Simulation

Die Lücke zwischen Planung und Betrieb schließen

| Autor / Redakteur: Christian Daniel / Monika Zwettler

Durch Tests mit virtuellen Komponenten verkürzt die Simulationslösung ISG-Virtuos Inbetriebnahmezeiten und senkt Projektentwicklungskosten.
Durch Tests mit virtuellen Komponenten verkürzt die Simulationslösung ISG-Virtuos Inbetriebnahmezeiten und senkt Projektentwicklungskosten. (Bild: ISG)

Durch die Vernetzung von Maschinenbau, Elektrotechnik und IT entstehen flexible Produktionssysteme, deren intelligente Komponenten mit Steuerungssoftware verknüpft sind. ISG-Virtuos simuliert und visualisiert auch komplexe Maschinen und Anlagen mit realen Steuerungskomponenten in Echtzeit.

Von der Konzeption von Maschinen und Anlagen über die Inbetriebnahme bis hin zur Abnahme durch den Kunden: Die Simulationsplattform ISG-Virtuos versetzt Maschinen- und Anlagenbauer in die Lage, auch komplexe Simulationen und 3D-Visualisierungen in Echtzeit vorzunehmen: So können Anwender neue Konzepte für Industrie 4.0 testen und schnell, kostengünstig sowie in optimaler Qualität umsetzen.

Simulation in Echtzeit

Die Simulationslösung ISG-Virtuos zur Simulation in Steuerungsechtzeit (1 ms) wird bereits erfolgreich im Bereich der virtuellen Inbetriebnahme und zur Serviceunterstützung eingesetzt. Unternehmen nutzen die Lösung zunehmend für die Konzeption neuer, kundenindividueller Anlagen oder Maschinen. Alternative Anlagenkonzepte können überprüft, die gewonnenen Daten und Erkenntnisse auch für Simulation und 3D-Visualisierung genutzt werden. Damit gehen Konzeptionsphase und virtuelle Inbetriebnahme nahtlos ineinander über - der Bruch zwischen Anlagenplanung und –betrieb wird aufgehoben.

Durchgängiger Engineering-Prozess für Industrie 4.0

In der Entwicklungsphase berücksichtigt das Simulationsmodell alle beteiligten Bereiche und begleitet die Anlage über ihr gesamtes Produktleben. Dank neuer Standard-Schnittstellen lassen sich Projektierungs-Tools und Offline-Programmierwerkzeuge nahtlos in ISG-virtuos integrieren. So profitieren Anwender von einem durchgängigen Engineering-Prozess: Mit vernetzten Produktionseinheiten und einer durchgängigen Engineering-Plattform steigern Unternehmen die Effizienz ihrer Produktion und senken zugleich die Kosten.

Steuerungstests mit virtuellen Komponenten

Die Steuerungsfunktionalität für unterschiedliche Produktionsszenarien muss nicht erst an der realen Anlage – häufig nach dem Prinzip „Trial-and-Error“ - hinsichtlich der Anforderungen und Störszenarien getestet und optimiert werden. Stattdessen lassen sich die Steuerungen über Feldbusse an das Simulationssystem anschließen (Hardware-in-the-Loop-Simulation), um das Zusammenspiel von CNC und Maschine bzgl. Qualität, Performance und kritischer Abläufe schon im Vorfeld zu testen – in Steuerungsechtzeit im Millisekunden-Takt.

Die Ergebnisse sind uneingeschränkt auf die reale Anlage übertragbar. Die Bibliothek von ISG-virtuos stellt u.a. Bausteine für die Materialfluss-Simulation bereit. Sie basieren auf echtzeitfähigen Algorithmen für die physikbasierte Simulation und ermöglichen die Überprüfung komplexer Logistikszenarien auch ohne Spezialwissen. Die aktuelle Version der Software ist zudem ausgestattet mit einem Software Development Kit (SDK C++), das es Anwendern ermöglicht, individuelle Simulationsbausteine eigenständig zu entwickeln und zu testen. Die maßgeschneiderten Bausteine können sie dann – neben den bewährten Simulationsmodellen von ISG – in der Bibliothek bereitstellen. Damit ist das anwender- bzw. anlagenspezifische Know-how eines Unternehmens bei Bedarf auch anderen Nutzern zugänglich. Für Simulationen auf Basis der Original-Systeme lassen sich außerdem nun z.B. die Offline-Programmiersysteme von Kuka, ABB und Fanuc integrieren.

Produktionsszenarien virtuell erproben

Mit der Simulationslösung nimmt man reproduzierbare Tests vor, überprüft die Inbetriebnahme der Steuerungen, führt Performanceoptimierungen sowie virtuelle Factory Acceptance Tests (FATs) durch und testet Produktionsabläufe mit virtuellen Werkstücken und realen Produktionsdaten. Ferner lässt sich simulieren, wie sich Komponenten im Störfall verhalten und wie darauf zu reagieren ist. Auch nötige Änderungen oder Anpassungen lassen sich erkennen, bevor die Anlage aufgebaut oder umgerüstet ist. Die frühe Fehlererkennung und -behebung spart Folgekosten, da keine Kollisionen, Fehlfunktionen und Ablaufprobleme auftreten. So können Unternehmen ihre Prozesse dynamisch gestalten, ihre Produktion kurzfristig ändern und auf Störungen flexibel reagieren. Selbst nach Auslieferung steht das virtuelle Modell für Tests von Optimierungen und Adaptionen zur Verfügung, ohne die Anlage zu blockieren oder zu gefährden.

Flexible Engineering-Prozesse

Das simulationsbasierte Engineering ermöglicht von Anfang an die Zusammenarbeit abteilungsübergreifender Teams. Dabei begleitet der Anbieter die Konzeption und Implementierung der Software und erarbeitet eine optimale Lösung, die die Mitarbeiter an virtuellen Komponenten testen können. Dank Echtzeitsimulation sinken die Inbetriebnahmezeiten um bis zu 80 %, was kürzere Projektdurchlauf- und Hallenbelegungszeiten bedeutet. Zudem reduzieren sich die Kosten und der zeitliche Aufwand für Produktentwicklungen um bis zu 20 Prozent, während die Projektgesamtkosten um rund 30 Prozent sinken. Mit derselben Manpower lassen sich jegliche Betriebszustände testen, und die Anbindung des simulierten Systems an übergeordnete Leitsysteme wird beschleunigt.

SPS IPC Drives 2016: Halle 6, Stand 336

* Dr. Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology bei der ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

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