METHODEN SERIE SERIE
METHODEN SERIE SERIE Teil 4: Technologiesprung per Mechatronisierung – Praxisbeispiel Poppe + Potthoff Präzisionsstahlrohre Kontrollierter Kaltzug Begriffe des Systems Engineerings - Teil 1 Systems Engineering Das Familienunternehmen Poppe + Potthoff Präzisionsstahlrohre GmbH macht eine Fertigungslinie für Präzisionsstahlrohre mit intelligent vernetzter Mess- und Sensortechnik fit für die Zukunft: Industrie 4.0. Im Rahmen eines Projektes arbeitet das Unternehmen am Technologiesprung für seine Kaltziehbank. Gemeinsam Das mit Schnittstellen-Management dem Fraunhofer IEM entwickelt bei Softwaretools, Poppe + Potthoff die von ein der Konzept Produktentstehung für die Mechatronisierung – mit Pionierfunktion die Konstruktion bis für zur den Fertigung gesamten zum Anlagenpark. Einsatz kommen, ist entscheidend für die Effizi- über enz der industriellen Prozesse. Nur ein durchgängiger Informationsaustausch zwischen den beteiligten Instanzen ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung. Laut dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) wünschen sich Maschinenhersteller standardisierte Datenschnittstellen zwischen ERP/PDM, M-CAD Stahlrohr und E-CAD ist nicht sowie gleich E-CAD Stahlrohr: Der spätere Anwendungszweck 10 %. bestimmt die Qualitätsansprüche an das verarbeitete und SPS-Programmierung. Sie sehen dort Einsparpotenziale bis Metall genauso wie das Herstellungsverfahren. So werden etwa Präzisionsstahlrohre mit besonders kleinen Toleranzen durch Kaltzug gefertigt. Zwischen dem unverarbeiteten Rohling und dem Chidester (Zuken): Aus unserer Sicht gewinnt die Integration der maßgeschneiderten Ott (Aucotec): So vielfältig Rohr liegt wie dabei die Systeme eine komplexe in den verschiedenen Prozesskette. Prozesse in den frühen Phasen der Produktentstehung rapide an „Die Bereichen Qualität sind, der so Endprodukte vielfältig sind hängt auch maßgeblich die angebotenen von einem Schnittstellen. Das reibungslosen Bedeutung. Der Grund liegt in der allgemein bekannten Verschiebung der Wertschöpfung von der Mechanik in Richtung Elektronik Ablauf potenziert und sich grundlegender noch einmal Kenntnis durch die der z. Einflussfaktoren T. sehr unterschiedlichen aus dem Prozess Arbeitsweisen ab“, erläutert und die Bengt-Hennig daraus resultierenden Maas, Technischer Kundenund Software. Stand heute gibt es eine ganze Reihe von Schnittstellen und Integrationsmöglichkeiten, aber nicht alle von ihnen rungen Leiter Anforderungen. bei der Poppe Generell + Potthoff verzeichnen Präzisionsstahlrohre wir über die letzten GmbH. Jahre „Stö- eine deutliche an einer Zunahme Maschine an wirken Projekten, sich auf in den denen Betrieb eine anderer Integration aus – werden in den Entwicklungsprozessen der Industrie bereits in dem am mit Ende ERP, PDM stehen und Produktionsfehler M-CAD nicht nur oder angefragt, ungewollte sondern Maschinenstillständgesetzt durch wird. defekte Dabei sehen Werkzeuge.“ wir die Entwicklung sehr positiv, dass auch um- wünschenswerten Ausmaß genutzt. Dies ist in besonderem Maße im Falle der Software-Entwicklung für programmierbare Steuerungen der Fall. Die Ursache für diesen Befund findet sich häufig in der scher tegration Komponenten der Disziplinen und setzen. intelligenter Bei SPS- Datenauswertung und Fertigungsunterstüt- machen es Prozessstabilität zunehmend auch lautet kleine das und Stichwort. mittelständische Die Einbindung Unternehmen mechatroni- auf In- Tatsache begründet, dass von Seiten des Managements dieser Unternehmen die Kommunikation zwischen den verschiedenen Abtei- einandergreifen die Systeme weniger im gesamten kundenspezifisch, Fertigungsprozess so kann als eine auch Integration die Pro- möglich. zung sind Sowohl die Anforderungen Zustand dagegen der einzelnen wesentlich Maschinen homogener und ihr und In - lungen vielfach noch nicht aktiv forciert wird – denn sie bedeutet duktmerkmale häufig recht einfach müssen mit stetig Bordmitteln überwacht umgesetzt werden. werden. Die Chancen liegen auf der Hand: Ungeplante Stillstände der Anlage können verhin- zunächst einen Zusatzaufwand und zusätzliche Kosten, die sich aber durch einen geringeren Abstimmungsaufwand in späteren dert, Dr. Papenfort Fehler besser (Beckhoff): rückverfolgt Bisher und fehlen der Produktausschuss standardisierte Schnittstellen. werden. Effektives Engineering funktioniert nur, wenn man sich verringert Phasen des Produktentstehungsprozesses reduzieren. Mit E3.EDM für Elektro- und Fluid-Engineering haben wir einen wichtigen Baustein vorgestellt. Aufrüsten das Format natürlich mit neuen festgelegt Technologien werden. Und es muss unabhängig Daten in einem gemeinsamen Datenpool teilen kann. Dazu muss Wie von bei den vielen eingesetzten kleinen und Tools mittleren sein. ERP-Systeme Unternehmen müssen des Maschinen- Aufträge Eisenbeiss (Siemens): Im Maschinenbau ist diesbezüglich die und einstellen Anlagenbaus können. ist Mechanik- der Maschinenpark und Elektrokonstruktion von Poppe + Potthoff sowie über die gesamte Bandbreite an Lösungen anzutreffen: Es gibt bereits in Jahrzehnte Softwarekonstruktion gewachsen. müssen Dementsprechend aus diesen Daten vielfältig die Maschine sind die oder vorhandenen Anlage konstruieren Anlagen. „Unsere können. ‚alten Die Daten Schätzchen‘ müssen sind zwischen produktiv allen und be- hohem Maße durchgängige Workflows, die Mehrfach-Eingaben nahezu vermeiden. Es gibt aber auch noch den Papierausdruck, der erfüllen teiligten ihren Programmen Zweck; eine hin komplette und her fließen Erneuerung können. der Nur Anlagen so ist ist paralleles nicht Engineering notwendig möglich. und unter finanziellen Gesichtspunkten nicht somit an die Nachbardisziplin weitergereicht wird. sinnvoll“, erklärt Bengt-Hennig Maas die Ausgangssituation des Unternehmens. Chidester (Zuken): Bei der Aus schrittweisen unserer Sicht Aufrüstung gewinnt ist die also Integration Kreativität der Fürnschuß (B&R): Nach unserem Kenntnisstand verwenden 85 % der Maschinen- und Anlagenbauer keine integrierten Schnittstellen zwischen M-CAD, E-CAD und SPS-Programmierung oder sie mit Bedeutung. dem Fraunhofer Der Grund IEM liegt integrieren der allgemein Maas und bekannten sein Team nun Verschie- neue gefragt Prozesse – und in den eine frühen systematische Phasen der Herangehensweise. Produktentstehung Zusammen rapide an behelfen sich mit Tabellenexporten. Eine weitere Herausforderung Technologien bung der Wertschöpfung in bestehende von Anlagen. der Mechanik in Richtung Elektronik sind die Engineering-Daten selbst, also die Bauteilebeschreibungen Die und mechatronische Software. Stand Optimierung heute gibt es der eine Prozess- ganze und Reihe Maschinenüberwachunstellen und erfolgt Integrationsmöglichkeiten, bedarfsgerecht. Nach dem aber Retrofit-Prinzip nicht alle von analysie- ihnen von Schnitt- der einzelnen Anbieter. Eine effiziente Unterstützung des Arbeitsflusses über die Disziplinen hinweg ist erst dann gegeben, wenn ren werden die Projektpartner, in den Entwicklungsprozessen wo genau eine der Verbesserung Industrie bereits vorhandener in dem neben integrierten Schnittstellen auch die Bauteilebeschreibungen oder wünschenswerten die Ergänzung Ausmaß neuer Mess- genutzt. und Steuerungstechnik Dies ist in besonderem notwendig Maße Eine für alle Kaltziehbank Engineering- von Poppe Systeme + Potthoff gleichermaßen wird als erste zur einen Verfügung Technologiesprunhen. Automation im Sinne einer Studio bedarfsgerechten 4 bietet eine Mechatronisierung Round-Trip-Kopplung machen: zu Eplan Sie Möglichen gen der Fall. auszuloten“, Die Ursache berichtet für diesen Dr.-Ing. Befund Christian findet sich Henke, häufig Fraunho- in der ste- ist. im Falle „Bedarfsgerecht der Software-Entwicklung meint für uns nicht, für programmierbare die Grenzen des Steuerun- technisch wird Electric mess- P8. und steuerungstechnisch aufgerüstet fer Tatsache IEM. „Vielmehr begründet, sollen dass von diejenigen Seiten des Stellhebel Managements angegangen dieser werdenternehmen die unter die Kommunikation den gegebenen zwischen Rahmenbedingungen den verschiedenen größten Abtei- Un- Nutzen lungen stiften.“ vielfach Die noch Referenzanlage nicht aktiv forciert des gemeinsamen wird – denn sie Projekts bedeutet ist eine zunächst Rohrziehmaschine einen Zusatzaufwand des Unternehmens. und zusätzliche Hier entstehen Kosten, die präzise sich Sonderanfertigungen. aber durch einen geringeren Abstimmungsaufwand in späteren Bild: Poppe + Potthoff 36 develop 3 systems engineering 01 2016
SERIE SERIE SERIE METHODEN Eine gelungene Kooperation: Poppe + Potthoff Präzisionsstahlrohre ist für Elektro- Partner und Fluid-Engineering des Spitzenclusters haben wir einen wichtigen Baustein vorgestellt. it´s OWL. Von links nach rechts: T. Lobert, R. Schöwerling, K. Fischer, B. Maas (Poppe + Potthoff Präzisionsstahlrohre), (Siemens): Im M. Krüger, Maschinenbau M. Bor- ist diesbezüglich die Eisenbeiss gesamte Bandbreite zykh, L. Weigel, an Lösungen C. Fechtelpeter anzutreffen: Es gibt bereits in hohem Maße (Fraunhofer durchgängige IEM) Workflows, die Mehrfach-Eingaben nahezu vermeiden. Es gibt aber auch noch den Papierausdruck, der an die Nachbardisziplin weitergereicht wird. Fürnschuß (B&R): Nach unserem Kenntnisstand verwenden 85 % der Maschinen- und Anlagenbauer keine integrierten Schnittstellen zwischen M-CAD, E-CAD und SPS-Programmierung oder sie behelfen sich mit Tabellenexporten. Eine weitere Herausforderung Ganzheitliches Prozesswissen sind die Engineering-Daten selbst, also die Bauteilebeschreibungen Grundlage für die bedarfsgerechte Optimierung der einzelnen der Steuerungs- Anbieter. und Eine Messtechnik effiziente ist Unterstützung eine des Arbeitsflusses umfassende über die Kenntnis Disziplinen über hinweg den Produktionsprozess ist erst dann gegeben, wenn neben integrierten sowie seine Schnittstellen störenden auch und die qualitätsbestimmenden Bauteilebeschreibungen für alle Engineering- Faktoren. Systeme Umfangreiches gleichermaßen zur Verfügung stehen. Automation Prozesswissen schließt Studio 4 aber bietet auch eine Round-Trip-Kopplung die Betrachtung zu Eplan Electric P8. der organisatorischen Abläufe und Abhängigkeiten mit ein: • Ott Für (Aucotec): welche Daten So vielfältig interessiert wie sich die Systeme der kaufmännische in den verschiedenen Leiter Bereichen genau? sind, so vielfältig sind auch die angebotenen Schnittstellen. • Welche Das Messtechnik potenziert sich erlaubt noch es, einmal Daten für durch die die unterschiedlichen z. T. sehr unterschiedlichen Sichten der Arbeitsweisen jeweiligen Produktionsverantwortlichen und die daraus resultierenden zu erfassen? Kunden- Die Anforderungen. ganzheitliche Generell Systembetrachtung verzeichnen der wir Referenz-Rohrziehmaschine eine erarbeitet deutliche das Zunahme Projektteam an Projekten, mithilfe eines denen Prozessmodells. eine Integration „Pro- über die letzten Jahre zesswissen mit ERP, PDM spielt und für M-CAD uns eine nicht immer nur angefragt, größere Rolle“, sondern Bengt-Henningesetzt Maas wird. weiter. Dabei „Dabei sehen wollen wir die wir Entwicklung unsere Mitarbeiter sehr positiv, nicht über- dass auch umwachen zunehmend – vielmehr auch kleine steht und im Vordergrund, mittelständische schnell Unternehmen reagieren zu auf könnetegration und eine der Disziplinen Datenbasis setzen. für die stetige Bei SPS- Verbesserung und Fertigungsunterstüt- und Extrapo- Inlatiozung sind aus bekannten die Anforderungen Prozessfenstern dagegen hinaus wesentlich zu erhalten.“ homogener und Nach die Systeme der Analyse weniger des Ist-Zustandes kundenspezifisch, ermittelt so kann das Projektteam, eine Integration welche häufig weiteren recht einfach Prozessdaten mit Bordmitteln erforderlich umgesetzt sind, werden. Fertigungspro- Dr. Papenfort (Beckhoff): Bisher fehlen standardisierte Schnittstellen. Effektives Engineering funktioniert nur, wenn man sich Daten in einem gemeinsamen Datenpool teilen kann. I Dazu N F Omuss das Format natürlich festgelegt werden. Und es muss unabhängig von den eingesetzten Hintergrund Tools sein. ERP-Systeme müssen Aufträge einstellen können. Mechanik- und Elektrokonstruktion sowie die Softwarekonstruktion Im Technologie-Netzwerk müssen aus it‘s diesen OWL Daten – Intelligente die Maschine Technische oder Anlage konstruieren Systeme OstWestfalenLippe können. Die Daten – entwickeln müssen zwischen über 170 Unternehmen und hin Forschungseinrichtungen und her fließen können. in 46 Projekten Nur so ist ge-paralleles Engineering meinsam möglich. Lösungen für intelligente Produkte und Produkti- allen beteiligten Programmen onssysteme. Das Spektrum reicht von intelligenten Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge und Hausgeräte bis zu vernetzten Produktionsanlagen. Über ein innovatives Transferkonzept werden neue Technologien für eine Vielzahl von – insbesondere kleinen und mittelständischen – Unternehmen verfügbar gemacht. Ausgezeichnet TIPP Mit der Thematik im Spitzencluster-Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gilt beschäftigt sich auch der it´s OWL VDMA: als eine der größten Initiativen für Industrie 4.0 in Deutschland. • http://t1p.de/57ghrung. www.its-owl.de Chidester (Zuken): Aus unserer Sicht gewinnt die Integration der Prozesse in den frühen Phasen der Produktentstehung rapide an Bedeutung. Der Grund liegt in der allgemein bekannten Verschiebung der Wertschöpfung von der Mechanik in Richtung Elektronik und Software. Stand heute gibt es eine ganze Reihe von Schnittstellen und Integrationsmöglichkeiten, aber nicht alle von ihnen werden in den Entwicklungsprozessen der Industrie bereits in dem wünschenswerten Ausmaß genutzt. Dies ist in besonderem Maße im Falle der Software-Entwicklung für programmierbare Steuerungen der Fall. Die Ursache für diesen Befund findet sich häufig in der Tatsache begründet, dass von Seiten des Managements dieser Unternehmen die Kommunikation zwischen den verschiedenen Abteilungen vielfach noch nicht aktiv forciert wird – denn sie bedeutet zunächst einen Zusatzaufwand und zusätzliche Kosten, die sich aber durch einen geringeren Abstimmungsaufwand in späteren Phasen des Produktentstehungsprozesses reduzieren. Mit E3.EDM für Elektro- und Fluid-Engineering haben wir einen wichtigen Baustein vorgestellt. Eisenbeiss (Siemens): Im Maschinenbau ist diesbezüglich die gesamte Bandbreite an Lösungen anzutreffen: Es gibt bereits in hohem Maße durchgängige Workflows, die Mehrfach-Eingaben zess nahezu möglichst vermeiden. umfassend Es gibt aber zu überwachen. auch noch den Dabei Papierausdruck, bezieht es Erfahrung an die und Nachbardisziplin technisches Expertenwissen weitergereicht der wird. Mitarbeiter ein. Verschie- der dene Einsatzszenarien zeigen thematisch abgegrenzte Umsetzungsoptionen Fürnschuß (B&R): auf. Eine Nach Potenziallandkarte unserem Kenntnisstand verdeutlicht verwenden die vielfältigen der Maschinen- Zusammenhänge und Anlagenbauer und Schnittmengen. keine Am integrierten Ende steht Schnittstel- eine de- 85 % taillierte len zwischen Beurteilung M-CAD, aller E-CAD Szenarien. und SPS-Programmierung Kriterien sind die gewünschten oder sie Funktionalitäten behelfen sich mit und Tabellenexporten. ihre technische Eine Realisierbarkeit weitere Herausforderung sowie die damit sind verbundenen die Engineering-Daten Aufwände selbst, und der also absehbare die Bauteilebeschreibungen Zeitkorridor. der einzelnen Anbieter. Eine effiziente Unterstützung des Arbeitsflusses über Intelligente die Disziplinen Fabrik hinweg ist erst dann gegeben, wenn Vision Für neben die integrierten Kaltziehbank Schnittstellen von Poppe + auch Potthoff die entsteht Bauteilebeschreibungen im Rahmen des Projekts für alle Engineering- ein detaillierter Systeme Fahrplan gleichermaßen für die bedarfsgerechte zur Verfügung Mechatronisierunghen. Automation Geeignete Studio zusätzliche 4 bietet eine Sensorik, Round-Trip-Kopplung Steuerung und zu Aktorik Eplan ste- werden Electric ausgewählt P8. und mit „einem Preisschild versehen“. Die Rohrziehmaschine Chidester (Zuken): wird zum Aus Demonstrator unserer Sicht für gewinnt das erarbeitete die Integration Konzept, der das Prozesse langfristig in den auch frühen auf weitere Phasen Anlagen der Produktentstehung angewendet werden rapide soll. an „Unsere Bedeutung. Ergebnisse Der Grund haben liegt doppelten in der allgemein Nutzen für bekannten Poppe + Verschiebung der Christian Wertschöpfung Fechtelpeter, von der Fraunhofer Mechanik IEM. in Richtung „Durch unser Elektronik Kon- Potthoff“, erläutert zept und Software. bauen wir Stand langfristig heute nutzbares gibt eine Prozesswissen ganze Reihe auf von und Schnittstellen gehen und Integrationsmöglichkeiten, wir in die exemplarische Umsetzung, aber nicht die alle den von direkten ihnen gleichzeitig Nutzen werden verdeutlicht.“ in den Entwicklungsprozessen der Industrie bereits in dem In wünschenswerten der Vision der Industrie Ausmaß 4.0 genutzt. erfolgt die Dies Prozessregelung ist in besonderem Maße intelligenten im Falle Fabrik der Software-Entwicklung durch autonome Eingriffe für programmierbare der Maschinen Steuerungen der Fall. Sensor- Die Ursache und Regelungstechnik. für diesen Befund findet Intelligente sich häufig technische in der auf Basis vernetzter Systeme Tatsache begründet, ermöglichen dass eine von Online-Prozess- Seiten des Managements und Zustandsüberwachungternehmen Mit dem die Kommunikation Projekt unternimmt zwischen Poppe den + Potthoff verschiedenen erste Schritte Abtei- dieser Un- zur lungen datentechnischen vielfach noch Erweiterung nicht aktiv forciert seiner Produktion. wird – denn „Industrie sie bedeutet 4.0 in zunächst all seinen einen Facetten Zusatzaufwand gibt es bei uns und heute zusätzliche nicht und Kosten, morgen die sicher auch aber nicht“, durch so einen Bengt-Henning geringeren Maas Abstimmungsaufwand abschließend. „Wir in sind späteren aber auf Phasen den des Digitalisierungszug Produktentstehungsprozesses aufgesprungen, reduzieren. können an Mit den E3.EDM technologischen für Elektro- Neuerungen und Fluid-Engineering partizipieren haben und wir uns einen damit wichtigen dem Wettbewerstein vorgestellt. stellen.“ Bau- co Die Eisenbeiss Autorin: (Siemens): Im Maschinenbau ist diesbezüglich die Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM Bild: Poppe + Potthoff Phase develop 3 systems engineering 01 2016 37
