Mehrkörpersimulation und virtuelle Inbetriebnahme

Weniger Risiko und bessere Qualität

Die Industrie muss immer flexibler und schneller auf ihre Märkte reagieren, das gilt auch für Pharmaunternehmen. Infolgedessen werden Lieferzeiten ein zunehmend entscheidendes Thema. Uhlmann Pac-Systeme, Systemanbieter für das Verpacken von Pharmazeutika aus Laupheim wollte deshalb kürzere Durchlaufzeiten, beschleunigte Prozesse und Mehrkörpersimulation erreichen - und setzt dabei auf Simulationssoftware von Machineering.
Durch den Einsatz der Simulationssoftware iPhysics von Machineering steigerte Uhlmann die Leistungsfähigkeit selbst bei vielen dynamischen Körpern und erreicht eine leichte sowie schnelle Modellerstellung, die kurze Iterationszyklen ermöglicht.
Durch den Einsatz der Simulationssoftware iPhysics von Machineering steigerte Uhlmann die Leistungsfähigkeit selbst bei vielen dynamischen Körpern und erreicht eine leichte sowie schnelle Modellerstellung, die kurze Iterationszyklen ermöglicht. Bild: Uhlmann Pac-Systeme

Roberto Linke, Simulation Engineer bei Uhlmann, erinnert sich an die Versuche, Mehrkörpersimulationen mit zahlreichen Tabletten zu erstellen: „Unsere damals verwendete Software war für eine solche Vielzahl von Kontakten nicht gemacht. Die Modellerstellung war dadurch sehr aufwändig und nur durch selbstgeschriebene Makros zur Automation möglich.“ Daraus resultierte eine enorme Berechnungszeit. Denn: „Je mehr freibewegliche Körper, desto größer der Aufwand bei der Modellerstellung und Berechnung. Mehr als sechs Tabletten waren eigentlich nicht mit vertretbarem Aufwand simulierbar.“

Nach einem Modell, welches dem Team um Linke seine Grenzen aufzeigte, machten sich die Verantwortlichen auf die Suche nach Alternativen. „So stießen wir auf iPhysics, das mit der leistungsfähigen Bullet-Physik-Engine und dem Quelle-Senke-Prinzip Modelle ganz andere Größenordnungen ermöglichte“, berichtet Linke. Im ersten Schritt kam Dr. Georg Wünsch, CTO von Machineering, nach Laupheim und stellte die Simulationssoftware iPhysics mit all ihren Möglichkeiten vor. Dabei wurden gemeinsam Beispielmodelle erstellt. Die endgültige Entscheidung dafür fiel aufgrund der Leistungsfähigkeit bei vielen dynamischen Körpern, der leichten und schnellen Modellerstellung, die kurze Iterationszyklen ermöglicht sowie des schnellen und zuverlässigen Supports.

Bild: Bild: ©kathayut/stock.adobe.com / Uhlmann Pac-Systeme

Simulationssoftware gewinnt Direktvergleich

Anfangs wurde iPhysics nicht zur virtuellen Inbetriebnahme genutzt. „Zu Beginn der Zusammenarbeit haben wir die Software ausschließlich zur Mehrkörpersimulation (MKS) verwendet, auch wenn der eigentliche Einsatzzweck von iPhysics die virtuelle Inbetriebnahme ist. Damit haben wir uns aber erst später beschäftigt. Doch auch bei der MKS merkten wir schnell, welche Vorteile uns diese Software bietet“, erinnert sich Linke.

Das zeigte sich konkret an zwei Projekten, die unterschiedlich programmiert wurden: Das erste Projekt, das von externen Dienstleistern programmiert wurde, konnte nur mit vielen Schwierigkeiten, Verzögerungen und sogar Schäden und Nacharbeiten in Betrieb genommen werden. Die quasi identische Folgemaschine wurde dann mithilfe von iPhysics nochmals programmiert. „Hier stand dann erstmals die virtuelle Inbetriebnahme im Fokus. Das Herzstück der Maschine wurde dabei mit einem HiL-Modell abgebildet. Der Programmierer konnte nicht nur seine Software am Modell entwickeln, er konnte sogar die Leistung erhöhen und Vorab-Tests durchführen. Und das alles ohne das Risiko, die Maschine zu beschädigen“, berichtet Linke. „Weil wir das Projekt quasi zweimal durchgeführt haben, hatten wir einen Direktvergleich wie schlecht oder gut es eigentlich ohne und mit iPhysics laufen kann.“

Seit diesem Erlebnis wird die virtuelle Inbetriebnahme immer mehr zum festen Bestandteil der Projekte. „Es ist noch kein Standard bei uns, aber wir arbeiten daran“, so Linke. Sukzessive wird nun das Anwendungsfeld erweitert und man ist ständig auf der Suche nach neuen Einsatzmöglichkeiten.

Simulationsspezialisten gefragt

Simulation einer Blistermaschine BLU 200
Simulation einer Blistermaschine BLU 200Bild: Uhlmann Pac-Systeme

„Unsere gesetzten Ziele konnten wir klar erreichen“, lobt Linke. Sogar mehr noch: „Seitdem wir iPhysics auch für die virtuelle Inbetriebnahme nutzen, werden die Vorteile noch deutlicher.“ Bei Uhlmann wurde die Software schließlich Teil der Applikationslandschaft in der bereits etablierten Simulationsabteilung. „Das war für uns sehr wichtig, weil Simulation nicht alltäglich ist. Hier können wir uns jetzt uns regelmäßig mit der Modellerstellung beschäftigen, wodurch sich die gewünschte Routine und Qualität erreichen lassen und sich einheitliche Prozesse herausbilden“, erklärt Linke. So werden die Simulationsaufgaben auf einige wenige Mitarbeiter konzentriert, die auf ihren Gebieten echte Spezialisten sind.

Simulationssoftware für komplexe Projekte

Uhlmann nutzt iPhysics nach wie vor für die Mehrkörpersimulation. „Gerade dann, wenn es um sehr viele dynamische Körper geht und die Kräfte nicht so detailliert von Interesse sind, kommt die Softare zum Einsatz.“, sagt Linke und fügt hinzu: „Die virtuelle Inbetriebnahme nutzen wir hauptsächlich bei Maschinen mit Neuerungsgrad und bei Mechanismen, bei denen die Endeffektoren in allen drei Raumrichtungen bewegt werden und somit die Kollisionsprüfung mathematisch nicht einfach ist. Wir wählen iPhysics sozusagen für die kompliziertesten Projekte aus. Bei bekannten oder relativ einfachen Fragestellungen lohnt sich hingegen der Aufwand nicht.“

Übergabestation von Blistern zwischen Produktion und Kartonierung: Auch dieser Ablauf wurde mit iPhysics virtuell in Betrieb genommen.
Übergabestation von Blistern zwischen Produktion und Kartonierung: Auch dieser Ablauf wurde mit iPhysics virtuell in Betrieb genommen.Bild: Bild: ©tope007/stock.adobe.com / Uhlmann Pac-Systeme

Die Simulationssoftware gehört immer mehr zu den Entwicklungsprozessen bei Uhlmann. Gerade im Hauptsitz in Laupheim wird sie regelmäßig eingesetzt. Dabei konnte die Qualität erhöht und die Durchlaufzeit verringert werden. Für die Zukunft ist geplant, mithilfe von iPhysics die Zusammenarbeit mit den anderen Unternehmensstandorten bei der Entwicklung noch weiter auszubauen. „Seit dem Jahr 2012, also seit iPhysics bei uns im Einsatz ist, begeisterte Machineering uns zudem mit gutem Support, offenen Ohren, kurzfristigen Lösungen, kurzen Wegen und Enthusiasmus bei der gemeinsamen Problemlösung“, zeigt sich Linke zufrieden. Und er fügt hinzu: „Die Software empfehle ich jederzeit weiter. Man muss sich schon vernünftig damit beschäftigen, aber die Einstiegshürden in Mehrkörpersimulation oder virtuelle Inbetriebnahme sind bei der guten Unterstützung durch Dr. Wünsch und sein Team gering.“

machineering GmbH & Co. KG

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