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Digitale 3D-Modelle können die Funktionalität von Konstruktionen überprüfen und die Schulung von Operatoren für neue Maschinen, Geräte oder ganze Produktionskomplexe im Vorfeld unterstützen. Wenn diese Modelle auf dem neuesten Stand gehalten werden, können sie auch im realen Betrieb und für Wartungszwecke nützlich sein. Alternativ können sie bei weiteren Optimierungen oder nachträglichen Änderungen dienen.
Moderne Produktionsmaschinen und automatisierte Produktionsstraßen oder Produktionsprozesse stellen hochkomplexe Systeme mit komplizierten Konstruktionen, Realisierungen und zugehörigem Management und Steuerungssystem dar. Selbst die ersten Entwürfe solcher Systeme werden dank digitaler Modelle erheblich erleichtert, die je nach Detailgrad die physische Anordnung einzelner Maschinen simulieren und ihre gegenseitige Interaktion und Steuerung über alle Ein- und Ausgabeschnittstellen testen können. Ein wirklich detailliertes Modell hilft, viele potenzielle Risiken bei der Konstruktion neuer und der Innovation bestehender Technologien zu vermeiden. Ein entsprechend gestaltetes Modell kann auch bei der Überprüfung helfen, ob die vorgeschlagene Technologie die notwendigen Vorschriften und Richtlinien hinsichtlich der Produktionsicherheit erfüllt.
So wird ein Modell erstellt
Ähnlich wie bei architektonischen Designs oder Innenraum-Designs wird bei der 3D-Modellierung von Produktionsmaschinen auf vorgefertigte Modelle von Maschinen sowie auf verschiedene Bibliotheken zusätzlicher Elemente zurückgegriffen. Aus der täglichen Praxis wissen wir, dass viele Hersteller heute digitale Modelle für ihre Produkte als selbstverständlich ansehen. Diese einzelnen Komponenten können dann genau so angeordnet und miteinander verbunden werden, wie sie später in der realen Welt interagieren sollen. Ein solches 3D-Modell stellt somit einen digitalen Zwilling des realen Prozesses dar und kann sowohl an ein simuliertes als auch an ein reales Steuerungssystem angeschlossen werden. Das Modell kann sogar Steuerelemente enthalten, wie z. B. voll funktionsfähige Bedienfelder.
Nicht alle Komponenten des Modells müssen zwangsläufig mit dem gleichen Detaillierungsgrad erstellt werden – es ist wichtig, sich auf die wichtigsten und kritischsten Teile des Produktionsprozesses zu konzentrieren, bei denen Probleme auftreten könnten und die den größten Spielraum für Optimierungen bieten. Wenn wir ein neues Modell erstellen und es notwendig ist, eine vorhandene Technologie (wie bestehende Produktionsmaschinen, Produktionsstraßen oder Produktionsprozesse) zu integrieren, für die wir kein geeignetes Modell haben, gibt es verschiedene Wege, die wir einschlagen können. Neben der Erstellung eines vollständigen digitalen Zwillings können wir auch entscheiden, das Modell der Maschine oder des Geräts auf eine einfache Annäherung zu beschränken, indem wir die verschiedenen Zustände der Maschine signalisieren.
Produktionssimulation und Bedienerschulung
Abgesehen von der oben erwähnten Verwendung eines dynamischen 3D-Modells für die Systementwicklung kann das Modell, sofern es ausreichend genau ist, auch dazu verwendet werden, die notwendige Schulung für Bediener neuer Produktionsmaschinen zu beschleunigen, indem die Schulung lange vor der physischen Installation der Technologie beginnen kann. Darüber hinaus können digitale Modelle nicht nur Standardbetrieb simulieren, sondern auch verschiedene Zustände und Szenarien induzieren, wie z. B. Fehlfunktionen. Ähnlich wie Piloten von Transportflugzeugen können die Mitarbeiter, die die Produktionsstraße bedienen, daher viele Stunden praktische Schulung an einem simulator hinter ihrem Riemen absolvieren, bevor sie überhaupt mit der realen Technologie arbeiten.
Digitales Modell und realer Betrieb
Digitale Modelle müssen nicht nutzlos werden, sobald die Technologie in Betrieb genommen wird. Das Modell kann weiterhin zur Simulation verschiedener Zustände verwendet werden, z. B. für Abschaltungen und Wartungsarbeiten, für die kontinuierliche Bedienerschulung und vor allem für die anschließende Optimierung einzelner Teile des Produktionsprozesses oder für zusätzliche Änderungen. In diesem Fall ist es eine notwendige Voraussetzung, das Modell auf dem neuesten Stand zu halten, damit es den aktuellen, realen Zustand des simulierten Prozesses widerspiegelt.
Digitale Modelle von Produktionsmaschinen sind heute selbstverständlich, beispielsweise in der Automobilindustrie, wo sie für die detaillierte Modellierung einzelner Prozesse auf Produktionsstraßen verwendet werden. Das Ziel ist es, eine viel größere Kontrolle über den Produktionsprozess zu erlangen, bei dem jedes kleine bit an Ineffizienz oder Ausfallzeit zu erheblichen finanziellen Verlusten führt. Modellierung und Simulation sind auch in potenziell gefährlichen Produktionsprozessen nützlich, bei denen präzise Verfahren und Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden müssen. Doch selbst ein Modell mit einem rudimentären Detaillierungsgrad kann nützlich sein. Wenn beispielsweise ein kleineres Unternehmen seine Produktion erweitern möchte, kann ein grundlegendes Modell sehr einfach helfen, die Kapazitäten und Ressourcen zu bestimmen, die das Unternehmen benötigt, um diesen Plan zu verwirklichen. Es ist daher immer notwendig, den Zweck des 3D-Modells im Voraus zu berücksichtigen und entsprechend zu investieren.
Da immer mehr Maschinen- und Gerätemodelle von ihren Herstellern verfügbar sind und die Preise für die notwendige Rechenkapazität zur Ausführung dieser Modelle sinken, wird die digitale Modellierung aufgrund der oben genannten Vorteile von einer immer größeren Anzahl von Anwendern genutzt werden.
Veröffentlicht 12. Februar 2020
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