In diesem Fall geht es um einen internationalen Technologiewettbewerb, der in China stattfand mit über 7000 Teilnehmern, die ihre Fähigkeiten in modernen Industrietechnologien für Robotik, Automatisierung und digitalen Zwilling mittels der Simulationslösung von Visual Components verbessern konnten. Die Benutzerfreundlichkeit und die breite industrielle Anwendung der Visual Components Lösung verschaffte MeiCloud einen Vorteil gegenüber anderer Simulationssoftware, um als einziger Lösungsanbieter für diesen Wettbewerb ausgewählt zu werden. Die teilnehmenden Studenten erhielten während des gesamten Wettbewerbs eine aktive Schulung und technische Unterstützung durch das Team von MeiCloud.

15. Internationaler Wettbewerb für fortgeschrittene Roboter- und Simulationstechnik

Der Internationale Wettbewerb für fortgeschrittene Roboter- und Simulationstechnik ist der erste und einzige von chinesischen Universitäten initiierte Wettbewerb in einer High-End-Disziplin. Studenten aus der ganzen Welt, darunter aus den Vereinigten Staaten, dem Vereinigten Königreich, Deutschland, den Niederlanden, Australien, Norwegen, Südkorea usw., nehmen gemeinsam mit ihren chinesischen Kommilitonen an dieser Veranstaltung teil.

Das Hauptziel dieses Wettbewerbs besteht darin, die Simulationstechnologie an Hochschulen und Universitäten zu fördern, mehr Talente für die Simulation zu gewinnen und die Fähigkeiten der Studenten durch die Nutzung von Fertigungssimulationswerkzeugen zusammen mit dem theoretischen Wissen zu verbessern. Durch den Einsatz der Simulation lernen die Studierenden, die realen Herausforderungen der Industrie zu verstehen und sie durch die Gestaltung der intelligenten Fabriken der Zukunft zu lösen.

Dies war die 15. Auflage dieses Wettbewerbs, der vom 1. bis 30. November 2022 stattfand. Insgesamt nahmen 1510 Teams aus 369 Hochschulen an diesem Wettbewerb teil. Jedes Team bestand im Durchschnitt aus 5-6 StudentInnen. Beim Online-Wettbewerb gewannen 190 Teams den ersten Preis, 275 Teams den zweiten Preis und 320 Teams den dritten Preis, je nach Simulationsniveau, Produktionswissen und Ausführung der Entwürfe.

Im Laufe der Jahre hat sich der Wettbewerb zu einer wichtigen Bühne für Studierende aus der ganzen Welt entwickelt, auf der sie ihre Fähigkeiten in der Roboterforschung und -entwicklung, -produktion und -anwendung unter Beweis stellen und eine Brücke für gegenseitiges Lernen und Wissensaustausch schlagen können.

Projektbeschreibung

Das untenstehende Layout stammt von einem der Siegerteams des Wettbewerbs, welches vom North China Institute of Science and Technology stammt. Dieses Team entwarf eine intelligente Fabrik, die Impeller herstellt, die normalerweise in Pumpen für Turbomaschinen verwendet werden.

Die Studenten nutzten die Simulationstechnologie, um ein funktionierendes Modell einer intelligenten Fabrik zu erstellen, das auch von anderen Universitäten genutzt werden könnte. Die folgenden Systeme waren mit dem Simulationsmodell verbunden, das den Kern des Projekts bildete,

1. Sie nutzten das bestehende Universitätslabor und die Fabrik der Schule und stellten eine Verbindung mit dem MES (Manufacturing Execution System) her.

2. Sie nutzten die 5G-Technologie zur Erfassung von Betriebsdaten und zur Überwachung des Produktprozesses der Produktionslinien.

3. Zusätzlich verfügten sie über ein zentrales Kontrollsystem, das Echtzeitbilder der gesamten Produktionslinie mit den durch die einzelnen Stationen fließenden Werkstücken zusammen mit Echtzeit-Maschinendaten anzeigte.

Das Simulationsmodell der Anlage besteht aus drei Teilen.

– Verarbeitungsbereich

– Praxisbereich

– Erklärungs- & Lernbereich

In diesem vollwertigen Smart-Factory-Projekt wurden hauptsächlich folgende Funktionen von Visual Components verwendet,

– Prozessablauf-Simulation

– Signalverknüpfungsmodul

– Roboter-Teaching/Programmierung

– Statistische Analyse

Ablauf der Fabrik-Layout-Simulation

So sah der Material- und Prozessfluss der Impeller Smart Factory aus, – Zwei Teile pro Kiste werden aus dem Lager für den Bearbeitungsprozess (Fräsen, Drehen usw.) entnommen, und parallel dazu werden auf dem Förderband zwei Teile pro Kiste aus dem Lager entnommen, die eine Vorrichtung, einen Sockel und eine Klemmmutter enthalten, um das in Bearbeitung befindliche Laufrad darauf zu montieren, bevor es fertig ist. Die CAD-Geometrien des Laufrads, der Halterung, des Sockels und der Klemme wurden in SolidWorks entworfen und in das Simulationsmodell importiert.

– Die Teile werden auf der Feeler-Drehmaschine bearbeitet.

– Die Teile werden dann von einem Roboter auf der Basis montiert und dann über Förderbänder zur ProMill-Maschine transportiert

– Die gefertigten Impeller werden nach dem Entkoppeln der Spannvorrichtungen und Klemmen zur Messmaschine geschickt.

– In der nächsten Zelle sind zwei Roboter im Einsatz, wobei ein der beiden Roboter das Teil hält und der andere einen Schraubendreher als Werkzeug am Ende des Arms hat. Während der eine Roboter das Teil hält, bearbeitet der andere dieses

– Vier Impeller werden dann von einem kartesischen Roboter zu einem Tablett hinzugefügt

– Dieser Behälter wird zur Überprüfung und Qualitätskontrolle durch AGV zu einem Team transportiert.

Nach einer weiteren weltweiten Auszeichnung der Veranstaltung wird MeiCloud diese Art von Wettbewerben in Zukunft fortsetzen, vielleicht auch in anderen Regionen der Welt. Der Wettbewerb zeigt die Vorteile des Einsatzes der Visual Components Technologie in der Ausbildung. Er ermöglicht den StudentInnen eine schnelle Beherrschung der leistungsstarken Simulationstechnologie zur Erstellung digitaler Zwillinge, übt die virtuelle Inbetriebnahme und bereitet sie auf die Herausforderungen vor, die sie nach ihrem Abschluss erleben werden. Wenn Ihr Unternehmen ähnliche Veranstaltungen organisieren möchte und Unterstützung von Visual Components benötigt, nehmen Sie noch heute gerne Kontakt mit uns auf!

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Der Kurs beinhaltet ein Labor, in dem die Studierenden den theoretischen Teil von Industrie 4.0 mit fortschrittlicher Software in einer virtuellen Umgebung üben können.

Zu diesem Zweck hat die HsH 2018 die Software Visual Components erworben, mit der eine Produktionsumgebung in Echtzeit simuliert werden kann.

Eine restaurantähnliche Umgebung simulieren

Eine der wichtigsten Aufgaben des Programms besteht darin, dass die Studierenden einen Webshop erstellen, über den Bestellungen für einen Hamburger in einer restaurantähnlichen Umgebung aufgegeben werden können. Die Schüler arbeiten in Python, um die vom Webshop eingehenden Bestellungen zu verarbeiten. Das Projekt jedes Schülers läuft über eine Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA), um eine Verbindung zur Simulation herzustellen.

Die Studenten verwenden Visual Components für die virtuelle Inbetriebnahme, insbesondere für die Einrichtung eines Prozesses und die Ausführung dieses Prozesses. Durch den Einsatz der Software können die Studierenden eine Produktionsanlage in Echtzeit virtuell simulieren und alles von der Programmierung bis zur Steuerung erleben.

Vollständige virtuelle Inbetriebnahme Erfahrung

Ausschlaggebend für die Integration von Visual Components in das Programm war die OPC UA-Schnittstelle, die nicht nur auf eine Robotersteuerung, sondern auf mehrere Maschinen zugreifen kann. Das Konzept war von Anfang an da und die Software passte perfekt dazu. Auch die Möglichkeit, dass mehrere Studenten auf eine 3D-Erfahrung zugreifen und einen Blick auf dieselbe Fabrikhalle werfen können, an der sie gerade arbeiten.

“Visual Components bietet eine vollständige virtuelle Inbetriebnahme Erfahrung”, sagt Dr.-Ing. Jens Hofshulte, Studiengangsleiter Prozessmanagement und Usability Engineering Industrie 4.0. “Es ist von Vorteil, einen Fernsteuerungszugang für die Simulation zu haben, um die Möglichkeit zu haben, eine reale Fabrikumgebung aus der Ferne zu programmieren und zu steuern. So etwas zu erleben, ist wirklich einmalig.”

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Der über drei Jahre laufende Studiengang konzentriert sich auf Technologie und die Vorbereitung von Ingenieuren von heute auf die Herausforderungen von morgen. Zu den Themen gehören u. a. Grundlagen der technischen Konstruktion, Maschinenbausysteme, Mechatronik, Systembetrieb und Technologie für die intelligente Fertigung.

Das Modul Technologie für die intelligente Fertigung wird im zweiten Studienjahr absolviert. Dabei müssen sich die Studenten Gedanken über die Grundlagen der industriellen Organisation machen, indem sie Werkhallenlayouts planen und simulieren. Hier hilft die 3D-Simulationssoftware von Visual Components bei der Steigerung der Leistung und der Produktivität in einem für sie interessanten Industrieszenario.

„Visual Components ist ein Vorreiter bei der Replikation einer großen Bandbreite an Industrieszenarien – angefangen bei der Entwicklung einer Fertigungslinie zum Trennen von Obst in einer Kiste im Lager bis hin zur Herstellung von Fahrzeugen und Raketen“, so Dr. José Rodolpho de Oliveira Leo, einer der Kursleiter. „Entscheidend sind das Vorstellungsvermögen und die Fähigkeit des jeweiligen Benutzers – dann sind keine Grenzen gesetzt.“

Die Rolle von Visual Components im Modul Technologie für die intelligente Fertigung

Das Modul Technologie für die intelligente Fertigung vereint klassische Fertigungsverfahren mit modernsten, neu entstehenden Praktiken wie beispielsweise Industrie 4.0, Automatisierung und visuelle Fabrikplanung. Es ist in zwei Segmente aufgeteilt: im ersten geht es um die digitale Fertigung und die Verwendung von CAD-/CAM-Software bei der Planung von Herstellungswegen. Im zweiten Segment müssen sich die Studenten Gedanken über die industrielle Organisation sowie Steigerungen der industriellen Produktivität machen. In diesem zweiten Segment kommt die Software von Visual Components zum Einsatz.

„Die erste Lektion im zweiten Teil des Moduls dreht sich um Visual Components. Hier stellen wir die theoretischen Aspekte von Fertigungssystemen vor“, so Rodolpho de Oliveira Leo. „Layouts von Zellen, von Montagelinien, modularer Aufbau usw. Sie lernen die unterschiedlichen Auswirkungen auf die Produktion, das Layout, die Ausgestaltung, die Logistik und vieles mehr. So verstehen sie die Fertigung aus einem viel größeren Blickwinkel.“

Tablet-Montagelinie. Universität Coventry, Smart-Manufacturing-Technologie-Modul – Studentenprojekt

Laut Feedback zum Studiengang gefielen den Studenten viele Aspekte der Nutzung der Simulationssoftware von Visual Components. Der Mehrheit der Studenten sind die Vielseitigkeit und große Ressourcenauswahl des Softwareprogramms aufgefallen. Darüber hinaus fanden sie die kreative Freiheit toll, die sie hinsichtlich realer Situationen hatten. Der einzige Nachteil der Nutzung der Software im Rahmen dieses Kurses ist, dass sie sehr viel umfangreicher ist, als was im Zusammenhang mit dem Modul Technologie für die intelligente Fertigung benötigt wird“, merkt Rodolpho de Oliveira Leo an.

„Wir werden versuchen, VC in andere Module einzubinden, damit die Studenten mit dem Programm noch mehr experimentieren können“, erklärt er. „Die Studenten haben echtes Interesse daran, es auszutesten und mehr darüber zu erfahren, in diesem Modul steht jedoch nur begrenzte Zeit zur Verfügung. Das ist tatsächlich der einzige Aspekt der Software, der für die Studenten eine Herausforderung darstellt.“

Nichtsdestotrotz ist die Verwendung der Software in diesem Modul die ideale Vorbereitung für das so wichtige dritte Jahr im Studiengang Elektromaschinenbau, wenn sich die Studenten noch größeren Herausforderungen stellen müssen.

Darum hat sich Coventry für die 3D-Simulationssoftware von Visual Components entschieden

Ein Katalog mit allen wichtigen Herstellern in verschiedenen Industriesegmenten. Eine freundliche, intuitive Benutzeroberfläche. Fähigkeit zur Replikation einer großen Bandbreite an Industrieszenarien.

Das sind nur drei der Gründe, warum die Coventry University Visual Components für die Simulation im Rahmen des Lehrplans gewählt hat.

„Die Idee war, ein Tool einzusetzen, das praxisorientierte Aktivitäten ermöglicht, etwas, anhand dessen wir das Konzept von Fertigungslinien, die verschiedenen Arten von Anordnungen in Werkshallen vermitteln könnten. Und plötzlich hatten wir ein Tool zur Simulation der Fabrikleistung und der Layoutgestaltung“, so Rodolpho de Oliveira Leo. „Sehr aufregend.“

VC ist keinesfalls etwas, an dem sich die Studenten an der Coventry University schon immer ausprobieren konnten. Tatsächlich wurde die Software erst vor Kurzem in den Studiengang aufgenommen, als die Lehrkräfte auf der Suche nach neuen Tools waren, die Studenten beim Lernen unterstützen. Als die Lehrkräfte der Conventry University auf VC stießen und herausfanden, dass sich die Leistung einer Fabrik damit gut simulieren lässt, freuten sie sich darauf, die Software in den Lehrplan zu integrieren.

Den Umgang mit der Software zu lernen, hilft den Studenten zudem nicht nur während ihres Studiums des Elektromaschinenbaus, sondern auch bei der Jobsuche nach Abschluss des dreijährigen Studiums.

„Studenten finden die Möglichkeit spannend, die ganze Welt in VC zu simulieren“, so Rodolpho de Oliveira Leo. „ Sie sind stolz darauf, dies in ihrem Lebenslauf und Bewerbungsanschreiben aufzuführen, da sie nach dem Studium so bessere Chancen auf dem Arbeitsmarkt haben.“

Unser Programm hat das Ziel, die Ingenieure von heute auf die Herausforderungen von morgen vorzubereiten. Und Tools wie die 3D-Simulationssoftware von VC helfen Studenten, ihr Verständnis von Kurskonzepten weiterzuentwickeln und neue Fähigkeiten zu erlernen, von denen sie in der Praxis nur profitieren können.

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Ein solches Projekt war der Aufbau einer vollautomatisierten Fertigungsstraße, welche das Thema Industrie 4.0 veranschaulichen sollte. Vier Schüler arbeiteten gemeinsam an diesem Projekt, wobei sie insgesamt knapp 500 Stunden investierten. Das Projekt wurde mit den Instrumenten des Projektmanagements durchgeführt, mit regelmäßigen Meilensteinsitzungen, auf denen der aktuelle Stand präsentiert wurde.

Digitaler Zwilling für die Smart Factory

Für die Planung der Fertigungsstraße wurde ein digitaler Zwilling erstellt, mit dem nicht nur die Anordnung des Maschinenparks innerhalb des vorgesehenen Kellerraums, sondern auch die vollständige Funktionsweise der „Smart Factory“ geplant, simuliert und optimiert werden sollte.

Für die Erstellung des digitalen Zwillings entschied man sich für die Software „Visual Components“. Gründe dafür waren die Leistungsfähigkeit der Software und ihre große Verbreitung in der Industrie. Die Schule erwarb eine günstige Klassenraumlizenz, und Visual Components stellte den Studenten kostenlose Lizenzen zur Verfügung.

Professionelle Software für die Fabrikplanung

Visual Components ist eine der weltweit führenden Lösungen für die 3D-Fabrikplanung und -simulation. Mit Visual Components können Produktionsanlagen mithilfe einer Bibliothek von mitgelieferten, vorgefertigten Fabrikkomponenten entworfen, geplant und simuliert werden. Mit der Lösung kann man „digitale Zwillinge“ erstellen – von einzelnen Produktionszellen bis zu kompletten Fabriken. Ein solcher digitaler Zwilling ermöglicht eine optimale Planung der Produktion und sogar eine virtuelle Inbetriebnahme von Fertigungsanlagen.

Visual Components ist ein Unternehmen aus Finnland; die Software wird weltweit in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt, in der Automobilindustrie und im Maschinenbau ebenso wie in der Logistik und Verpackungsindustrie. Da es entsprechend der Bedürfnisse der Kunden unterschiedliche Ausbaustufen gibt, ist Kauf oder Miete auch für kleinere Unternehmen erschwinglich.

Visual Components autodidaktisch erlernt

Die Schüler der Rudolf-Diesel-Fachschule arbeiteten sich vollständig autodidaktisch in die Software ein. Auf der Webseite „Visual Components Academy“ fanden sie zahlreiche sehr hilfreiche Videos und Anleitungen; so konnten sie sich ein solides Wissen aneignen. Danach wurden im ersten Schritt die vorhandenen Architekturpläne des Kellerraums in Visual Components eingelesen, sodass die Fertigungsstraße in der korrekten Umgebung aufgebaut werden konnte.

In der von Visual Components mitgelieferten Bibliothek sind zahlreiche vorgefertigte Fabrikkomponenten enthalten, z. B. Roboter, Förderbänder, Maschinen und Anlagen. In diesem Fall mussten lediglich die Fertigungsmaschinen neu modelliert werden. So wurden die Rohkörper der Maschinen Emco Mill 105 und DMG Alpha CTX 500 mit dem CAD-System SolidWorks nachkonstruiert; diese Modelle wurden dann über die CAD-Schnittstelle direkt in Visual Components eingelesen.

3D-Fabriksimulation der Fertigungsstraßen

Danach wurden die zwei Linien der Fertigungsstraße virtuell aufgebaut. Auf Linie eins belädt ein Robotino, ein mobiles Robotersystem von Firma Festo Didactic, eine Emco Mill 105. In der von Visual Components mitgelieferten Bibliothek sind alle wichtigen Attribute wie die Bewegungsparameter des Roboters hinterlegt. So können am virtuellen Modell sehr einfach Analysen zur Reichweite des Roboters durchgeführt werden.

Nach Abschluss des Fräsens wird das Werkstück von einem UR5 von Universal Robots auf ein Förderband abgelegt. Am anderen Ende des Förderbands wartet ein weiterer UR5, der das Werkstück in eine DMG alpha CTX 500 lädt und nach Abschluss der Drehbearbeitung wieder entlädt. Auf Linie zwei belädt ein weiterer Robotino eine weitere Emco Mill 105 mit dem Werkstück und legt es nach der Bearbeitung ebenfalls auf ein Abgabeband.

Probleme erkennen und vermeiden mit Simulation

Der digitale Zwilling diente auch dazu, eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, wie die Anlage in die gegebenen Räumlichkeiten passt; es sollte überprüft werden, ob der Platz für die Maschinen und deren Bedienung ausreicht.

Bei der Untersuchung des digitalen Modells ergab sich, dass eine vorgesehene Galerie nicht wie geplant gebaut werden konnte – sie konnte aber noch rechtzeitig abgeändert werden. Außerdem sah die ursprüngliche Planung einige Tische im Maschinenraum vor. Auch hier zeigte der digitale Zwilling, dass der Raum durch die Tische zu voll geworden wäre; also wurden sie aus der Planung entfernt. Diese Mängel, die frühzeitig entdeckt wurden, konnten dank des digitalen Zwillings rechtzeitig vor der realen Umsetzung behoben werden.

Ein Highlight: Virtual Reality für Schulungszwecke

Virtual Reality ist nicht nur ein absolut intensives Erlebnis, sondern setzt auch neue Maßstäbe in der Produktentwicklung und der Fabrikplanung. Mit einer VR-Brille soll den Schülern sowohl Industrie 4.0 als auch einzelne Prozessschritte in der Fertigung vermittelt werden. Dafür wurde von der Schule eine HTC Vive Pro zur Verfügung gestellt. So kann die Anlage in Verbindung mit Virtual Reality für Schulungszwecke eingesetzt werden.

Lukas Gillner, einer der Maschinenbau-Schüler der Rudolf-Diesel-Schule ist von diesem Highlight sehr begeistert:

„Dass in unserer Schule eine professionelle Software eingesetzt wird, um eine vollständige Fertigungsstraße zu konfigurieren, welche den Schülern sowohl Industrie 4.0 als auch bestimmte Prozessschritte mittels der VR-Brille nahebringen soll, das empfinde ich und meine Projektgruppe als etwas ganz Besonderes.“

Große Zufriedenheit mit der Projektarbeit

Das Ziel der Projektarbeit war die Bearbeitung einer umfassenden, fachübergreifenden Aufgabe, die im Team entsprechend den beruflichen Anforderungen eines Technikers zu bearbeiten ist. Im Zentrum der Projektarbeit steht die Weiterentwicklung der beruflichen Handlungskompetenz. Mit dieser Arbeit wurde nachgewiesen, dass eine Problemstellung selbstständig und zielgerichtet bearbeitet wird. Es sollten systematisch Lösungsvarianten erarbeitet, bewertet und Lösungskonzepte entwickelt werden. Als Projektmitglieder arbeiteten die Schüler mit den Instrumenten des betrieblichen Projektmanagements und wandten Teamarbeitsmethoden an.

Ein Vorbild, auch für andere Schulen

Die Rudolf-Diesel-Fachschule besitzt einige Testlizenzen von Visual Components, die im Unterricht regelmäßig zum Einsatz kommen. Im Fach „Digitale Transformation“ gibt es ein Modul zum Kennenlernen und Ausprobieren der Software Visual Components. Auch für weitere Projektarbeiten in den kommenden Jahren soll je nach Aufgabenstellung Visual Components eingesetzt werden.

Bildung und Ausbildung sind zentrale Voraussetzungen, um die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen in Deutschland zu erhalten und auszubauen. Das gilt insbesondere für die Fähigkeiten der Ingenieure und Techniker, innovative Produkte zu entwickeln und herzustellen. Dazu muss aber nicht nur Wissen vermittelt werden, sondern es muss auch Begeisterung für Innovation und technischen Wandel geweckt werden. Die Rudolf-Diesel-Schule in Nürnberg hat mit dem Visual Components-Projekt gezeigt, wie das geht. Zur Nachahmung dringend empfohlen!

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Die Fachhochschule bietet ein Betriebswirtschaftslehre-Programm an, in dem sich Studenten auf die Entwicklung verschiedener Geschäftsprozesse konzentrieren, u. a. Produktionssysteme. Dieses Programm umfasst einen Kurs, in dem Studenten durch Modellierung und Analyse die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen Arten von Produktionssystemen erlernen. In diesem Kurs erlernen Studenten die Visual Components 3D-Simulation, und die hier erworbenen Fähigkeiten werden in fortgeschrittenen Masterkursen weitergeführt.

Die Metropolia University hat das Programm vor etwa vier Jahren als Lerninstrument eingeführt. Schnell hat es sich als wertvoll erwiesen, denn Studenten können so neue Thematiken und Konzepte erlernen und sowohl grundlegende als auch anspruchsvollere Aufgaben erledigen. In dieser Fallstudie sehen wir uns den Visual Components-Lernpfad für Studenten an der Metropolia Universität genauer an und erörtern die Lernerfahrung aus Sicht eines Dozenten. Sehen wir uns das Ganze einmal genauer an:

Der Visual Components-Lernpfad

Wenn Studenten das 3D-Fertigungssimulationsprogramm von Visual Components im Grundstudium nutzen, ist dies wahrscheinlich ihre erste Berührung mit dieser Art von Plattform. Deshalb gibt es einen schrittweisen Lernpfad für das Programm, bei dem sich die Studenten zunächst mit den Grundlagen beschäftigen, bevor sie zu fortgeschrittener Modellierung und Programmierung übergehen. Studenten erhalten jede Woche neue Aufgaben und sollen diese mithilfe von VC bearbeiten. Zum Semesterende sind die Studenten, die wahrscheinlich noch keine Erfahrung mit computergestützter Konstruktionssoftware hatten, in der Lage, zu modellieren und Python-Programmierung und -Anpassungen vorzunehmen.

Ein Tool wie VC hat den Zweck, etwas anzubieten, das alles, was Studenten lernen, in einem nützlichen Paket vereinen kann. Betriebsführung, Logistik, Produktionssysteme, Programmierung, Prozessmodellierung und -analyse, Automatisierung, Integration in CAD – das Programm kann Studenten helfen, egal welche Laufbahn sie wählen.

Juha Haimala, Leiter des Studiengangs Betriebswirtschaftslehre an der Metropolia University

Lehren mit Visual Components

Es herrscht immer ein gewisses Zögern, wenn neue Instrumente in den Lehrplan aufgenommen werden. Als Haimala das VC-Simulationstool 2016 erstmals einsetzte, waren alle Befürchtungen sofort zerstreut. Er fand, dass die Software lernfreundlich und umfassender als die zuvor verwendeten Programme war. 

Vor Visual Components habe ich Quest und Enterprise Dynamics im Unterricht eingesetzt. Mit Quest lässt sich alles machen, aber man brauchte u. U. Wochen, um etwas fertigzustellen. Enterprise Dynamics war benutzerfreundlich, wenn man sich an die Bibliothekskomponenten hielt, in der Praxis konnte man jedoch nicht viel machen. Ich hatte gehofft, dass Visual Components so gut wie Quest sein würde, und war positiv überrascht zu sehen, dass die besten Quest-Funktionen auch in Visual Components enthalten sind, man aber nicht Wochen und Monate braucht, um ein Projekt fertigzustellen

Juha Haimala, Leiter des Studiengangs Betriebswirtschaftslehre an der Metropolia University

Visual Components wird neben dem Grundstudium auch in den Masterkursen an der Metropolia University eingesetzt. Dann haben die Studenten meist mehr Erfahrung im Umgang mit dieser Art von 3D-Simulationssoftware und schlagen bereits eine eigene Laufbahn ein.

Fernunterricht während der Corona-Krise

Visual Components hat sich besonders in den Phasen des Fernunterrichts bewährt, die aufgrund der Corona-Krise erforderlich waren. Während der ersten Welle der Pandemie stellte Visual Components Studenten zeitlich begrenzte Lizenzen zur Verfügung, damit sie das Programm im Fernunterricht auf ihren PCs ausführen konnten. Jetzt, in der zweiten Welle, basieren alle Aktivitäten auf Online-Konzepten. In der neuesten Kursversion mit VC nutzen Studenten VPN und Floating-Lizenzen. Dieser Ansatz hat sich wirklich bewährt.

Die Erfahrung ist überaus positiv. Es ist ein grundlegendes Programm, um neue Thematiken zu erlernen und an Aufgaben zu arbeiten. Wenn wir erst einmal ein gutes Tool gefunden haben, gibt es keinen Grund zu wechseln.  Ich bin überzeugt, dass wir dieses Tool mit dem Programm von Visual Components gefunden haben.

Juha Haimala, Leiter des Studiengangs Betriebswirtschaftslehre an der Metropolia University

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TEMEX wurde mit der Bereitstellung einer automatisierten Montagelinie beauftragt, einschließlich Gestaltung, Integration und Bereitstellung der Produktionsumgebung für die Montage von Produkten aus Legos, des Lego-Unterbaus und der elektronischen Komponenten. TEMEX hatte für die Entwicklung dieser Lehrfertigungslinie für den neuen Studiengang der Universität „Computersysteme für die Industrie des 21. Jahrhunderts“ ein Jahr Zeit.

Erfahren Sie mehr darüber, wie TEMEX dieses Smart Factory-Projekt vom Konzept zur Realität entwickelte und wie die 3D-Produktionssimulationssoftware von Visual Components half, die Fristen und Ziele zu erfüllen.

Über das Smart Factory-Projekt

Im Rahmen des Smart Factory-Projekts sollte eine neue Lehrmontagelinie für Studenten der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik sowie für Studenten anderer Fakultäten entwickelt werden. Zweck der Idee der VŠB – Technischen Universität Ostrava für ihr Smart Factory-Labor war es, verschiedene Grundlagen der Industrie 4.0 wie Interoperabilität, Virtualisierung, Dezentralisierung, Echtzeitbetrieb, Serviceorientierung und Modularität zu demonstrieren.

Wie im Abschnitt oben erwähnt, wurde das Produktionssystem für die automatisierte und manuelle Lieferung von Legosteinen, die mit einem 3D-Drucker erstellt wurden, konzipiert. Die Konfiguration des Produkts und der Fertigungsmethode wird zu Beginn eines jeden Produktionszyklus über eine grafische Benutzeroberfläche auf einem Tablet ausgewählt. Nach der Konfiguration beginnt der Montagezyklus mit der Entnahme eines leeren Produktbehältnisses aus dem Lager. Der Manipulator greift alle Teile des ausgewählten Produkts und lädt sie in das Produktbehältnis. Nach der Bestätigung, dass das Behältnis die erforderlichen Teile enthält, wird es auf das Förderband der Montagelinie gestellt.

Auf jedem Lego-Unterbau befindet sich eine Speicherkennung mit allen Informationen über die einzelnen Teile des Produkts und die auszuführenden Vorgänge. Ein Steuersystem wählt den entsprechenden Arbeitsplatz mit Produktionskapazität aus und weist ihm die Bearbeitung zu. Nun folgt der Vorgang. Ist Automatisierung gewählt, können die Roboter das spezifizierte Produkt fertigen. Ist manuelle Montage gewählt, werden stattdessen Behältnisse mit Produktteilen zu einem Bediener befördert, der die Aufgabe erledigt.

Am Ende des Produktionszyklus wird jedes Produkt an der Prüfstation automatisch überprüft, um die Fehlerfreiheit und Funktionalität des Produkts zu verifizieren. Ein Produktionsleitsystem ist für die Lagerverwaltung zuständig.

Simulationssoftware von Visual Components liefert wichtige Hilfestellung

Da das Smart Factory-Projekt das Erste seiner Art für die VŠB – Technische Universität Ostrava war, musste TEMEX die Produktionslinie nicht in bestehende Infrastruktur einbinden. Dennoch standen die Techniker vor der Herausforderung, ein System mit 3D-Druckern, Roboterarbeitsplätzen und Methoden zur Linienneuanordnung zu entwickeln. Das System musste zuverlässig arbeiten und Erweiterte Realität sowie assistierte Montagetechnik beinhalten.

Als es darum ging, das Linienlayout zu entwerfen und all diese anderen Notwendigkeiten einzubeziehen, setzte TEMEX auf Visual Components. Mithilfe der VC-Simulationssoftware konnten die TEMEX-Techniker schnell Simulationen der Linie und der laufenden Prozesse, die auf ihr ausgeführt werden sollten, erstellen. Dank der VC-Plattform konnten die TEMEX-Techniker zudem grundlegende Layouts ganz einfach in zusätzliche Simulationen modularer Linienlayouts verwandeln. Dies alles half bei der Simulation in einer nahezu Echtzeit-Umgebung, um die Anforderungen der Universität zu erfüllen und den Termin für die Fertigstellung im Sommer 2020 einzuhalten.

„Die Vorbereitung auf dieses Projekt war eine große Verantwortung und gleichzeitig eine maßgebliche Veränderung hinsichtlich der Reichweite des Einsatzes von Visual Components für die Simulation der Umgebung und aller nachfolgenden Einzelprozesse“, so Roman Vybiral, CEO von TEMEX. „Dank dieses Projekts haben wir erkannt, dass genaue Simulationen auf Probleme aufmerksam machen können, die möglicherweise bei der Inbetriebnahme der Anlage auftreten. Durch Einsatz von Visual Components werden diese Funktions- und Durchsatzprobleme rechtzeitig verhindert, was deutlich geringere Kosten nach sich zieht.“

Visual Components ist demzufolge Bestandteil der Vorbereitung einiger Projekte geworden. Es ist äußerst hilfreich, mehrere ineinandergreifende Elemente zu kombinieren und Probleme bzw. Schwachstellen in Produktionsprozessen und -abläufen rechtzeitig zu erkennen

Roman Vybiral, CEO von TEMEX

Das Endergebnis

Das Endergebnis ist ein zuverlässiges Lehrmittel, das die Ausbildung der nächsten Generation von Entwicklern und Programmierern an der VŠB – Technischen Universität Ostrava unterstützt – und das langfristig.

Die Möglichkeit, die gesamte Produktionslinie zu sehen und ihre ordnungsgemäße Funktion unter nahezu realen Bedingungen vor der Produktion mithilfe von Visual Components zu überprüfen, bedeutete enorme Zeit-, Arbeits- und Kosteneinsparungen für alle, die an der Entwicklung und Produktion beteiligt sind

Roman Vybiral, CEO von TEMEX

Auch für TEMEX eröffnete das Smart Factory-Projekt neue Möglichkeiten für den Einsatz der 3D-Produktionssimulationssoftware von Visual Components. Das Unternehmen ist stets bestrebt ist, sich weiterzuentwickeln und neue technologische Maßstäbe zu setzen. Nun kann es mit den VC-Programmen einen digitalen Zwilling großer Produktionslinien erstellen, wobei der Einsatz über reine Montageanlagen hinausgeht. Darüber hinaus sieht TEMEX auch die Möglichkeit, VC-Software in der Aluminiumradfertigung, für Palettier- und Depalettieranlagen und in anderen Bereichen einzusetzen, um sich als Technologieführer in der Tschechischen Republik weiterzuwickeln.

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Die Mälardalens Högskola, oder auch MDH, ist eine der größten und renommiertesten Hochschulen Schwedens. Mit einem Kursangebot, das von BWL über Gesundheit und Pädagogik bis hin zum Ingenieurwesen reicht, bietet die Bildungseinrichtung ihren rund 16.000 Studenten einen vielseitigen Lehrplan in ihrem gewählten Fachbereich. Ein Schwerpunkt der MDH ist jedoch die Forschung – insbesondere die Forschung zur Bewältigung der gesellschaftlichen Herausforderungen, mit denen Menschen und Zivilisationen konfrontiert sind. Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt, der internationale Anerkennung gefunden hat, sind Energie- und eingebettete Systeme der Zukunft.

In dieser Fallstudie untersuchen wir die Nutzung von Automatisierung in der Fertigung im Rahmen eines Gruppenprojekts, das Studenten des Studiengangs Industrieautomation an der MDH durchführen müssen. Visual Components wird hauptsächlich im Rahmen des Kurses „Industrielle Automatisierung“ eingesetzt, und die Simulation für Automatisierungsmöglichkeiten war für die Studenten bei der Präsentation ihrer letztendlichen Vorschläge in diesem Projekt eine große Hilfe. Sehen wir uns das Ganze einmal genauer an:

Über das Projekt

Ziel des Projekts war die Optimierung einer Getriebeproduktionszelle durch Lieferung von 3600 freigegebenen Artikeln pro Woche in einem Werk von GKN ePowertrain in Köping, Schweden. GKN ePowertrain ist Teil der GKN Ltd, dem weltweit größten Anbieter von Antriebstechnologien.

Bei diesem Projekt sollten die Studenten eine Prüfzelle für Getriebe umgestalten, in der ein Roboter zwei Maschinen Material zuführt. Die Prüfzelle war ursprünglich als Automatik konzipiert, wurde später jedoch durch menschliche Bediener ersetzt, da die Kunden des Unternehmens einen erhöhten Produktionsbedarf hatten und der Roboter diese aggressiveren Durchlaufzeiten nicht erzielen konnte. Eine weitere Herausforderung war die Fähigkeit, fehlerhafte Produkte ordnungsgemäß zu handhaben. Die Studenten hatten die Aufgabe, diese Prüfzelle so umzugestalten, dass sie sowohl automatisiert als auch effizient wäre.

Bei dem Studentenprojekt bei GKN ePowertrain ging es um die Erarbeitung eines Konzepts zur Automatisierung des Prozessablaufs, indem die Bediener ersetzt werden und das Material der Maschine durch einen Roboter zugeführt wird, ohne die Anzahl der freigegebenen Artikel zu reduzieren.

Erik Andersen, Student an der MDH

Die Studenten der MDH sahen sich zunächst die ursprüngliche Prüfzelle an. Sie bestand aus einem System mit zwei Getriebeteilen, die in der Prüfmaschine zusammenkommen und in der zweiten Maschine mit einem QR-Code markiert werden sollten. Die beiden Teile kamen in separaten Metallkörben in die Zelle, und der Roboter nahm jedes Teil und setzte es in die Prüfmaschine ein. Als diese Aufgabe erledigt war, musste der Roboter die Teile in die nächste Prüfmaschine transportieren. Wenn der Roboter die beiden Teile in die Markierungsmaschine legte, entnahm er die Teile, die ihren QR-Code erhalten hatten, und legte sie in einen gemeinsamen Korb.

Nach zahlreichen Besuchen bei GKN ePowertrain, Gesprächen mit den Ingenieuren und Konstrukteuren vor Ort sowie sorgfältiger Untersuchung der Roboter in der Prüfzelle bestimmten die Studenten drei Bereiche, in denen die Automatisierung verbessert werden musste, um einen effizienteren und effektiveren Betrieb zu ermöglichen. Dabei handelte es sich um folgende drei Bereiche:

• Wie der Roboter eingehendes Material und ausgehende Behälter handhabt
• Zeitlicher Ablauf der Beladung der Prüfmaschine
• Platz für defekte Teile

Basierend auf ihren Beobachtungen und Erkenntnissen schlugen die Studenten drei verschiedene Möglichkeiten zur Automatisierung einer Prüfzelle für Getriebe vor. Dabei produzierten alle drei Vorschläge über 4000 Teile, was die Erwartungen und ursprünglichen Ziele des Projekts übertraf. GKN wird diese Studie nutzen und beabsichtigt die Umsetzung von einem der Vorschläge, der hauptsächlich den Einsatz eines zusätzlichen Roboters in der Zelle beinhaltet. In diesem Fall

• greift der erste Roboter die Teile und transportiert sie zu und von den Maschinen.
• Der zweite Roboter übernimmt ausschließlich die Aufgaben des Materialtransports nach der Bearbeitung der Teile.

Durch die Automatisierung dieser manuellen Fertigungszelle konnten bei diesem Projekt mindestens 80 % der Zeit eines Bedieners eingespart werden. Die 3D-Simulation von Visual Components spielte bei diesem neunwöchigen Projekt eine bedeutende Rolle, da sie die vorgeschlagenen Verbesserungen visualisierte. Von besonderem Wert war die Roboterhüllkurven-Funktion von Visual Components, mithilfe derer die Studenten die potentielle Reichweite des Roboters in alle Richtungen innerhalb der Zelle visualisieren konnten.

Der Wert der Arbeit mit Visual Components

Wie bereits erwähnt, wurden aufgrund des kurzen Projektzeitrahmens keine Simulationen der drei Produktionsvorschläge erstellt. Die Visualisierungen zu den vorgeschlagenen Konzepten waren jedoch wertvoll, um die Effektivität zu belegen und die Arbeit der Studenten zu präsentieren. Die Studenten waren beeindruckt, wie benutzerfreundlich die Oberfläche von Visual Components und wie einfach die Plattform zu bedienen war. Beabsichtigt ist, sie in Zukunft für weitere Aufgaben zu verwenden. 

Nächste Schritte

Neben der praktischen Branchenerfahrung und der Freiheit, die den Studenten bei der Beurteilung der Prüfzelle von GKN ePowertrain gewährt wurde, war die größte Belohnung die Nachricht, dass das Unternehmen beabsichtigte, einen der Vorschläge in ihrer Produktionslinie zu implementieren.

„Wir erhielten Informationen darüber, welchen Bedarf sie hatten und wie viele freigegebene Artikel der Roboter liefern musste, um der heutigen Nachfrage gerecht zu werden“, so Andersen. „Außerdem durften wir frei arbeiten, was Spaß machte und eine Herausforderung war.“

Wir meinen, dass die Studenten der Hochschule Mälardalen gute Arbeit geleistet haben. Zudem kann GKN ePowertrain von der Initiative profitieren. Niklas Friedler, Projektleiter und Dozent an der Hochschule Mälardalen, über den Einsatz von Visual Components:

Als Betreuer dieser Art von Projekten ist es äußerst hilfreich, Visual Components zusammen mit den Studenten zu nutzen, um mögliche neue Layouts zu erörtern. Die Studenten können viele Konzepte parallel erstellen und müssen sich nicht zu früh im Projekt zwischen ihnen entscheiden.

Niklas Friedler, Projektleiter und Dozent an der Hochschule Mälardalen

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Einer der von RACE angebotenen Kernkurse ist Attach-and-Train (AnT) for Robotics & Automation (R&A). In diesem sechsmonatigen Programm erhalten agile Ingenieurstalente einen praxisnahen Zugang zu Kerntechnologien in der R&A. Das Programm gliedert sich in zwei Abschnitte: In Phase 1 erhalten die Teilnehmer drei Monate lang eine praxisorientierte Ausbildung auf dem Campus der Akademie. In Phase 2 kommen die Teilnehmer für eine dreimonatige praxisorientierte Ausbildung in Gastunternehmen, wo sie wertvolle praktische Erfahrungen sammeln können.

Aufgrund der COVID-19-Pandemie und zur Gewährleistung der Sicherheit von Teilnehmern und Mitarbeitern wurde der Präsenzunterricht in Phase 1 auf Remote-Learning umgestellt. Die Vorträge und Präsentationen wurden mithilfe von Tools wie Zoom online fortgesetzt. Obwohl das Online-Lernen nicht ohne Herausforderungen ist, gibt es Vorteile, u. a. dass man den Vorlesungen und Schritt-für-Schritt-Anweisungen leichter folgen kann und die Möglichkeit hat, die Sitzungen zur späteren Wiederholung aufzuzeichnen.

Simulieren mit Visual Components

Als die RACE-Akademie erstmals mit Visual Components in Berührung kam, war der erste Eindruck äußerst positiv. Die Ausbilder und Auszubildende waren von der einfachen Bedienung, der Breite der Anwendungen und dem umfassenden E-Katalog von Robotern beeindruckt.

Die Teilnehmer konnten die Visual Components Technologie in beispielloser Geschwindigkeit erfassen und selbständig und kreativ arbeiten. Dies stellte eine deutliche Verbesserung des Arbeitsablaufs dar, da vor der Simulation mit Visual Components keine Simulationssoftware verwendet wurde. Stattdessen hatten sich die Auszubildenden bei der Gestaltung auf SolidWorks verlassen und von Hand auf Papier gezeichnet, um die Werksautomation zu simulieren. Die Umstellung auf Visual Components erwies sich als deutlich schneller und intuitiver. Teilnehmer berichteten, dass Arbeiten, die vorher bis zu acht Stunden in Anspruch nahmen, mit Visual Components in nur drei Stunden erledigt werden.

Die ersten Eindrücke der Studenten waren ebenfalls äußerst positiv. Ein Teilnehmer merkte an, wie „kreative Ideen und Optimierungen zum Leben erweckt werden. Simulationen gewährleisten eine perfekt ausbalancierte Fertigungsumgebung.“

kreative Ideen und Optimierungen zum Leben erweckt werden. Simulationen gewährleisten eine perfekt ausbalancierte Fertigungsumgebung.

RACE Teilnehmer

Bessere Lerninstrumente

Visual Components Simulationssoftware wurde im Kurs Industrierobotik in Phase 1 eingeführt, in dem die Teilnehmer die Theorie zum Roboterarm, die Sensorik und die Bildverarbeitung sowie das Schulen von Endeffektoren erlernen. Auf diesem Lernweg benötigen die Schüler etwa vier Stunden, bevor sie ihre Ideen visualisieren können. Die Schulung beginnt mit Layouts, Förderbändern und Einspeisungen und geht dann zu Leerlaufpositionen, Roboter-PNP und Aufgabenabfolgen mit Arbeitsverarbeitungsbewegungen über.

Gruppenübungen bieten die Gelegenheit, kreativ zu forschen und gleichzeitig bestimmte Aufgabenanforderungen zu erfüllen. Kleine Teams mit fünf Auszubildenden haben eine Woche Zeit, um eine Aktivität durchzuarbeiten, die Aufnehmen und Absetzen, ein Förderband und eine Abfolge von Aufgaben beinhaltet. Diese Projekte werden den anderen Teilnehmern dann über Zoom präsentiert und in einem freundschaftlichen Wettbewerb in den sozialen Medien gepostet.

COVID-19 hat sowohl die RACE-Lernumgebung als auch die Projektarbeit beeinflusst. In einer dieser Gruppensimulationen wurden fahrerlose Transportfahrzeuge mit UVC-Desinfektion eingesetzt, um die Verbreitung von COVID-19 in einem Arbeiterwohnheim zu bekämpfen. In einem anderen Projekt wurde visualisiert, wie eine additive Fertigungsanlage die Personalisierung von Produkten einfacher und sicherer machen könnte.

Die Zukunft von RACE Robotics und Visual Components

RACE setzt sich für die Ausbildung und Förderung von Robotik, Automatisierung und digitalen Fertigungstechnologien ein. Dazu dient ein Lehrplan, der auf Mentoring und eine praxisnahe Schulung setzt und sich auf reale Projekterfahrungen stützt.

Durch die Einbindung von Visual Components in das RACE-Ausbildungsportfolio haben Teilnehmer die Möglichkeit, die Technologien zu simulieren, die sie theoretisch erlernen. Dies unterstützt ihren Wissenserhalt und erweitert ihren Horizont in Sachen Technik. Seit der Einbindung der Software sind das Feedback und die Zufriedenheit der Teilnehmer mit dem Kurs deutlich höher.

In Zukunft möchte RACE Auszubildende mit lokalen Herstellern zusammenzubringen, um gemeinsam an Forschungsprojekten zu arbeiten. Zudem würde die Akademie gern ihre Schulungsprogramme ausbauen, um mit anderen Institutionen, Herstellern und Systemintegratoren zusammenzuarbeiten.

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Die Fakultät für Technologie-Entrepreneurship und Innovation des zur SDU gehörenden Mads Clausen Instituts betreibt umfassende Forschung auf dem Gebiet der Produktionsdigitalisierung und konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung intelligenter, autonomer Systeme, mit denen sozial relevante Probleme gelöst werden können. Ein Gebiet, auf dem intensiv geforscht wird, sind adaptive Produktionssysteme.

In dieser Fallstudie betrachten wir ein jüngst umgesetztes Projekt zu adaptiven Produktionssystemen, das von der SDU und Danish RoboCluster gesponsert wurde, um zu veranschaulichen, wie die SDU Visual Components sowohl für ihre akademische Forschungsarbeit als auch im Lehrbetrieb nutzt.

Das Potenzial von Assistenzrobotern in der adaptiven Produktion

„Moderne industrielle Montagesysteme müssen sich schnell umrüsten lassen, um den ebenfalls schnell wechselnden Kundenanforderungen gerecht zu werden“ sagt Elias Ribeiro da Silva, Assistenzprofessor an der SDU. „Um herauszufinden, wie das Potenzial von Assistenzrobotern für diese Änderungsanforderungen genutzt werden kann, haben wir eine Demo für die Komplettmontage eines Smartphone-ähnlichen Produkts entwickelt. Dazu haben wir physische und digitale Systeme kombiniert und mit kontinuierlichen Simulationen die Umsetzbarkeit bewertet.“

An dem Projekt haben mehrere Partner aus der dänischen Industrie und aus akademischen Kreisen mitgearbeitet und mit verschiedenen Ressourcen und ihrem Fachwissen beigetragen. Die Universität Aalborg war für das physische Setup zuständig und hat die Festo-Module in verschiedene Roboter eingebunden. Die SDU hat kontinuierliche Simulationen durchgeführt, um das System zu testen und anhand verschiedener Szenarien zu demonstrieren, wie Assistenzroboter in Produktionssystemen genutzt werden können. Das Unternehmen Integrate DK analysierte mithilfe ereignisorientierter Simulation das Potenzial für die verschiedenen entwickelten Szenarien statistisch. 4Tech Apps hat die Werkzeug-Schnellwechsler für die Roboter eingerichtet. Und Plus Pack hat die Einrichtung des Verpackungsprozesses im Produktionssystem unterstützt.

So wurden die physischen und digitalen Systeme kombiniert

Für die Demonstration wurde zuerst eine modulare Produktionsumgebung eingerichtet, in der sowohl Assistenzroboter als auch Bediener Arbeitsgänge ausführen können. Die Assistenzroboter sind kollaborative Roboter auf einem Fahrgestell und ausgestattet mit einem Werkzeug-Schnellwechsler sowie drei Werkzeugen.

Je nachdem, welches Produkt montiert werden soll, wählt das Manufacturing Execution System (MES) automatisch eine Konfiguration oder ein Szenario für das Produktionssystem aus. Das MES kann am Roboter verschiedene Werkzeuge auswählen. Anschließend überträgt das MES an den Roboter die Informationen, wo er sich positionieren soll und welche Arbeitsgänge ausgeführt werden sollen.

Das Basisszenario für diese Demo war eine vollautomatische Produktionslinie ohne Bediener und Assistenzroboter, in der alle Arbeitsgänge in Roboterzellen ausgeführt werden. In anderen Szenarien, die zusätzliche Prozesse erfordern (zum Beispiel zum Einsetzen von Sicherungen oder Verkleben von Teilen), teilte das MES die Aufgaben auf die Assistenzroboter und die Bediener auf, die so gleichzeitig arbeiteten. Das Projektteam hat fünf Produktionsszenarien ausgewertet.

• Szenario 1: Vollautomatisch mit 1 Assistenzroboter
• Szenario 2: Vollautomatisch mit 2 Assistenzrobotern
• Szenario 3: Halbautomatisch mit 1 Bediener und 1 Assistenzroboter
• Szenario 4: Teilweise manuell mit Roboterzelle und 1 Bediener
• Szenario 5: Vollständig manuell (ohne Roboter)

SDU erstellte mit Visual Components ein digitales Pendant des von der Universität Aalborg  entwickelten physischen Produktions-Setups und simulierte kontinuierlich die verschiedenen Szenarien, um die einzelnen Konfigurationen zu planen, zu optimieren und zu bewerten. Außerdem nutzte sie die Software, um die Vorgänge zu visualisieren.

„Visual Components generiert hochwertige 3D-Visualisierungen, die uns dabei unterstützt haben, jedes einzelne Szenario zu entwickeln, zu erklären, zu demonstrieren und zu visualisieren“, sagt Elias. „Außerdem konnten wir mit Visual Components den Interessenvertretern des Projekts den Anwendungsbereich der einzelnen Szenarien visuell und anschaulich demonstrieren. So konnten die Ergebnisse nachvollziehbar dargestellt werden und die Resonanz war sehr positiv.“

Visual Components generiert hochwertige 3D-Visualisierungen, die uns dabei unterstützt haben, jedes einzelne Szenario zu entwickeln, zu erklären, zu demonstrieren und zu visualisieren. Außerdem konnten wir mit Visual Components den Interessenvertretern des Projekts den Anwendungsbereich der einzelnen Szenarien visuell und anschaulich demonstrieren.

Elias Ribeiro da Silva, Assistenzprofessor an der SDU

Eine tragfähige Alternative zur Erhöhung der Produktion

Die Projektergebnisse wurden im März 2020 an der Universität Aalborg präsentiert. „Ziel der Demo war es, das Potenzial adaptiver Produktionssysteme in der Industrie zu zeigen und im Einzelnen zu erläutern, wie Assistenzroboter mit Werkzeug-Schnellwechslern nahtlos in Produktionssysteme eingebunden werden können, um die Kapazitäten zu erhöhen oder verschiedene Arbeitsgänge auszuführen“, erläutert Elias. „Ich denke, dieses Ziel haben wir erreicht.“

Dem Projektteam zufolge können Assistenzroboter mit Werkzeug-Schnellwechslern dazu beitragen, die Produktivität und Flexibilität von Produktionslinien zu steigern, insbesondere in der High Mix/Low Volume-Fertigung. Im Vergleich von Szenario 2 (vollautomatisch mit 2 Assistenzrobotern) mit Szenario 5 (vollständig manuell, ohne Roboter) war die Produktivität von Szenario 2 um 18 % höher.

Außerdem wurde gezeigt, dass Assistenzroboter eine tragfähige Alternative sind, wenn die Produktion schnell und flexibel leicht erhöht werden soll, und dass kollaborative Roboter in adaptiven Produktionssystemen eingesetzt werden können.

„Kleine und mittelständische Unternehmen, die solche Produktionssysteme nutzen, entwerfen sie in der Regel so, dass die Prozesse in Roboterzellen ablaufen und nicht von mehreren Robotern ausgeführt werden. Dadurch sind sie nicht besonders flexibel und skalierbar, erklärt Elias. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, ein Montagesystem zu entwerfen, das Ressourcen, wie zum Beispiel Assistenzroboter, nach Bedarf aufnehmen kann, und dass diese Ressourcen vom MES automatisch eingeplant, geladen und aktiviert werden können.“

Ausbildung der nächsten Generation von Ingenieuren

Neben seiner Forschungstätigkeit hält Professor Ribeiro da Silva an der SDU Bachelor- und Masterkurse ab. Bei zwei Kursen an der SDU – dem Bachelor-Kurs in Operations-Management und dem Masterkurs Automatisierung und Digitalisierung – ist Visual Components Teil der Lehrpläne.

„Der Einstieg in die Arbeit mit Visual Components ist einfach und wir finden, das Tool eignet sich hervorragend für Studienumgebungen“, kommentiert Elias. „Mit Visual Components sind unsere Studierenden schon nach wenigen Stunden in der Lage, diverse Szenarien zu erstellen und verschiedene Aspekte von Produktionssystemen zu diskutieren. Damit arbeiten sie sich in die Anwendung wesentlich schneller ein als in andere Produkte zur Fertigungssimulation, die wir in der Vergangenheit getestet haben.“

Der Einstieg in die Arbeit mit Visual Components ist einfach und wir finden, das Tool eignet sich hervorragend für Studienumgebungen. Mit Visual Components sind unsere Studierenden schon nach wenigen Stunden in der Lage, diverse Szenarien zu erstellen und verschiedene Aspekte von Produktionssystemen zu diskutieren.

Elias Ribeiro da Silva, Assistenzprofessor an der SDU

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Das Industrial Technology Research Institute (ITRI) ist ein großes taiwanesisches Forschungsinstitut für Maschinenbau, Werkstoffkunde, Biomedizin, Elektronik und umweltfreundliche Energien. Sein Werkzeugmaschinen-Technologiecenter befasst sich mit dem Bau von Maschinen, Robotern und Steuerungen und beliefert seine Kunden mit kleinen, flexiblen Fertigungszellen.

ITRI bewirbt sein flexibles Fertigungssystem über die visuelle Präsentation seines Produktangebots und setzt dazu die Entwurfs- und Entwicklungsumgebung Visual Components ein. Das Institut hat darüber hinaus ein Zusatzmodul implementiert, mit dem die Software direkt an seine CNC- und Robotersteuerung angeschlossen werden kann. Die Implementierung dauerte insgesamt etwa drei Monate.

Die Anwendung der 3D-Visualisierungswerkzeuge Visual Components ist kinderleicht.

Dr. ShuoPeng Liang, Manager, Department of Intelligent Machine

Die Einführung der 3D-Simulationssoftware wurde durch eine umfassende Schulung und Online-Dokumentation flankiert und war einfacher als erwartet. ITRI nutzt bereits die in der Online-Komponentenbibliothek mitgelieferten Fertigkomponenten, plant in Zukunft aber auch die Modellierung eigener Komponenten.

Cyber-physische Produktionsforschung

ITRI nutzt die Software derzeit vor allem, um potentiellen Kunden seine Fertigungslösungen vorzustellen. Aber auch in der Forschung sieht ITRI zukünftig ein potentielles Einsatzgebiet für Visual Components. Sein teilweise vom taiwanesischen Staat finanziertes Forschungsprojekt befasst sich mit der Erstellung neuer cyber-physischen Produktionssysteme (CPS). CPS überträgt die Informationen von der Maschine in der Werkshalle auf die Computersysteme und ist damit einer der maßgeblichen Bausteine der Industrie 4.0. Langfristig soll ein Werkshallen-Simulator gebaut werden, der gleichzeitig an mehrere Maschinen und mehrere Steuerungen angeschlossen werden kann.

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