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Automation Designer: Mechatronisches Bindeglied für die Digitale Fabrik
In der Fabrikplanung ist es ähnlich wie in der Konstruktion: Mechanik und Elektrotechnik stehen sich bislang recht unverbunden gegenüber. Das Verbindungsglied ist Papier. Um diesem Zustand abzuhelfen, und eine durchgängige digitale Planungswelt zu schaffen, hat Siemens die Software Simatic Automation Designer entwickelt und mittlerweile auf die Basis von Cosmos gestellt.
Siemens ist in der realen Fabrik schon sehr lange vertreten. Steuerungen, Motoren, Sensoren, Bussysteme und vieles mehr haben einen bedeutenden Marktanteil weltweit. Das betrifft sowohl die diskrete Fertigung wie auch die Prozessindustrie.
Um seine Kunden nun auch in der virtuellen Welt immer besser zu unterstützen, hat Siemens 2007 die frühere Firma UGS und 2008 Intec gekauft. Somit verfügt das Unternehmen nun über CAD, CAM, E-CAD, PDM und Tools der Digitalen Fabrik und ist damit in eine führende Position gelangt.
 Simatic Automation Designer ist die Informations- und Datendrehscheibe, welche die mechanische Welt mit der elektrischen Welt verbindet.
Um alle diese Tools in Hinsicht auf die Digitale Fabrikplanung zu integrieren, bietet Siemens die Software Automation Designer an, deren Entwicklung schon vor den Firmenzukäufen begann, die nun aber so richtig „zum Fliegen“ kommt.
Simatic Automation Designer
Automation Designer ist ein objektorientiertes 2D-System mit unterlegter Datenbank. Jedem grafischen 2D-Objekt können beliebig viele Informationen zugeordnet werden. Beispielsweise werden CAD-Modelle, Stromlaufpläne, SPS-Programme und alles, was eine Systemkomponente genau beschreibt zugeordnet. So hat der Nutzer auf der einen Seite eine gute Gesamtübersicht in 2D und auf der anderen Seite die volle Informationstiefe an der Stelle, an der er sie braucht.
Mit diesem Tool gelingt es nun:
- Anlagenplanung und Simulation der mechanischen Komponenten
- die mechanischen Anlagendaten (z. B. Stücklisten)
- CAD-Modelle und Zeichnungen
- mit den Daten der elektrischen Automatisierungstechnik wie
- SPS-Programme, Hardware-Konfigurationen, HMI-Programme
- Schalt- und Kabelpläne
zu kombinieren.
Konkret heißt das, Daten aus NX, Solid Edge, Tecnomatix, Teamcenter fließen zusammen mit Daten aus Eplan, Ruplan, Comos ET, STEP 7.
„In der Digitalen Fabrik, in unserem Fall Tecnomatix, entsteht ja bereits ein sehr detailliertes digitales Abbild des Produktionsmittels, der Produktionsmittel und des Produktionsprozesses. Jedoch stehen dort weder elektrotechnische Informationen noch die Automatisierungssoftware zur Verfügung. Die dort entstandenen Daten werden nun in Automation Designer übertragen. Das betrifft nicht nur die Mechanik, sondern auch deren Abläufe, repräsentiert beispielsweise als Gant-Charts. In Automation Designer erfolgt dann das funktionale Engineering der Automatisierungstechnik“, erläutert Dr. Wolfgang Schlögl,Leiter der Abteilung Digital Engineering bei Siemens in Nürnberg.
 Grafische Darstellung des Engineerings in der Digitalen Fabrik.
Functional Engineering heißt, dass Anlagen über ihre Funktionalität komplett ausdefiniert werden und nicht, wie bisher, über gezeichnete Stromlaufpläne und SPS-Softwareprogrammierung. Das betrifft die konkreten SPS-Steuerungenn, die HMI-Komponenten, die Notaus-Kreise usw., wie auch die Adresszuweisungen bis hin zur PLC-Code-Generierung. Dazu Dr. Schlögl: „Indem man etwas auswählt, werden auch bereits die dazugehörigen Dokumente, zum Beispiel der Stromlaufplan oder SPS-Funktionsbausteine, in den Automation Designer kopiert. Das macht die Bearbeitung einfach und wir können damit die nötigen Daten für das Zielsystem generieren.“
Am Ende gibt es auch eine Stückliste mit den konkreten Komponenten und den nötigen Bestelldaten.
Automation Designer kann nicht nur Daten aus der Siemens-Welt integrieren. Durch den Einsatz von XML als Austauschformat oder Softwareschnittstellen, können alle möglichen Tools integriert werden. Das System kann somit auch in eine vorhandene oder teilweise vorhandene Umgebung bei Kunden integriert werden. Das mechanische Engineering (CAD, Digitale Fabrik), das elektrische Engineering und das Automations-Engineering finden also hier zusammen.
Um es nochmals an einem Beispiel zum Anlagenablauf deutliche zu machen: Die Sequenzen aus der Digitalen Fabrik (Gant-Chart, Impulsdiagramm) werden in Automation Designer eingelesen und mit dem dortigen „Sequence Designer“ weiter bearbeitet. Am Ende steht ein Schrittkettenprogramm in STEP 7, welches vollständig generiert wurde (siehe Abbildung). „Die Verknüpfungen sind bidirektional. Wenn Änderungen im SPS-Programm erfolgen, können diese rückwärts auch nochmals in der 3D-Darstellung von Tecnomatix überprüft werden“, so Dr. Wolfgang Schlögl.
Automation Designer based on Comos
Die Software der ehemaligen Firma UGS ist stark in der diskreten Fertigung. Für die Prozessindustrie hat sie aber weniger zu bieten. Weil aber Siemens mit seinen Komponenten und Lösungen auch dort stark vertreten ist, will das Unternehmen in diesem Bereich ebenfalls Planungstools anbieten. „Darum haben wir 2008 Inotec, den Technologieführer bei der Planung prozesstechnischer Anlagen, gekauft“, begründet Dr. Schlögl diesen Schritt.
 Das Chart zeigt die grafische Ablaufsteuerung im Automation Designer mit Hilfe des „Sequence Designers“.
Bei einem Vergleich von Automation Designers mit deren System, Comos, hat man festgestellt, dass es viele Ähnlichkeiten gibt und dass Comos in einigen Bereichen schon weiter war als der Automation Designer selbst. „Daraufhin haben wir die Comos-Plattform als Basis gewählt “, so Wolfgang Schlögl. Die in Comos nicht enthaltenen Komponenten, wie zum Beispiel der Sequence Designer, wurden übertragen. Daher heißt es jetzt Simatic Automation Designer based on Comos.
Das Ergebnis ist ein schnell fortgeschrittener Automation Designer, der aber vom Anwenderkonzept her alles genauso ermöglicht wie vorher beschrieben.
Mit Comos (siehe Chart) kamen eine Reihe weiterer Tools hinzu. Darunter auch ein E-CAD-Paket, Comos ET, und ein Entwurfssystem für Hydraulik- und Pneumatikpläne, Comos Fluidics.
Virtuelle Inbetriebnahme
Ein wichtiges, zurzeit immer mehr in die Diskussion kommendes Thema ist die Virtuelle Inbetriebnahme. Dabei stehen einer virtuellen Anlage in 3D reale Steuerungen und reale SPS-Software gegenüber. Die Steuerungen können dann wirklich in Hardware (Hardware in the Loop, HiL) oder als virtueller Steuerungskern (Software in the Loop, SiL) eingebunden werden. Die reale Steuerungsumgebung steuert nun die virtuelle Anlage und es ist leicht festzustellen, ob alles korrekt läuft. Lange bevor die Anlage „in echt“ gebaut wird, können Fehler behoben und das Gesamtsystem optimiert werden. Hierdurch kann bei der realen Inbetriebnahme sehr viel Zeit gespart werden.
Die Virtuelle Inbetriebnahme ist bei Siemens ein voll integrierter Bestandteil von Tecnomatix Process Simulate. Dr. Schlögl: „Dort ist alles vorhanden, was für die Virtuelle Inbetriebnahme benötigt wird.“
 Die Integration des Simatic Automation Designers in das Comos Portfolio.
Wie sieht es mit digitalen Verhaltensmodellen der realen Komponenten aus?
„Darüber wird zwar viel gesprochen, aber tatsächlich vorhanden ist wenig. Unter anderem auch deswegen, weil die Nachfrage noch sehr gering ist. Wir gehen daher den Weg, dass wir das Verhalten nötiger Komponenten bei Bedarf selbst modellieren, das heißt nachbilden, damit die Anlage auch wie ein reales System gegenüber der Steuerung reagiert“, erklärt Dr. Schlögl.
Der Anlagenbauer EBZ, meist in der Automobilindustrie tätig, hat bereits ein reales Projekt mit Hilfe der Virtuellen Inbetriebnahme umgesetzt. Der Beweis der Praxistauglichkeit ist also erbracht.
Offenes Austauschformat für die Digitale Fabrik
Im April 2009 hat sich ein Verein gegründet, AutomationML e.V., dessen Ziel es ist, AutomationML als ein offenes, kostenfreies und standardisiertes Austauschformat für alle nötigen Daten in der Digitalen Fabrik zu entwickeln.
 Dr. Wolfgang Schlögl: „Automation Designer steht für das funktionale Engineering der Automationstechnik.“
Mitglieder des Konsortiums sind zurzeit: ABB, Daimler, Fraunhofer IITB, Kuka, Netallied Systems, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg, Siemens und die Universität Karlsruhe
www.automationml.org
www.siemens.com/automation
- Karl Obermann -
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