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© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.
Herausforderungen in der Entwicklung von Engineeringwerkzeugenfür Produktionsmaschinen
Michael Schlereth, Siemens AG
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 4 Mai-2012 Michael Schlereth
Agenda
Vorstellung Siemens Industry
Engineeringwerkzeuge für Produktionsmaschinen
Herausforderungen für zukünftige Engineeringwerkzeuge
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 6 Mai-2012 Michael Schlereth
Organisation der Siemens AG
1) Sektorgeführte Business Unit 2) Börsengang geplant
Industry
Health-care
DiagnosticsImaging & Therapy Clinical Products Customer Solutions
Infra-structure& Cities
Rail Systems Low and Medium Voltage
Building Technologies Osram 2)Smart GridMobility and
Logistics
Energy
Fossil PowerGeneration Wind Power Energy ServiceOil & GasPower
TransmissionSolar & Hydro
Drive Technologies Customer ServicesIndustry Automation Metals Technologies 1)
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 7 Mai-2012 Michael Schlereth
Drive Technologies: Vier Business Units mit einem Portfolio für den gesamten Antriebsstrang
Industry Sector – Division Drive Technologies
Motion Control SystemeCNC-SteuerungenServo- und LinearmotorenZustandsüberwachungFrequenzumrichter
Motion Control Systems(MC)
Large Drives(LD)
Industrie-, Traktions- und Spezialantriebe großer Leistung
Gleichstrommotoren und -stromrichter
Explosionsgeschützte Motoren und Antriebssysteme
Nieder- und Hochspannungsmotoren
1) Auftragseingang; 2) Mitarbeiter
Mechanical Drives(MD)
Getriebe und Kupplungenfür Wind- und Industrie-anwendungenGetriebemotoren
#1 Windgetriebe – # 1 CNC – # 2 Wechselstromantriebe
Antriebskomponenten für Elektroautos (Umrichterund Elektromotore)
Inside e-Car(EC)
Ralf-Michael Franke (CEO) Thomas Rathmann (CFO)
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 8 Mai-2012 Michael Schlereth
Organisation
DT MC – Motion Control SystemsHr. Frank Hr. Basson
Vertrieb und Marketing – Teil des weltweiten Siemens Global Network
FachabteilungenWerkzeug-maschinen
Produktions-maschinen
Krane
Verbundene Unternehmen,Joint Ventures:
YSAD - JPNEngineered DrivesAutomatisierungslösungenfür ProduktionsmaschinenSNC - CHNMotion Control-SystemeSFAE - CHNGesamtausrüstungenWeiss Spindeltechnologie Motorspindeln
52 Vertriebsregionen 47 Regionale Vertretungen
EntwicklungGWE, Lieferzentrum ErlangenCON, Lieferzentrum CongletonEWN, Lieferzentrum Bad Neustadt
LogisticsProcurementControlling,AccountingStrategisches MarketingBusiness Excellence
Service & SupportKlassischeDienstleistungenZusätzlicheDienstleistungen
Base Drives
General Motion Control
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 9 Mai-2012 Michael Schlereth
Motion Control SystemsUnsere Kompetenz weltweit
„Herausragender Kundennutzen ist unser oberstes Ziel“Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Engineering und Service von hochwertigen Automatisierungs- und Antriebssystemen.
Packaging Textile Metal forming
Wood Renewable Energy Glass Handling Converting
Automatisierungslösungen für Produktionsmaschinen
Printing Plastics
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 10 Mai-2012 Michael Schlereth
Lösungen für Verpackungsmaschinen
Modulare und skalierbare Maschinenlösungen auf Basis SIMOTION und SINAMICS
SIMOTION Baggers & WrappersSIMOTION Intelligent Infeed SIMOTION Toploading Track & TraceLinienintegration/Kommunikation
Vorteile auf einen BlickErhöhung der Verpackungsleistung durch ServotechnikReduzierung von Umrüstzeiten bei ProduktwechselReduzierung Engineering durch vorgetestete Bausteine Erhöhen der Qualität durchMechatronik SupportVerlängerung der Wartungsintervalle durch verschleißarme ServoantriebstechnikReduzierung Time-to-Market durch Simulation Nachhaltig effizient durch RückspeisungSafety Integrated
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 11 Mai-2012 Michael Schlereth
AnwendungsbeispielVerpackungsmaschine
Maschine
Produkte Anforderungen / Nutzen
Lösung
Hochperformanter Kartonierer mit Formatwechsel für Pharma- und Kosmetikprodukte
Simotion D445 mit virtueller Leitachse
Elf reale Achsen mit Sinamics S120
Rückspeisefähiges Active Line Modul
Durchgängiges flexibles Konzept
Kompakt und platzsparend
Einfache Verdrahtung und IBS
Schnelle Formatwechsel
Erfüllen von Pharma Anforderungen
Weltweiter Support
Kartonierer
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 12 Mai-2012 Michael Schlereth
Modulare und skalierbare Maschinenlösungen auf Basis SIMOTION und SINAMICSKomplett dokumentierte und getestete Software-Applikationen:
Elektronischer TransferWalzenvorschubHydraulische und mech. UniversalpressenServopressenFeederServopumpeSafety
Lösungen für die Umformtechnik
Vorteile auf einen BlickHöchste Taktraten bei Walzenvorschub (1900 Takte/min, 10mm Vorschub, 10µm Toleranz)Enorme Produktivitätssteigerung (150%) durch neue Maschinen-konzepte Minimale Produktionsausfälle durch intelligente kinetische PufferungSichere Produktion bei Netzstörungen durch intelligentes EnergiemanagementEnergieoptimierte Stößelbewegungsprofile für Servopressen Lösungen für energieoptimierte Produktion (Energieeinsparpotentiale von bis zu 45% bei elektrischen Achsen und bis zu 70% bei hydraulischen Achsen)
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 13 Mai-2012 Michael Schlereth
AnwendungsbeispielUmformtechnik
Maschine
Produkte Anforderungen / Nutzen
Lösung
SIMOTION D445
SINAMICS S120
SIMATIC MP277/MP370
SIMATIC S7 -F
Servomotor 1FT6/1FK7
Hochdynamische und materialschonendeBewegungsführungReduzierung von WerkzeugwechselzeitenKopplung des Bewegungssystems an PressenleitwertPlausibilitätsprüfung der VerfahrdatenSkalierbare Performance und variables Mengengerüst an Antriebsachsen
Servopresse
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 14 Mai-2012 Michael Schlereth
Lösungen für Druckmaschinen
Automatisierungs- und Antriebslösungen auf Basisvon SIMOTION und SINAMICSUnterstützung von unterschiedlichen Antriebskonzepten:vom Längswellenantrieb bis hin zur elektronischen Wellemit mehreren Antrieben je Druckwerk und elektronischenKurvenscheiben im FalzapparatUmfangreiches und offenes SoftwarepaketPrint StandardIntegrierte RegisterlösungEinfache und effiziente Kommunikation über PROFINET
Vorteile auf einen BlickFlexible Maschinen/ProduktionenHöhere Produktivität
Höhere GeschwindigkeitWeniger MakulaturSchnelle Inbetriebnahme und Auftragswechsel
Höhere DruckqualitätEinfaches Retrofit von wellenbehafteten MaschinenLösungen im
OffsetdruckTiefdruckFlexodruckWellpappendruckDigitaldruckDruckweiterverarbeitungRollenwechsler Auf- und AbwicklerEtikettendruck und -verarbeitung
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 15 Mai-2012 Michael Schlereth
AnwendungsbeispielDruckmaschine
Maschine
Produkte
Lösung
Illustrationsdruckmaschine
SIMOTION D4X5SINAMICS S120TM 411FT6, 1PH7, 1PH8, 1FK7, 1FWTRC 5000 (Kamera für Registerregelung)Print StandardPROFINET
Einfacher Funktionstest beim OEM durch modularen Aggregat-AufbauPrint Standard : Einfache Diagnose und FunktionserweiterungModulare, skalierbare Hard- und SoftwareHochgenaue und zuverlässige Synchronisation der Einzelantriebe
Anforderungen / Nutzen
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 17 Mai-2012 Michael Schlereth
Motion Control System SIMOTION
Controller-based
Flexible Anpassung an Maschinenkonzepte und Kundenwünsche
SIMOTION bietet drei unterschiedliche Hardware-PlattformenDie System-Funktionalität steht auf allen Plattformen komplett zur VerfügungDas Engineering ist für alle Plattformen gleich und übertragbar
Drive-based
Hardware - PlattformenSystem-Funktionalität
Engineering
PC-based
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 18 Mai-2012 Michael Schlereth
Mechatronische Lösungen
Nocken-steuerwerk
GetriebeKupplungHauptantrieb KurvenscheibeMechanischeLösung
Mechatronische Lösung
VirtuelleLeitachse
Mechanische Komponenten werden durch Servo-Antriebe und intelligente Bewegungsführung (Motion Control) ersetzt
Wegfall der Mechanik bedeutet höhere Dynamik und Flexibilität, weniger Verschleiß
Motion Control wird zum entscheidenden Faktor
Motion ControlFunktionen
Servo-Antriebe
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 20 Mai-2012 Michael Schlereth
Skalierbare Funktionalität
Passende Funktionalität für alle Aufgaben im Maschinenbau
+
+
PLC - Funktionalitätnach IEC 61131-3
Skalierbare Motion Control-Funktionalitätvon Nockenfunktion und Positionieren bis zu 3-D-Bahninterpolation mit Transformationen für verschiedene Handlingskinematiken
Technologische Funktionen
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 21 Mai-2012 Michael Schlereth
Integrierte Tools
Einheitliches, konsistentes Engineering für das gesamte System
AntriebInbetriebnahme
HMIProjektierung
SteuerungParametrierungProgrammierungIBN, Diagnose
GemeinsameDatenhaltung
KommunikationKonfiguration
P 350
Engineering-Workbench
Zentraler Aufruf aus Projektbaum
Engineering-Aufgaben
SIMOTION SCOUT
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 22 Mai-2012 Michael Schlereth
Aufgabenorientierte Programmiersprachen
Für jede Aufgabe die am besten geeignete Programmiersprache
StructuredText (ST)
Kontakt-Plan (KOP)
Funktions-Plan (FUP)
MotionControlChart(MCC)
Drive Control Chart (DCC)
SIMOTION bietet unterschiedliche Programmiersprachen, die auch gemischt eingesetzt werden können:
speziell für sequentielle Aufgaben (z. B. Motion Control)
speziell für zyklische Aufgaben (z. B. Logik)
speziell für kontinuierliche Aufgaben(z. B. Regel- und Rechenfunktionen)
für alle Aufgaben geeignet
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 23 Mai-2012 Michael Schlereth
Testunterstützung
Zeitersparnis durch zielgerichteten, effizienten Test
Programmtest:Debug-Funktionen mit HaltepunktenGrafische Schritt- oder SignalverfolgungEinzelschritt-Betrieb
Systemauskunft:Statusanzeige für System- und AnwendervariablenSystemauslastungTask-Laufzeiten
Trace-Funktion für Applikationstest:Aufzeichnung aller Variablen in einem Trace(Logik, Motion Control, Technologie, System, …)Trigger, Sample-Rate, Zeitraum frei einstellbarDarstellung:- als Liste, mit Export, z. B. nach Excel- als Diagramm, mit Überlagerung von Signalen
für Vergleich
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 24 Mai-2012 Michael Schlereth
Inbetriebnahme - Unterstützung
Komfortable Maschinen-Inbetriebnahme und Achsoptimierung
Achssteuertafel:Für manuelle Bewegung der Achsen und manuelles Setzen und Rücksetzen von Signalen (Eingangssignale, Freigaben, …)
Automatische Regleroptimierung:Für LagereglerFür Drehzahlregler (nur mit Sinamics S120)Inkl. automatischer Filter-Einstellung
Frequenzgang-Analyse:Funktionsgenerator kann auf beliebige Eingangsgröße aufgeschaltet werdenAufzeichnung von beliebigen Ausgangsgrößen Auswertung als- Bode-Diagramm oder- Frequenzspektrum
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 26 Mai-2012 Michael Schlereth
Wo ist die letzte Version gespeichert?
Was ist der Zweck dieses Signals?
Das erneute Eingebender Daten ist dochZeitverschwendung!
Ich muss noch die Maschinendaten wegspeichern!
Was ist der Zweck dieses Sensors?
Was für ein Aufwand, nur um das Setup zu testen?!
Heute suchen unterschiedliche Rollen nach denselben Informationen und geben diese immer wieder manuell ein
PLM Prozesse im Maschinenbau heute: Verschiedene Disziplinen – ähnliche Aufgaben
Elektrokonstruktion SW-Engineering
Muss meinem Kunden das Konzept zeigen!
Mal sehen, ob der Motor paßt?
Warum fordert derKunde das?
Mechanikkonstruktion
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 27 Mai-2012 Michael Schlereth
Zukünftige Siemens Tool-Landschaft für Maschinenbauer - Integrierte Engineering Plattform
Konzentration auf die Aufgaben nicht auf die Tools
Hohe Usability durch Toolintegration und konsistente Datenhaltung
Ermöglicht interdisziplinäres Engineering mit durchgängiger Datenhaltung
Variantenmanagement durch getestete wieder verwendbare Module in Hard- & Software
Kontinuierliche Absicherung der Funktionalität durch Simulation im gesamten Prozess
Kundenvorteile:
Anforderungs- & Daten-Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal
Integrated Detailed DesignConcept Design Virtual
Commissioning Commissioning Real MachineSystem Engineering
Minimiertes „time to market“ von der Idee zur Maschine bei hoher Qualität: “Build the right thing and build it right”
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 28 Mai-2012 Michael Schlereth
Wandel im Maschinenbau
Verschiebung der Entwicklungsanteile im Maschinenbau
Quelle: VDMA
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 29 Mai-2012 Michael Schlereth
Herausforderungen aus der zunehmenden Bedeutung von Software im Maschinenbau
Quelle: ITQ/VDMA
Entwicklung großer Software Systeme
Datenaustausch zwischen Engineering Disziplinen
Sichtbarmachen von Software
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.
Herausforderung:
Datenaustausch zwischen Engineering Disziplinen
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 31 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Tool-Integration: Mechanik, Elektrik und Automation
Konsistentes und automatisches Erzeugen eines Maschinen-Softwareprojektes aus den Daten des elektrischen CAD (Schaltschrank)
Anforderungs- & Daten-Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal
Integrated Detailed DesignConcept Design Virtual
Commissioning Commissioning Real MachineSystem Engineering
Integrated DetailedDesign
MechanicalDesign
ElectricalDesign
Automation Design
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 32 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Tool-Integration: Beispiel einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine
A3A2
B3B2
C3
getestete Equipmentmodulein Hard-und Software
Maschine mit Varianten Kundenmaschine
A1
C3
A1
B2
A1
B2B1
C3C2
C1
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 33 Mai-2012 Michael Schlereth
SINAMICS-Module, fertig verdrahtet:
Siemens Tool: Elektrisches Design Automatisches Erstellen des Schaltplans
Kundenmaschine
A1
B2
C3
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 34 Mai-2012 Michael Schlereth
Betriebsartenverwaltung nach OMAC V3
Fehlerhandling
A1
B2C3
Project
Generator
Siemens Tool: Simotion SCOUT Projekt Generator
Project Generator basierend auf SCOUT - Programmieren wie mit LEGO:
getestete Equipmentmodule Genormte SW-Bausteine
Maschinensoftwareprojekt(incl. HMI und Servicemasken!)
A1
B2C3
Betriebsartenverwaltung nach OMAC V3
Fehlerhandling
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 35 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Tool-Integration: Physikalische Anforderungen - Antriebsauslegung
Dimensionierung des Antriebssystems mit unterschiedlichen Optimierungszielen
Mechanisches Design mit M-CAD Software
3D-CAD
Load cycle
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 36 Mai-2012 Michael Schlereth
Herausforderung: Datenaustausch zwischen den Engineering Disziplinen
Datenmodellierung:Beschreibung von ModellenAdaption von ModellenAllgemeingültigkeit vs. Spezialisierung
Datenabgleich:Beschreibung der AbgleichalgorithmenBeschreibung von KonsistenzregelnUni- und bidirektionaler Abgleich
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 38 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Tool-Integration: Tools zur virtuellen Inbetriebnahme
Sicherstellen der Qualität während des Entwicklungsprozesses durch die Wiederverwendung der digitalen Daten
Anforderungs & Daten Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal
Integrated Detailed DesignConcept Design Virtual
Commissioning Commissioning Real MachineSystem Engineering
Virtual Commissioning
Concept DesignSystem Engineering
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 39 Mai-2012 Michael Schlereth
ECAD/Virtuelle Inbetriebnahme
Siemens Tool: Mechatronics Concept Designer
MechatronischeObjekt-Bibliothek
Game Engine
FunktionalesDesign
Konzept-Evaluierung durch Physik-basierte
Simulation
Verkürzung der Design-Zeiten durch
Parallelisierung der verschiedenen Disziplinen
Reduktion von Inkonsistenzen durch Methodik des funktionalen Designs
Wiederverwendungvon intelligenten Objekten
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 40 Mai-2012 Michael Schlereth
Plant Simulation
Machine Simulator, VNCK
Line Simulation SIMIT
Siemens Tools für die virtuelle Inbetriebnahme Für jede Branche das entsprechende Werkzeug
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 41 Mai-2012 Michael Schlereth
Herausforderung: Sichtbarmachen von Software
Debugger aus der Softwareentwicklung nicht ausreichend:physikalische Wirkungdynamische Vorgänge
Interdisziplinäre Entwicklung:Kommunikation zwischen den Entwicklungsbeteiligten verschiedenerDisziplinenInterdisziplinäre Beschreibungsmethoden bisher wenig verbreitetSichtbarkeit des Software-Verhaltens in anderen DisziplinenWirkungsabhängigkeit zwischen Software und Physik
Heutige Lösungen erfordern hohen Zeit- und Kostenaufwand.
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 43 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Automatisierungs-Software:Integrated Development Enviroment
Integration der Automatisierungs-Softwareentwicklung
Anforderungs- & Daten-Management basierend auf Teamcenter & TIA-Portal
Integrated Detailed DesignConcept Design Virtual
Commissioning Commissioning Real MachineSystem Engineering
Automation Software Development
Automation Design
SourceControl
BugTracking Test
Team
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 44 Mai-2012 Michael Schlereth
Anforderungen aus dem Maschinenbau
Zentrale Engineering-Kriterien zur Auswahl einer Automatisierungsplattform
Versionsverwaltung
Test / Anbindung externer Tools
Compiler
Datenmanagement
Debugging
Handling zwischen Entwicklungsplattform (IDE) und Steuerung
Programmierung
Verwendung von Bibliotheken
Hardwarekonfiguration
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 45 Mai-2012 Michael Schlereth
Softwareentwicklungsumgebungen
Continuous Integration (e.g. Jenkins, CruiseControl)Bugtracking (e.g. Mantis, Doors)Software Configuration Management (e.g. Subversion, GIT, TFS)Automatisierte TestsDashboard/Status Control
Realisierung:Lokaler ServerCloud based (e.g. Collabnet, Sourceforge, Github)
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 46 Mai-2012 Michael Schlereth
Herausforderung: Entwicklung großer Software Systeme
Integration von Software-EntwicklungsumgebungenWiderspruch zwischen der Benutzerfreundlichkeit von Automatisierungsentwicklungstools und Software Management ToolsAutomatisierungsentwicklungs-Umgebungen verwalten neben Quelltexten auch große Mengen an Konfigurationsdaten in speziellen Datenformaten/DatenbankenModelle und Modellierungsprozesse sind inkompatibel zu Quelltext basierten Software-Verwaltungs ToolsContinuous Integration und Test durch interdisziplinäres Zusammenspiel schwierig
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 48 Mai-2012 Michael Schlereth
Siemens Provides a Unified Platformfor Greater Speed with Confidence
SPEED (First to Market)Achieve concurrent disciplines byintegrating product & productionDigitally analyze products & production for agile processesRe-use assets: knowledge, engineering, parts, manufacturing plans & resources
CONFIDENCE (Right to Market)Simulate & validate for predictablequality, cost and complianceClose the loop between virtual & physicaldata for continuous improvementManage change predictably to ensurehigh quality throughout the lifecycle
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.Industry SectorPage 49 Mai-2012 Michael Schlereth
Sie sind eingeladen unsere Herausforderungen anzunehmen…
© Siemens AG 2012. All Rights Reserved.
Michael SchlerethDrive Technologies DivisionI DT MC R&D 7 3
Frauenauracher Str. 80 91056 Erlangen, Germany
Phone: +49 (9131) 98-1137
E-Mail: [email protected]
Thank you for your attention!