Simulation Virtuelle Inbetriebnahme fluidtechnischer Systeme

Die Dauer der Inbetriebnahme von komplexen fluidtechnisch-mechatronischen Anlagen lässt sich durch Simulationskopplung der beteiligten Komponenten erheblich senken.

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ACE Stoßdämpfer GmbH

CADFEM Germany GmbH

MESYS AG

FLUIDON Gesellschaft für Fluidtechnik mbH

Die Zusammenführung aller beteiligten Komponenten moderner fluidtechnischer Systeme stellt einen kritischen Punkt im Entwicklungsprozess dar. Obgleich bereits durch Hilfsmittel wie Simulationen gewisse Risiken minimiert werden können, ist vor der eigentlichen Inbetriebnahme oft kaum überschaubar, welcher Aufwand getrieben werden muss, bis sich das Gesamtsystem wie gewünscht verhält. Eine Verlagerung der Zusammenführung beteiligter Teilsysteme in frühere Bereiche des Entwicklungsprozesses entschärft die eigentliche Inbetriebnahmephase. Dabei ist es zunächst unerheblich, in welchem Entwicklungsstadium sich die einzelnen Teilsysteme befinden. Noch während der Planungsphase kann durch die Auswahl geeigneter Entwicklungswerkzeuge eine integrierte Entwicklung erfolgen. Ab einem bestimmten Punkt in der Entwicklung kann damit begonnen werden, Komponenten funktional virtuell zusammenzuführen und so die Inbetriebnahme vorweg zu nehmen. Dazu werden Techniken verwendet, die für sich genommen bereits bewährte Hilfsmittel darstellen, deren Kombination allerdings noch wenig verbreitet ist. Einige Aspekte der im Folgenden vorgestellten Methoden wurden im Rahmen des geförderten Projektes FLUIDTRONIC entwickelt.

In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass Simulationen ganz erheblich dazu beitragen können, dass die Konstruktion komplizierter oder kostspieliger Systeme schneller, günstiger und sicherer von statten gehen kann. Die Verfügbarkeit von Simulationsmodellen – und damit eine der Voraussetzungen für die virtuelle Inbetriebnahme – ist daher in vielen Fällen gegeben. Den hier beschriebenen Methoden ist gemein, dass eine oder mehrere Komponenten im Gesamtsystem durch ein Simulationsmodell ersetzt werden. Dabei hängt die Auswahl der durchzuführenden Kopplung von der Verfügbarkeit der Komponenten sowie der anstehenden Entwicklungsaufgabe ab.

1. Methode der Komponentenkopplung: Software-in-the-Loop

Im günstigsten Fall arbeiten die an der Entwicklung eines Systems beteiligten Partner bereits mit Simulationsmodellen ihrer Komponenten. Zu Beginn einer erfolgreichen integrierten Entwicklung steht also der Schritt, diese Modelle aus unterschiedlichen Domänen miteinander zu koppeln, um so die reale Montage des Systems vorwegzunehmen. Betrachtet man beispielsweise die Komponenten einer Schmiedepresse, können dies Modelle der Mechanik, des Hydrauliksystems sowie der Steuerung sein. Dazu müssen Schnittstellen zwischen den Entwicklungswerkzeugen geschaffen werden. Um bestehende Standards zu nutzen, hat sich Fluidon dazu entschieden, bei der Kopplung zwischen DSHplus-Simulationen, die beispielsweise das Hydrauliksystem abbilden, und der Systemsteuerung auf OPC (OLE for Pro-cess Control) zu setzen. Mit Hilfe dieser Schnittstelle kann auf vielfältige Weise auf Prozessdaten zugegriffen werden, unabhängig davon, auf welchem System das Steuerungsprogramm gerade ausgeführt wird. Auf der Ebene der Simulationskopplung kann dies im einfachsten Fall eine Soft-SPS auf einem Windows-PC sein.

Die als Software-in-the-Loop (SiL) bereits seit einiger Zeit in vielen Bereichen eingesetzte Simulationstechnik erlaubt es den Entwicklern dabei, die Rahmenbedingungen festzulegen, unter denen die simulierten Systeme ausgeführt werden sollen. Dies ist insbesondere dann unabdingbar, wenn sehr genaue Betrachtungen bestimmter Systemzustände erfolgen sollen, die nicht mehr in Echtzeit berechnet werden können. In diesem Fall kann das schnellere Modell (in den meisten Fällen die Steuerung) auf die Zeitbasis des langsameren Modells gesetzt werden, damit die Synchronität zwischen den Komponenten gewahrt bleibt.

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