Digitaler Zwilling sichert Wertsteigerung im Verlauf des gesamten Produktlebenszyklus

Normet ist ein Anbieter von Untertagebergbau- und Tunnelbauausrüstung, Bauchemikalien und Felssicherungslösungen und -dienstleistungen, der an mehr als 50 Standorten und in 28 Ländern operiert. Digitale Zwillinge unterstützen Normet im Verlauf des gesamten Produktlebenszyklus, angefangen bei F&E und der Prototypenkonzeption bis hin zum Marketing und Endkundentraining, und sie haben die Produkteinführungszeit für neue Maschinen verkürzt.

Normet nutzt Simulatoren auf der Basis digitaler Zwillinge im Verlauf des gesamten Lebenszyklus von Betonspritzmaschinen und Bereißmaschinen. Anfangs wird der digitale Zwilling für F&E-Zwecke und zum Testen neuer Produktmodelle und Software eingesetzt, danach bei der Prototypenkonzeption. Nach der Produkteinführung sammeln dieselben Simulatoren Kundenfeedback zu weiterem Produktentwicklungsbedarf. Sie werden auch für Kundentraining genutzt und die Benutzerschnittstellen werden zu Marketingzwecken in verschiedene Sprachen übersetzt. Normet ist in der Lage, Teile der Simulatoren selbst zu entwickeln, doch bei fortgeschrittenen Physiksimulationen kooperiert das Unternehmen mit Mevea.

Simulation beschleunigt die Lernkurve

Bereits seit über zehn Jahren arbeiten Normet und Mevea zusammen. Der erste Simulator wurde für das Training an einer Betonspritzmaschine entwickelt und im Laufe der Jahre konzipierten die beiden Unternehmen gemeinsam neue Versionen von Betonspritz- und Bereißmaschinen-Simulatoren. „Unsere ersten Simulatoren wurden für eine 2D-Umgebung entwickelt. Die nächste Generation wurde mit mehr Bildschirmen ausgestattet, so dass anzulernende Bediener ein umfassenderes visuelles Feedback erhielten. Inzwischen nutzen wir Virtual und Mixed Reality“, erklärt Kalle Määttä, Senior Automation Development Engineer bei Normet.

Die Chemikalien, die beim Betonspritzen zum Einsatz kommen, sind sehr teuer und Training mit realen Maschinen wäre daher sehr kostenintensiv. Das Üben des Bereißvorgangs unter realen Bedingungen vor Ort ist gefährlich. Die Simulatoren schulen die Bediener in realistischen Umgebungen, um ihre Fertigkeit im Umgang mit Maschinen von Normet zu verbessern. „Simulatoren beschleunigen die Lernkurve der Bediener gegenüber konventionellen Trainingsmethoden und Sicherheitsverfahren können in der Simulatorumgebung leicht getestet werden“, weiß Määttä.

Digitale Zwillinge verkürzen die Produkteinführungszeit

Kontinuierlich entwickelt Normet neue Produkte und erhöht den Automationsgrad von Betonspritz-, Bergbau- und Tunnelmaschinen. Ohne Simulatoren wäre der Umfang der im Rahmen der Produktentwicklung erforderlichen Software- und Ausrüstungstests schwer zu bewältigen. „Bevor wir Simulatoren hatten, mussten wir unsere Software und neue Funktionen an den Maschinen selbst testen. Die Ausführung der Iterationen an realen Maschinen und die Bereitstellung der Testumgebung – Beton, Zusatzstoffe und Materialien für die Ausbilder – ist kostspielig. Es ist viel kostengünstiger, mit Simulatoren und virtueller Realität zu arbeiten“, erklärt Määttä.

Die Nutzung des digitalen Zwillings beschleunigt auch die Entwicklung neuer Produkte. „In der F&E beispielsweise können wir eine neue Art von Gelenkarm für Betonspritzmaschinen konstruieren, einen Teil des Gelenkarms oder der Kabine testen und die Qualität unserer neuen Lösung zusammen mit unseren Kunden überprüfen, bevor wir Teile für die Maschine bestellen. Wenn etwas weiterentwickelt werden muss, konstruieren wir die Produkte gemeinsam in der virtuellen Realität. Wir gingen davon aus, dass wir die Produkteinführungszeit durch Simulatoren würden verkürzen können und nicht viele reale Prototypen würden bauen müssen – und genau so kam es“, sagt Määttä.

Automatisierung des Spritzvorgangs mithilfe digitaler Zwillinge

Üblicherweise muss der Bediener wissen, in welche Richtung und in welcher Menge der Beton gespritzt werden muss, damit eine gleichmäßige und ausreichend dicke Schicht an der Wand entsteht, um den Fels zu verstärken. Mithilfe der Digital-Twin-Technology von Mevea wurde das SmartSpray Betonspritzsystem entwickelt, um Bediener bei der Arbeit zu unterstützen: Sie müssen nicht jedes einzelne Gelenk des Gelenkarms steuern, sondern nur die Spritzdüse. SmartSpray passt die Schichtdicke automatisch an die Wand an. „Dadurch wird die Qualität verbessert und die Menge des aufgesprühten Betons verringert und so die Effizienz des Spritzvorgangs gesteigert. Die Maschine kann den Beton auch selbstständig aufsprühen und der Vorgang kann auf diese Weise weiter automatisiert werden“, erklärt Määttä.

„Das SmartSpray System ist ein gutes Äquivalent zur realen Maschine. Dadurch können wir unsere Algorithmen anhand der Simulation zuverlässig testen. Das Feedback des Simulators gibt dem Bediener das Gefühl, an einer realen Baustelle zu arbeiten: Beim Betonspritzen erhält er vom Simulator die realen Rückprall- und Schichtdickenwerte sowie alle weiteren Aspekte des Prozesses. Die Lösung bringt Einsparungen beim Rückprall, erhöht die Spritzqualität und verbessert die Ergonomie für den Bediener“, so Määttä abschließend.

Wir gingen davon aus, dass wir die Produkteinführungszeit durch Simulatoren würden verkürzen können und nicht viele reale Prototypen würden bauen müssen - und genau so kam es.

Kalle Määttä

Kalle Määttä

Senior Automation Development Engineer

Normet