Nicola Iovine, Strategic Business Developer EMEA, Digital Design und SaaS, bei Rockwell Automation, fasst zusammen: „Emulate3D entwickelt sich zu einem Kraftpaket im Industriedesign, da immer mehr Unternehmen die enormen Vorteile des Einsatzes der digitalen Zwillings-Technologie erkennen. Diese Anwendung mit ECM Technologies ist ein Vorzeigebeispiel dafür, was erreicht werden kann und wie effizienter Konstruktion und Inbetriebnahme werden können. Wir freuen uns darauf, ECM Technologies bei seiner weiteren Entwicklung im digitalen Bereich zu unterstützen."
- Die Wärmebehandlung ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess, der bei der Übertragung von Entwürfen vom Zeichenbrett über die Fertigung bis hin zur Installation und Inbetriebnahme zahlreiche Herausforderungen mit sich bringt
- Emulate3D Digital Twin Software für virtuelle Inbetriebnahme, Durchsatzsimulation und industrielle Demonstration
- Nahtlose Zwei-Wege-Konnektivität und Interaktivität mit Software von Drittanbietern, einschließlich MATLAB
- Ein Großteil des SPS-Codes wurde vor Auslieferung der Anlage vollständig simuliert, feinabgestimmt und fertiggestellt
- Vorab-Simulation verkürzt die Vorlaufzeit für kritische Pfade um Monate
- Um 50 % kürzere Inbetriebnahmezeit, selbst bei vollständiger Migration auf Software des Kunden
- Das Projekt wird pünktlich geliefert und ECM hat mehr Vertrauen in Einhaltung von Fristen
- Weniger Besprechungen vor Ort und internationale Reisen erforderlich
- Durch Virtualisierung von Projekten kann ECM mehr Projekte gleichzeitig verwalten
Wenn Sie digitale Zwillings-Lösungen mit der führenden Prozesssimulations- und Visualisierungssoftware kombinieren und beides auf große Wärmebehandlungsanlagen anwenden, werden die Metallprodukte nach wie vor härter, aber die Planung, Installation und Inbetriebnahme wird einfacher.
ECM Technologies, ein weltweit führendes Unternehmen für die Entwicklung und Herstellung innovativer und modularer Niederdruck-Aufkohlungsöfen, hat dank des Einsatzes der Emulate3D™-Software eine Lösung entwickelt, die viele der Herausforderungen bei der Installation und Inbetriebnahme von großen Wärmebehandlungsanlagen beseitigt.
Die Wärmebehandlung in großem Maßstab ist kein leichtes Unterfangen, vor allem, wenn es sich um Volumen in der Automobilindustrie handelt. Eine moderne Wärmebehandlungsanlage kann eine ganze Anlage in Anspruch nehmen. Aufgrund ihrer Komplexität wird sie deshalb oftmals an Unternehmen mit entsprechenden Kapazitäten vergeben.
Mit Blick auf einfache Betriebsabläufe, Kostenkontrolle und Just-in-Time-Fertigung und -Lieferung wollen einige Automobilwerke die Wärmebehandlung in den eigenen Werken. Dank der Verbindung von digitalisierter Prozesssteuerung und digitalen Zwillingen ermöglicht ECM Technologies dies. Viele der traditionellen Risiken wurden dabei bereits vor der Installation ausgeschlossen.
Herausforderung
Die Wärmebehandlung ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess mit einer Reihe von Prozessvariablen, die präzise gesteuert werden müssen, um Qualität und Konsistenz zu gewährleisten. Beim Niederdruck-Aufkohlungsverfahren von ECM wird Stahl mit Kohlenstoff versetzt, um ihn verschleiß- und ermüdungsfester zu machen. Das von ECM entwickelte Vakuumverfahren ermöglicht es den Betreibern, die Menge des in das Metall diffundierten Kohlenstoffs genau zu kontrollieren, indem sie mehrere Variablen steuern, darunter die Länge der einzelnen Stufen und den entscheidenden Vakuumdruck.
Christian Dugit-Pinat, Automatisierungsexperte bei ECM Technologies, meint dazu: „Es sind mehrere Schritte erforderlich. Zunächst werden die Teile vor der Wärmebehandlung gewaschen und dank der Aufkohlung im Vakuum gehärtet, was bis zu sechs Stunden dauern kann. Anschließend werden die Teile durch Abschrecken mit Gas oder Öl abgekühlt, bevor sie angelassen und der Endbehandlung unterzogen werden. Insgesamt kann sich ein typisches Kfz-Getriebebauteil etwa 10 bis 13 Stunden in der Behandlung befinden.“
„Unsere elektrisch betriebenen Wärmebehandlungsanlagen sind als Mehrkammeranlagen konzipiert", fügt er hinzu. „So können mehrere Teile mit ihren jeweiligen und oft speziellen Wärmebehandlungs-Rezepten parallel die Linie durchlaufen, wobei 50 bis 80 Chargen gleichzeitig umgeschaltet werden. Jede dieser Chargen muss einzeln kontrolliert und verwaltet werden, um ein maximales Qualitätsniveau zu gewährleisten."
Lösung
Moderne Automatisierung ist in der Lage, diese Anlagen innerhalb optimierter Parameter zu steuern, aber die Planung, Installation und Inbetriebnahme ist eine andere Sache. Hierbei werden viele der Probleme und Verbesserungen erst in der Anlaufphase sichtbar.
„Wir wurden beauftragt, eines unserer ICBP Jumbo-Vakuumaufkohlungssysteme in einem großen Automobilwerk in Mexiko zu installieren", erklärt Philippe Reymond, Project Manager bei ECM Technologies. „Wir sahen uns mit einer Reihe zusätzlicher Herausforderungen konfrontiert: Wir mussten nicht nur die Produktion so schnell wie möglich in Gang bringen, sondern waren auch angewiesen, den Softwarestandard des Kunden zu verwenden, was ein umfassendes Umschreiben unseres bestehenden Codes erforderte. In Verbindung mit dem normalen Zeitrahmen und der Komplexität eines Auftrags dieser Größenordnung war uns klar, dass wir eine Menge Arbeit vor uns hatten. Also begannen wir, nach Möglichkeiten zu suchen, das Projekt zu rationalisieren und schneller umzusetzen.“
ECM hat die Technologie des digitalen Zwillings als mögliche Lösung für diese Anforderungen in Betracht gezogen. Somit gab dieses Projekt dem Unternehmen den Anstoß, die Software Emulate3D von Rockwell Automation einzusetzen.
„Als wir diese Anlage in Mexiko in der Pipeline hatten, beschlossen wir, mit Hilfe der Ingenieure von Rockwell Automation einige Simulationen mit Emulate3D durchzuführen", erklärt Reymond. "Dieses Projekt war riesig, und das Neuschreiben und Testen des SPS-Codes bei einem realisierten Projekt war aus zeitlicher Sicht völlig unrealistisch. Daher war ein virtualisiertes Modell die offensichtliche Lösung.“
„Die Virtualisierung bot uns einige Vorteile", fährt er fort. „Einer davon war die Konnektivität mit anderer Software. Wir mussten nicht nur die mechanischen Aspekte des Designs simulieren, sondern auch die Thermodynamik, die Prozessphysik und verschiedene Strömungen berücksichtigen. Dafür haben wir MATLAB verwendet, welches die Ergebnisse direkt an den digitalen Zwilling zurücksenden konnte."
Ergebnisse
Durch den Einsatz von Emulate3D war ECM Technologies in der Lage, einen Großteil des SPS-Codes vor der Auslieferung der Anlage vollständig zu simulieren, fein abzustimmen und zu finalisieren. Das Unternehmen schätzt, dass es durch das Debugging des Codes parallel zur Produktion - und nicht linear nach der Installation - bis zu fünf Monate Vorlaufzeit für sein ICBP Jumbo-Projekt einsparen kann.
„Wir haben vor sieben Jahren eine ähnliche Installation ohne die Steuerungslösungen von Rockwell Automation oder deren Emulate3D-Software durchgeführt", fügt Reymond hinzu. „Und obwohl wir damals unsere eigene Software verwendet haben, war das Projekt dennoch sehr komplex. Im Gegensatz dazu wurde dieses neue Projekt nicht nur pünktlich geliefert, sondern die Inbetriebnahmezeit wurde auch um 50 % verkürzt. Selbst mit dem Code des Kunden verlief dieses Projekt schneller. Außerdem waren weniger Besprechungen vor Ort nötig, was die Reisen nach und aus Nordamerika reduziert hat.“
ECM Technologies hat inzwischen einen weiteren Auftrag von diesem Kunden erhalten und wird nach weiteren Möglichkeiten gefragt. „Der Kunde wusste, dass wir den gesamten Code für dieses Projekt von Grund auf neu geschrieben hatten", erklärt Reymond. „Dementsprechend war er beeindruckt von der Geschwindigkeit der Installation und Inbetriebnahme. Wir werden Emulate3D nun auch bei anderen Projekten einsetzen, von denen derzeit drei laufen. Wir werden zudem auf jeden Fall digitale Zwillinge als Teil unserer internen Verfahren einsetzen.“
„Durch die Virtualisierung unserer Projekte können wir aufgrund der Qualität und der Schnelligkeit der Ergebnisse mehr Projekte gleichzeitig abwickeln und brauchen weniger Zeit beim Kunden vor Ort", fasst er zusammen.
„Viele der Belastungen sind weggefallen, und der Stress, Probleme an der Produktionslinie beheben zu müssen, hat nachgelassen. Das ist für alle Beteiligten von Vorteil. Wir sind auch viel zuversichtlicher, was die Einhaltung von Fristen angeht. Wenn wir jetzt 01. Juli sagen, dann meinen wir auch wirklich den 01. Juli!"
Veröffentlicht 2. Februar 2024
