Digitaler Zwilling
Effizientere Konstruktion durch Simulationen und virtuelle Inbetriebnahme im Maschinen- und Anlagenbau
Schnellere Entwicklung und Inbetriebnahme von Maschinen mit Simulationen
Die digitale Transformation ist längst in allen Industriezweigen angekommen. Mit Industrie 4.0 bietet die enge Verzahnung von realer und digitaler Welt zahlreiche Möglichkeiten, die einen schonenden Umgang mit Ressourcen erlauben. Die Herausforderung, knappe Ressourcen sinnvoll zu nutzen und dabei größtmögliches Wissen durch strukturierte Datenaufbereitung aufzubauen, macht auch vor dem Maschinen- und Anlagenbau nicht Halt.
Insbesondere bei komplexen Maschinen, die eine hohe Gesamtentwicklungsdauer haben, ist die Bewertung von Konstruktionsalternativen und das Testen der SPS-Programme zeit- und kostenintensiv. Mithilfe von Simulationsmodellen können reale Systeme nachgebildet und für Experimente genutzt werden, sodass Entwicklungszeit und Produktionskosten gespart werden können (bis zu ca. 16%). Es gibt bereits eine Vielzahl an Simulationsumgebungen unterschiedlicher Hersteller, in denen digitale Zwillinge getestet werden können.
Der digitale Maschinenzwilling ist dabei eine Gesamtkonstruktion, die aus vielen einzelnen Komponenten besteht. Deren Verhalten gesamtheitlich simulieren zu können, erfordert ein reibungsloses Zusammenspiel aller integrierten Komponenten. Um unseren Kunden die Integration der Formatverstellungsprozesse mithilfe von Positioniersystemen zu erleichtern, bieten wir standardisierte Modelldateien für unsere Produkte der PSx3xx-Familie an.
Ihre Vorteile bei der Nutzung von Simulationsmodellen:
- Die Parameter können einfach variiert und Entwicklungsalternativen so gegeneinander abgewogen werden.
- Die Anzahl an Prototypen kann verringert und somit eine Reduktion der Produktionskosten erzielt werden.
- Relevante Simulationsergebnisse sind schnell verfügbar, sodass Entwicklungszeit eingespart wird.
- Problematische Betriebszustände können ohne Risiko simuliert und so real vermieden werden.
Die Simulationsmodelle von halstrup-walcher
Die FMUs (Functional Mockup Units) von halstrup-walcher sind standardisierte Modelldateien, die ein Abbild der PSx3xx-Firmware beinhalten und unabhängig von den Simulationsumgebungen eingesetzt werden können. Sie simulieren das Fahrverhalten der PSx3xx-Positioniersysteme und können so Formatverstellungsprozesse oder das Verhalten bei Maschinenstörungen digital abbilden. Dazu können im Simulationsmodell sowohl aufgeschlüsselte Prozessdaten geschrieben und gelesen werden, als auch weitere Eingangssignale zu Hardware-Komponenten oder Störungen geschrieben werden, die dann wiederum vom angesteuerten System ausgelesen werden können.
Die Modelldateien umfassen Basis-Funktionalitäten, die kostenfrei genutzt werden können (Positionierfahrt ohne Schleife). Auf Anfrage können weitere Funktionen freigeschaltet werden, wie beispielsweise Simulationen wie Schleifenfahrt oder das Verhalten bei Störungen. Die FMUs sind bereits für PSx3xx-Positioniergeräte mit ProfiNet und Ethernet/IP verfügbar und werden kontinuierlich um weitere Bussysteme und Produktlinien erweitert.
Leistungsumfang der FMU von halstrup-walcher
✓ Datenbasierte Verhaltensmodelle als Abbild der realen Positioniersysteme PSx3xx (basierend auf realem Betrieb)
✓ ProfiNet: Ansteuerung der Simulationskomponente in SIMIT über TIA-Portal
Weitere Bussysteme: Simulationskomponente für übrige Simulationsumgebungen (ohne Ansteuerung)
✓ Beschreibung der Parameter des Simulationsmodells (u.a. Variantennummer des Positioniersystems, Geschwindigkeit, Position)
✓ Eingabemaske zum Schreiben und Lesen der aufgeschlüsselten Prozessdaten (14Byte Eingang und 16Byte Ausgang)
✓ Weitere Eingänge zur Simulation von Hardware-Komponenten und Störungen (z.B. Tipptasteneingabe, Motorspannung, Gerätetemperatur, Buskommunikationsfehler, Blockierfehler, Schleppfehler)
✓ Weiterer Ausgang für die aktuelle Position in Grad für die Anbindung an das CAD-Modell
Die von halstrup-walcher bereitgestellten FMU sind somit das digitale Abbild der in der Maschine eingesetzten Positioniersysteme. Zusammen mit der virtuellen HMI, der Steuerungssoftware sowie den übrigen Simulationskomponenten bilden sie den digitalen Zwilling Ihrer Maschinenkonstruktion. Die Gegenüberstellung der realen Umgebung und der Simulationsumgebung ist in der folgenden Abbildung skizziert.
Mithilfe des digitalen Zwilllings ist es möglich, die Maschinenauslegung und Parametrierung zu analysieren und zu optimieren. Zudem können auch im Nachgang der Produktion wertvolle Daten zum Maschinenverhalten gesammelt und über die Zeit ausgewertet werden, die eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Anlage erleichtern. Mit den FMUs trägt halstrup-walcher zu einer einfachen Integration der Komponenten in den digitalen Zwilling der Maschine bei.
