oft einzigartigen Wärmebehandlungs-‚rezepten‘ die Anlage parallel durchlaufen können, wobei zwischen 50 und 80 Lasten gleichzeitig umgeschaltet werden. Jede dieser Lasten muss einzeln gesteuert und verwaltet werden, um ein Höchstmaß an Qualität sicherzustellen.“
Lösung
Die moderne Automatisierung ist durchaus in der Lage, diese Anlagen mit optimierten Parametern zu verwalten, aber die Entwicklung, Installation und Inbetriebnahme ist eine andere Sache, bei der viele Probleme und Verbesserungen erst in den Anlaufphasen offensichtlich werden.
„Wir wurden beauftragt, eine unserer Vakuum-Aufkohlungsanlagen, ICBP Jumbo, in einem großen Automobilwerk in Mexiko zu installieren“, erklärt Philippe Reymond, Projektleiter bei ECM Technologies. „Wir standen vor einer Reihe zusätzlicher Herausforderungen: Zum einen mussten wir die Produktion so schnell wie möglich zum Laufen bringen, zum anderen wies uns der Kunde an, seinen Softwarestandard zu verwenden, was ein umfassendes Umschreiben unseres bestehenden Codes erforderlich machen würde. Angesichts des normalen Zeitrahmens und der Komplexität eines Auftrags dieser Größenordnung wussten wir, dass wir eine Menge Arbeit vor uns hatten. Also suchten wir nach Wegen, das Projekt effizienter zu gestalten und schneller zu realisieren.“
ECM hatte sich mit digitaler Zwillingstechnologie als mögliche Lösung für seine Anforderungen befasst, und dieses Projekt gab dem Unternehmen den Impuls, die Emulate3D-Software von Rockwell Automation aktiv einzusetzen.
„Als wir diese Anlage in Mexiko planten, entschlossen wir uns, mithilfe der Ingenieure von Rockwell Automation einige Simulationen mit Emulate3D durchzuführen“, erklärt Reymond. „Dieses Projekt war gewaltig, und das Umschreiben und Testen des SPS-Codes in einem bestehenden Projekt war aus zeitlicher Sicht völlig unrealistisch, sodass ein virtualisiertes Modell die naheliegende Lösung war.“
„Durch die Virtualisierung ergaben sich für uns einige große Vorteile,“ fährt er fort, „von denen einer die Konnektivität mit anderen Softwareprogrammen war. Wir mussten nicht nur die mechanischen Aspekte der Konstruktion simulieren, sondern auch die Thermodynamik, die Verfahrensphysik und verschiedene Strömungen berücksichtigen. Dafür verwendeten wir MATLAB, das seine Ergebnisse direkt an den digitalen Zwilling zurücksenden konnte.“
Ergebnis
Durch den Einsatz von Emulate3D war ECM Technologies in der Lage, einen Großteil seines SPS-Codes vor der Auslieferung der Anlage vollständig zu simulieren, zu optimieren und zu finalisieren. Das Unternehmen schätzt, dass es durch das Debugging des Codes parallel zur Produktion – anstatt linear nach der Installation – bis zu fünf Monate an Vorlaufzeit für sein Projekt „ICBP Jumbo“ einsparen kann.
„Vor sieben Jahren haben wir eine ähnliche Installation durchgeführt, damals noch ohne die Steuerungslösungen oder die Software Emulate3D von Rockwell Automation,“ so Reymond, „und auch wenn wir damals unsere eigene Software verwendet haben, war das Projekt dennoch unglaublich komplex. Im Umkehrschluss wurde dieses neue Projekt nicht nur pünktlich geliefert, sondern die Inbetriebnahmezeit wurde auch um 50 % verkürzt. Selbst mit dem kundeneigenen Code konnten wir dieses zweite Projekt schneller realisieren. Es gab auch weniger Besprechungen vor Ort, wodurch weniger Reisen nach und von Nordamerika erforderlich waren.“
ECM Technologies hat inzwischen noch einen Auftrag von diesem Kunden erhalten und es wurden weitere Angebote eingeholt. „Der Kunde wusste, dass wir den gesamten Code für dieses Projekt von Grund auf neu geschrieben hatten“, erläutert Reymond, „und er war entsprechend beeindruckt, wie schnell die Anlage installiert und in Betrieb genommen werden konnte. Wir möchten Emulate3D nun bei weiteren Projekten einsetzen, von denen derzeit drei im Gange sind, und werden digitale Zwillinge definitiv im Rahmen unserer internen Verfahren bereitstellen. Aufgrund der Ergebnisqualität und -geschwindigkeit und der Tatsache, dass wir weniger Zeit an Kundenstandorten verbringen, können wir dank Virtualisierung mehrere Projekte gleichzeitig verwalten“, sagt er.
„Ein Großteil des Drucks ist weggefallen, und der Stress, der mit der Behebung von Problemen an der Anlage verbunden ist, hat sicherlich nachgelassen, worüber alle Beteiligten sehr froh sind. Auch bei der Einhaltung von Terminen sind wir viel zuversichtlicher. Wenn wir jetzt als Termin den 1. Juli nennen, dann meinen wir auch wirklich den 1. Juli!“
Veröffentlicht 1. Februar 2024