Siemens A/S – Industry

Siemens Gamesa skriver nyt kapitel i automationens lærebog

Siemens Gamesa har opdateret deres generatorstation, som producerer vindmølle-generatorer i en fuldautomatisk proces – hvilket ikke er set før. I et tæt samarbejde med BILA, RE-Elteknik og Siemens Digital Factory er det lykkedes at fusionere den fysiske verden med den digitale på en unik og ny måde, hvor kæmpestore og tonstunge komponenter føjes sammen i en ”marriage proces”. I forhold til den gamle produktionslinje er processerne mange gange hurtigere end før, komplet fejlsikret i en fuldautomatisk og digital proces – samt programmeret på TIA-portalen.

Siemens Gamesa er en af de ledende vindmølleproducenter på verdensmarkedet og med flere afdelinger i Danmark. I afdelingen i Brande producerer de bl.a. generatorer til Siemens Gamesa 3.0 MW onshore vindmøller. I februar 2017 blev det store generatorprojekt skudt i gang og stod allerede færdigt i juli samme år, hvor den nye proces blev testet henover sommerferien. Dette er et imponerende resultat, når man tager i betragtning, at det er en komplet ny teknologi, der er udviklet på meget kort tid. Den komplicerede opgave var at sammenføje de to kæmpestore og tonstunge komponenter ”rotorhouse” og ”stator” i en fuldautomatisk proces.

Flere af arbejdsstationerne på den nye produktlinje overvåges og styres via en HMI-platform (human-machine-interface) med komplet nyt visuelt og intuitivt design, der sikrer, at operatørerne nemt og effek-tivt kan styre og overvåge processen. Her listes bl.a. de nødvendige informationer til operatøren.

”Med den høje grad af automation er det vigtigt, at operatørerne forstår, hvordan processen fungerer. Uanset om det er et automatisk eller manuelt trin, kan det overvåges og betjenes 100 % via HMI’en”, forklarer Benjamin Henriksen, produktionsspecialist hos Siemens Gamesa.

Multifunktionelle teams og Poka Yoke-princip

Det er Siemens Digital Factory, der har leveret alt hardware og software til den fuldautomatiske proces.

For Siemens Gamesa var det vigtigt at finde de helt rigtige partnere, som havde den fornødne erfaring og indsigt til at udvikle den nye proces. Disse partnere fandt de i henholdsvis BILA A/S og RE-Elteknik Aps. BILA har været turnkey-leverandør på den komplette leverance inkl. det overordnede projektlederansvar, projektudvikling, samt al mekanik til den nye produktionslinje, som fx hydraulik-cylindere og specialdesignede måleværktøjer til marriage processen. RE-Elteknik ApS har som underleverandør stået for hele el-entreprisen og programmeringen i TIA-portalen.

I “marriage-processen” føjes et 15 tons “rotorhouse”, en 20 tons “stator” samt en række andre komponenter sammen til en 84 tons generator – i en fuldautomatisk process.

I den indledende projekteringsfase holdt parterne workshops hver uge, hvor de løbende udvekslede idéer og forslag på kryds og tværs i forskellige faglige teams. Dette var en nødvendighed, da der ingen eksisterende viden eller læring fandtes på området for automatisering af produktionsprocesser inden for den tunge vindmølleindustri. Teamet befandt sig altså på ukendt grund og måtte derfor være nytænkende i idefasen og den kreative proces for at udvikle den nye teknologi til processen.

”Da vi startede projektet op, arbejdede vi først i multifunktionelle teams, hvor vi overordnet kiggede på den nye produktion, kvalitetsoptimeringen, det industrielle ingeniørarbejde samt vedligeholdelse. Disse teams udviklede specifikationerne til den nye produktionslinje”, forklarer Matthias Arkenau, Head of Industrial Engineering hos Siemens Gamesa, og fortsætter:

”Desuden designede vi processen for HMI- og PLC-styringen med udgangspunkt i Poka Yoke-princippet, hvilket betyder at sammenføjning af ”rotorhouse” og ”stator” kun kunne foregå på en bestemt måde. Det har betydet optimal kvalitet og sikkerhed i processen, og samtidig er det simpelt for operatøren at styre og overvåge.”

Fra projektets start har BILA haft den drivende og faciliterende rolle i det omfattende projekt og i tæt samarbejde med Siemens Gamesa, RE-Elteknik og Siemens Digital Factory designet den nye generatorproduktionslinje.

”Vores mål var fra start at designe en mere fleksibel produktionslinje, højne effektiviteten samt øge produktionskapaciteten. Det var derfor afgørende, at de forskellige systemer kunne kommunikere sammen. For eksempel er de nye måleværktøjer til marriage processen designet, så de kan kom-munikere med TIA portalen. Man kan sige, at vi har løftet automatiseringsprocessen til et højere niveau og har flyttet en del af den viden, som tidligere var hos operatørerne, over på brugerplatformen”, forklarer Thomas Brinch Boll, projekt-leder hos BILA.

Marriage-processen

I denne proces parres en række komponenter – deraf navnet ”marriage proces”, for at fremstille den større del – generatoren. Hver af delene vejer flere tons, og det kræver op til hundrededele millimeters nøjagtighed for at sikre den optimale sammenføjning. I denne proces skal et 15 tons ”rotorhouse” og en 20 tons ”stator” samt en række andre komponenter føjes sammen til en 84 tons tung generator.

”Det er en uhyre kompleks proces, hvor de to gigantstore komponenters centerposition skal være placeret helt korrekt i forhold til hinanden for at sikre, at ”marriage-processen” forløber korrekt. Det komplicerede består netop i, hvordan man får en proces, der involverer store dele på mange tons, til at spille sammen – så processen forbliver komplet fejlsikret og automatisk. Det er ”one-of-a-kind” specialudstyr i grandiøs volumen”, fortæller Benjamin Henriksen.

Den nye HMI-platform skaber Smart Production

HMI-platformen, opbygget på Comfort-serien, opererer på forskellige niveauer bl.a. bruger-, support- og administratorniveau og har fået indbygget en ”Visual Digital Data Rapport”, som fodrer alle informationer om processen. På denne måde kan alle involverede parter hurtigt danne sig et overblik over produktionskvaliteten over tid, eller om der er opstået fejl, som skal udbedres.

”Det er vigtigt, at det nye interface er brugervenligt for alle og har mindst mulig kognitiv belastning for brugeren. Vi har fravalgt drift- og overbliksbilleder under den normale proces. Til gengæld bruger vi illustrationer af hvet step under den automatiske proces, som automatisk skifter. Dette betød, at betjeningen og funktionen for HMI’en ikke kun skulle være automatisk,
men også bygges efter Poka Yoke-princippet”,
forklarer Benjamin Henriksen.

Der er også indbygget en fejlsikringsmekanisme i processen forstået på den måde, at processen kun kan foregå på én bestemt måde, og er der nogen afvigelse fra dette udgangs-punkt, lukker systemet selv ned. Det er meningen, at hele processen skal kunne køre fuldautomatisk med meget lidt manuel drift.

”Før implementeringen af den nye teknologi fandt sted, kendte vi allerede til værdien af en fejlsikret og automatise-ret proces. Det betød, at vi ikke behøvede at oplære nye operatører, da styringen kunne lære fra sig igennem HMI-platformen og sikrede, at ingenting kunne gå galt. Det er et simpelt ”one-button” princip – lidt ligesom en Smartphone”, forklarer Matthias Arkenau.

Smart Production er et af Siemens Gamesa’s svar på Industri 4.0. Med det store generatorprojekt har Siemens Gamesa dermed taget næste skridt inden for interaktionsdesign og automatisering med fokus på HMI.

TIA-portalen hjælper med at udbrede den nye teknologi

Det var et krav fra Siemens Gamesa ved projektets start, at softwareprogrammeringen skulle foregå på TIA-portalen.

Det var vigtigt at benytte en erfaren programmør med solidt kendskab til TIA-portalen, så det var oplagt at valget faldt på RE-Elteknik, som har stået for el-leverancen, bygget styretavlerne og programmeret det nye visuelle og intuitive interface samt al programmering i TIA-portalen.

”Da vi har erfaring med at programmere automationsprocesser i Siemens Classic, har det været meget positivt at erfare, at det også er nemt at arbejde med de komplekse projekter på TIA-portalen. Ligeledes har det også været spændende at få mulighed for at bruge den matematik, man lærte tilbage i skoletiden i det virkelige liv”, fortæller Rasmus Eg, RE-Elteknik.

”Det interessante er, at vi har gennemført automation af komponenter, som man udelukkende støder på i den tunge industri. At få det ind på TIA-portalen er med til at udbrede teknologien og Siemens varemærke, for der findes ingen kurser eller hurtige veje til at lære om denne type automation på nuværende tidspunkt”, tilføjer Benjamin Henriksen.

Alle komponenter er samlet på Siemens engineering softwareplatform TIA-portalen V14.

 ”Der er en række fordele, ved at alle komponenter er samlet på TIA-portalen. Komponenterne kan kommunikere med hinanden, og det gør det nemt at arbejde med. Samtidig giver det et godt overblik over processen”, forklarer Application Engineer Karsten Thorsen fra Siemens Digital Factory.

Fejlsikringsprincipper sikrer nøjagtigheden og stabiliteten af den nye proces

Projektteamet bag den fuldautomatiske generatorproces er fra venstre Rasmus Eg, Re-Elteknik, Matthias Arkenau, Siemens Gamesa, og til højre Benjamin Henriksen, Siemens Gamesa

Processen behøver i dag kun en bemanding på to operatører, og hvis den ene bliver syg, kan der hurtigt tiltræde en substitut. Substitutten behøver ingen specifik træning forinden, da maskinen er fejlsikret og fortæller alt, hvad man skal gøre. Tidligere var oplæringen af operatørerne afgørende, da sammenføjningen af de store komponenter skulle udføres baseret på manuel måling og drift, og det gjorde operatørdelen langt mere sårbar og erfaringsafhængig sammenlignet med den nye proces.

Automationen skal først og fremmest sikre nøjagtigheden af hvert trin i processen, således at parringen af de store komponenter ikke styres af mennesker. Automationen hjælper ydermere til gennem brug af lasersensorer, at de manuelle input er fejlsikrede. Tidligere var det en manuel proces at foretage centerpositioneringen af de to komponenter, netop som de skulle sammenføjes. I den nye proces er centerpositioneringen styret automatisk, hvor nøjagtigheden måles i ”real time”.

”Vi har lavet et komplet nyt udstyr og dermed reduceret produktionstiden betydeligt, men endnu bedre er, at vi har forbedret hele miljøet og alle betingelserne for en god proces – som ikke primært består i at gøre den mere effektiv, men snarere at forbedre den generelle nøjagtighed. Processen er nødt til at være ekstremt akkurat”, understreger Benjamin Henriksen.