Die digitale Anlagensimulation – eine Notwendigkeit für die Industrie des 21. Jahrhunderts

Die digitale Anlagensimulation – eine Notwendigkeit für die Industrie des 21. Jahrhunderts

Noch vor wenigen Jahrzehnten vollkommen undenkbar, ist eine digitale Anlagensimulation heute eine sinnvolle bis absolut notwendige Maßnahme, deren Nichtanwendung gerade bei sehr großen Anlagen desaströse Folgen haben kann. Doch was genau ist eine Anlagensimulation, welche Vorteile bringt sie mit sich und warum ging es früher auch ohne diese Form der modernen Technik, heute aber kaum noch? Wir beginnen diesen Artikel mit einem Blick in die Vergangenheit.

Die Entwicklung vom Handwerk zur Industrie

Der Mensch ist nicht das einzige Tier, welches über Planungsfähigkeiten verfügt oder Werkzeuge benutzen kann, doch wir können das mit Abstand am besten von allen Lebewesen auf dem Planeten. Aber nahezu alle modernen Güter und Produktionsleistungen sind ein Punkt auf dem Vektor der Entwicklung und konnten ohne vorangegangene Entdeckungen und Entwicklungen nicht stattfinden. Ein hochmoderner Industrieroboter ist eine faszinierende Sache, und es gibt einen guten Grund dafür, warum er nicht sofort nach dem Rad entwickelt worden ist.

Je mehr Erkenntnisse, umso komplexere Produktionswerkzeuge und Endprodukte

Während der Steinzeit wurden einfache Speere und Messer mit einer Kombination aus Stein und Holz gebaut. Ein Thermometer oder eine Druckanzeige waren nicht nötig.

Verschiedene Speerspitzen aus Stein

Auch später, als der Mensch in der Lage war, aus Eisenerzen das Eisen zu gewinnen und zu schmieden, brauchte es noch keine derartigen Messinstrumente. Doch die Fähigkeit, eine Esse zu bauen, ein geeignetes Brennmaterial zu erkennen und die Erfindung einer externen zusätzlichen Sauerstoffzufuhr, beispielsweise in Form eines Blasebalgs, waren Grundpfeiler für die Eisenverarbeitung. Ohne diese Erkenntnisse und Techniken konnte kein halbwegs wertiges Eisenobjekt hergestellt werden.

Irgendwann fanden die Menschen heraus, wie sie Eisen aufkohlen konnten, welches nach einer raschen Abkühlung in einem Wasserbad extrem hart wurde. Nun wurden Faktoren wie die Temperaturmessung plötzlich wichtig, denn wie heiß der glühende Stahl sowie das Wasser im Abschreckbecken waren, entschieden darüber, ob ein hochwertiges Werkstück entstand oder der Stahl beim Abschrecken zersprang. Genaue Forschungen gab es noch nicht, der Wissenschaft fehlten zu dieser Zeit die Instrumente und Techniken dafür, doch dem Handwerker war die Bedeutung solcher Details schnell klar. Ohne ein passendes Thermometer wurde anhand der Glühfarbe des Stahls entschieden, ob er heiß genug oder vielleicht schon zu heiß für einen guten Härtevorgang war. Mit dem Finger prüfte man das Wasser, ob es die richtige Temperatur besitzt.

Planen und Rechnen

Man schmiedete ohne die modernen Werkzeuge und brachte so manches Meisterwerk hervor. Doch die Reproduzierbarkeit war begrenzt. Heute wissen wir von den Strukturen im Stahl, wissen bei welcher Temperatur die Ferrit-Zementit-Phase zur Austenit-Phase wird, können das Kornwachstum im Stahl bestimmen, wissen, was Martensit ist und wie wir Zähigkeit und Härte durch einen Anlassvorgang miteinander vereinen können. Um dieses Wissen in die Tat umsetzen zu können, benötigen wir sensible Messinstrumente und genaue Daten über unser Werkstück. Mit den nötigen Formeln und dem mathematischen Grundwissen im Gepäck können wir also einen exzellenten Arbeitsvorgang errechnen.

Doch die Industrie fertigt heute mehr als einfache Produkte aus einzelnen Werkstücken, es werden komplexe Produkte wie Autos oder Computer gebaut, meist sogar in Massenfertigung. Es müssten Abertausende Faktoren in die Rechnungen einbezogen werden. Das menschliche Gehirn ist hierfür definitiv nicht ausgelegt.

Die Anlagensimulation: Sicherheitsnetz und Qualitätsbeschleuniger

Das verwendete Beispiel über die Stahlverarbeitung gibt Aufschluss darüber, wie die Entdeckung neuer Erkenntnisse die notwendigen Arbeitsabläufe sowie Werkzeuge beeinflusst. Sei es die exakte Einhaltung einer Temperatur oder eine penible Einhaltung von Geschwindigkeiten, kleine Abweichungen können schwere Folgen haben. Versucht man nun, Präzisionsteile zu fertigen, ist es wenig hilfreich, am Zeichenblock ein paar Ideen zu skizzieren und Gerätschaften in Millionenhöhe zu ordern, nur um am Ende festzustellen, dass das Ganze so überhaupt nicht funktioniert.

Eine 3-D-Anlagensimulation bildet Maschinen und Prozesse genau ab

Eine Anlagensimulation erstellt 3-D-Modelle von Maschinen, Robotern oder ganzen Produktionsprozessen, die Unstimmigkeiten und Schwierigkeiten sehr schnell deutlich werden lassen. Auch lässt sich in einer digitalen Simulation frei experimentieren. Geht das Vorhaben auch mit weniger Maschinen, können manche Arbeitsschritte effizienter mit einem speziellen Roboter durchgeführt werden, lassen sich bei Robotern bestimmte Komponenten ersetzen oder weglassen oder müssen andererseits unbedingt hinzugefügt werden?

Genaue Preiskalkulation und potenzielle Einsparmöglichkeiten mittels Anlagenplanung

Moderne Technologien sind sehr hilfreich, machen die Produktion wesentlich einfacher und oft auch flexibler, aber sie sind auch ausgesprochen teuer. Vor einer großen Investition ist die Sicherstellung der maximal möglichen Effizienz von essenzieller Bedeutung. Sie können über eine ausgewählte Anlagensimulation diverse Arbeitsschritte und Aufbauten simulieren und verschiedene Varianten mit mehr oder weniger Robotern ausprobieren. Für Ihre finanzielle Lage sind diese Versuche nicht belastend – im Gegensatz zu einer überflüssigen Anschaffung oder einem Fehlkauf. Zwar ist es richtig, dass wer billig kauft, meist zweimal kauft, doch wer ein teures System mit unzähligen Funktionen ersteht, und nur wenige davon nutzt, hat in der Regel sinnlos Geld ausgegeben. Anbieter von professionellen Anlagensimulationen wie beispielsweise die ES Automise GmbH können Ihnen hier schnell dabei helfen, das Produktionsprozedere zu beschleunigen und gleichzeitig, wenn möglich, auch zu verschlanken.

Mehr Sicherheit im Betrieb

Sollte in der Simulation klarwerden, dass die Lagerhalle Feuer fangen wird, weil beispielsweise die einkalkulierten Kühlmöglichkeiten nicht ausreichend sind, ist hiermit das Sicherheitsnetz gespannt. Denn in einer Simulation kann es ohne Konsequenzen brennen und explodieren, nur in der Realität darf das niemals passieren. Dank der genauen Berechnungen und der riesigen Menge an Daten, mit welchen eine Anlagensimulation arbeitet, sind simulierte Fehler eine sehr deutliche Warnung und bieten dem Anwender die einzigartige Möglichkeit, ein Unglück zu verhindern, bevor es jemals geschehen konnte.

Genaue Fehlerkorrektur im gesamten Produktionsprozess

Als Menschen können wir nicht nur sehr gut mit Werkzeugen hantieren, wir sind auch exzellent darin, Fehler zu begehen. Wichtige, eigentlich vollkommen offensichtliche Dinge werden oftmals übersehen, nicht zuletzt aufgrund einer gewissen Betriebsblindheit. Zum Beispiel passiert es immer wieder, dass auf einer Visitenkarte der Firmenname falsch geschrieben ist, denn jeder Mitarbeiter kennt ihn und das Gehirn neigt dazu, solche selbstverständlichen Dinge einfach automatisch zu korrigieren. Deswegen ist es wichtig, derlei Überprüfungen von außen stattfinden zu lassen.

Exakt dies ist es, was auch eine professionelle Anlagensimulation tut. Sie ermöglicht eine genaue Überprüfung von außen selbst sehr komplexer und umfangreicher Vorgänge und Maschinen, beruht dabei nur auf den vorgegebenen Daten, tätigt keine Vorannahmen und ist nicht betriebsblind.

Bildquelle: Shutterstock; Künstler: PopTika; Stockfoto-Nummer: 1341095657

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