Digitale Zwillinge im Planungsprozess von Maschinen

Ein digitaler Zwilling (li.) ermöglicht es, die SPS-Automatisierungslogik vor dem Einsatz zu testen, zu verfeinern und zu validieren. So lassen sich in einer frühen Phase des Planungsprozesses Fehler vermeiden und die Projektlaufzeit reduzieren.
Ein digitaler Zwilling (li.) ermöglicht es, die SPS-Automatisierungslogik vor dem Einsatz zu testen, zu verfeinern und zu validieren. So lassen sich in einer frühen Phase des Planungsprozesses Fehler vermeiden und die Projektlaufzeit reduzieren. – Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Die Grundidee der virtuellen Inbetriebnahme ist es, eine Produktionsanlage bereits zu testen, wenn sich die reale Maschine noch im Aufbau befindet. So können bereits in einer frühen Phase des Planungsprozesses Fehler vermieden und die Projektlaufzeit reduziert werden. Die virtuelle Inbetriebnahme ist allerdings nur eine Einsatzmöglichkeit eines digitalen Modells: digitale Zwillinge bieten für alle Beteiligten im Planungsprozess Potenzial.

Unterstützung in der Entwicklung

Die physische Simulation der Maschine unterstützt den Konstrukteur und die Programmiererin bei der die Optimierung des Bewegungsablaufs. Dabei wird die Bewegung im Millisekunden-Takt berechnet und in gleichen Zeitabständen deterministisch ausgeführt. Die berechneten Positionen werden an das 3D-Modell übergeben, die Bewegung sichtbar gemacht. Es wird ersichtlich, an welchen Stellen die Mechanik noch optimiert und welche Parameter im Programm gegebenenfalls verändert werden müssen. In der Produktwelt des Antriebsspezialisten SEW Eurodrive werden für diese Simulation die Prozessdaten von einem Test-PC über den Feldbus an den Controller UHX65A des Herstellers übermittelt, in den Movikit-Softwaremodulen verarbeitet und in Positionsdaten umgesetzt. Weil die Antriebselektronik noch nicht angeschlossen ist, laufen die Movikits im Simulationsmodus. Dabei simuliert der Controller die Bewegung so, als ob echte Antriebshardware angeschlossen wäre und schickt die virtuellen Positionsdaten an die Software auf dem PC, um dem dreidimensionalen Modell Richtung und Weg zu weisen.

Hilfe bei der Projektierung

Mit dem RobotMonitor lässt sich ein simulierter Roboterarm am PC steuern und seine Bewegungen überprüfen.
Mit dem RobotMonitor lässt sich ein simulierter Roboterarm am PC steuern und seine Bewegungen überprüfen. – Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Ein digitales Modell unterstützt auch den Auswahlprozess der Antriebe. So können Betriebe verschiedene Motor-Getriebe-Kombinationen testen, um die für sie bestmögliche Kombination zu ermitteln – etwa ob ein hochdynamischer Servomotor, eine Wasserkühlung oder eine Kombination mit höherer Massenträgheit verwendet werden sollte. Dazu gehört auch die Frage, ob ein Zwischenkreisverbund erforderlich ist. Das Planungs- und Projektierungstool Workbench steht auf der SEW-Homepage zum freien Download bereit. Es verfügt über eine Datei-Import-Funktion für die Simulationsdaten. Drehmomente, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg werden in Diagrammen dargestellt und fließen in die Antriebsauslegung ein. Für die energetische Auslegung, z.B. die Verwendung von Energiespeichern im Zwischenkreis, stehen weitere Optionen zur Verfügung. Der Automatisierungstechnik-Hersteller unterstützt bei der Optimierung dieser Auslegung. Um zu prüfen, ob die Antriebe in die Maschine passen, können Anwender CAD-Modelle der Motoren, Getriebe und Elektronikkomponenten im Online-Support generieren und in verschiedenen 3D- und 2D-Formaten herunterladen.

Werkzeug auch für Programmierer

SPS-Programmierer sind daran interessiert, ob Prozessablauf und Bewegungen funktionieren. Hierzu wollen sie den Ablauf der Steuerung im Quellcode beobachten, während sie Einblicke in die Bewegungsfunktionen haben. Movikit-Softwaremodule ermöglichen, ein- und ausgehende Feldbusdaten über eine grafische Oberfläche anzuzeigen. Damit lässt sich überprüfen, ob alles korrekt umgesetzt wird, auch im Simulationsmodus. Die Fertigstellung des SPS-Programms kann erfolgen, bevor es in die Antriebselektronik geladen wird. Sogar der simulierte Roboterarm lässt sich mit dem RobotMonitor auf dem Bedienteil oder am PC steuern und die Bewegungen überprüfen. Da alle Tests in einer simulierten Umgebung stattfinden, besteht kein Risiko, physische Geräte beschädigt werden.

Vereinfachte Schulung

Zukünftige Maschinenbediener können zusammen mit den Entwicklern der Bedienoberfläche die Einrichtung und Bedienung der Anlage erlernen. Dazu ist die Maschine beispielsweise mit Touchdisplays ausgestattet, die über ein Ethernetkabel mit der Steuerung verbunden sind. Die Anordnung der Informationen und Schaltflächen auf den Displays entspricht exakt der späteren Anordnung an der Anlage. Die Unterweisung kann komplett ohne eine reale Maschine erfolgen.

Das Konzept der neuen Controllergeneration UHX86A eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten auch während des Maschinenbetriebs. Echte Physik-Simulationen mit dem digitalen Zwilling sind möglich, ohne dass zusätzliche Hardware in die Maschine eingebracht werden muss.
Das Konzept der neuen Controllergeneration UHX86A eröffnet neue Anwendungs-möglichkeiten auch während des Maschinenbetriebs. Echte Physik-Simulationen mit dem digitalen Zwilling sind möglich, ohne dass zusätzliche Hardware in die Maschine eingebracht werden muss.- Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Model Based Monitoring

Prozesstechniker möchten vor dem Echtzeitbetrieb sicherstellen, dass ihre Annahmen zur Maschine und dem Prozess korrekt sind. Dafür wird ein detailliertes Modell der Realität im Simulationsprogramm abgebildet. Es verarbeitet die eingehenden Prozessdaten und verhält sich so, wie es der Prozess mit den entsprechenden Parametern tun würde. Durch den Abgleich der realen Betriebsdaten mit vorher im Digitalmodell berechneten Daten, dem sogenannten Model Based Monitoring, können Fehler im Betrieb frühzeitig erkannt werden, damit die Anzahl defekter Teile sinkt. Auch ein erhöhter Energiebedarf, z.B. aufgrund von Maschinenverschleiß, lässt sich so erkennen.

Performante Steuerungen

Eine wichtige Anforderung ist, dass der Prozess dabei nicht gestört wird. Die Steuerungen UHX65A und UHX86A von SEW-Eurodrive können zwei Betriebssysteme parallel ausführen. Somit kann der Programmcode für die Prozess- und Bewegungssteuerung auf einem Echtzeitbetriebssystem laufen, während das Modell auf einem Windows-Betriebssystem ausgeführt wird. Die Daten der Steuerung werden verarbeitet, verglichen und über das Netzwerk auf einem externen Datenspeicher abgelegt. Standardisierte Schnittstellen und Simulationsmodi befähigen Anwender zu vielen Arbeiten ohne die Hardware der Elektromechanik. Das neue Hypervisor-Konzept der Steuerungsgeneration UHX86A und UHX65A eröffnet weitere Anwendungsmöglichkeiten, auch während des Maschinenbetriebs. Die 3D-Simulation kann dabei unabhängig auf dem Windows-Betriebssystem ausgeführt werden, sodass ein Vergleich zur realen im Betrieb befindlichen Maschine möglich ist. Echte Physik-Simulationen mit dem digitalen Zwilling sind möglich, ohne dass zusätzliche Hardware in die Maschine eingebracht werden muss.



  • Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

    Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

    Nach mehr als 20 Jahren operativer Tätigkeit hat der bisherige CEO und Co-Founder der IPG Group, Marco Rohrer, das Präsidium im Verwaltungsrat der IPG Gruppe übernommen. Claudio Fuchs wird somit…

    mehr lesen: Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

  • Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit

    Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit

    Nach Angaben des Ifo Instituts ist die Zahl der Kurzarbeitenden in Deutschland im Dezember auf 879.000 Menschen gestiegen. Vor allem in der Automobilindustrie ist der Anteil an Beschäftigten in Kurzarbeit…

    mehr lesen: Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit

  • Autonomer Rennwagen der TU München fährt zum Vizetitel

    Autonomer Rennwagen der TU München fährt zum Vizetitel

    Im Rahmen der Autonomous Challenge @CES hat das Team der Technischen Universität München den 2. Platz belegt. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 270km/h belegte am Ende das Team aus Mailand…

    mehr lesen: Autonomer Rennwagen der TU München fährt zum Vizetitel

  • Tobias Klein wird CFO bei Prime Computer

    Tobias Klein wird CFO bei Prime Computer

    Prime Computer hat Tobias Klein zum Chief Financial Officer ernannt. In seiner neuen Position soll er die globale Finanzorganisation des Unternehmens leiten.

    mehr lesen: Tobias Klein wird CFO bei Prime Computer

  • Industrial Digital Twin Association und Open Industry 4.0 Alliance arbeiten zusammen

    Industrial Digital Twin Association und Open Industry 4.0 Alliance arbeiten zusammen

    Im Rahmen einer strategischen Partnerschaft wollen die Industrial Digital Twin Association und Open Industry 4.0 Alliance zusammenarbeiten. Erste Kooperationsprojekte werden Ende Januar vorgestellt.

    mehr lesen: Industrial Digital Twin Association und Open Industry 4.0 Alliance arbeiten zusammen

  • Kritische Berichte über KI in der Unterzahl

    Kritische Berichte über KI in der Unterzahl

    Über künstliche Intelligenz wird in der Medienlandschaft weitgehend positiv berichtet, so eine Analyse des KI-Spezialisten SAS. Laut Analyse ist der überwiegende Teil der Berichterstattung dabei entweder deutlich kritisch oder deutlich…

    mehr lesen: Kritische Berichte über KI in der Unterzahl

  • Aus Auvesy und MDT Software wird Auvesy-MDT

    Aus Auvesy und MDT Software wird Auvesy-MDT

    Auvesy und MDT Software schließen sich zur Auvesy-MDT zusammen und wollen künftig unter der neuen Marke Softwarelösungen für die industrielle Automatisierung anbieten.

    mehr lesen: Aus Auvesy und MDT Software wird Auvesy-MDT

  • Spielerisch zu mehr MES-Knowhow

    Spielerisch zu mehr MES-Knowhow

    Was ist eigentlich eine Smart Factory? Dieser Frage nähert sich die MPDV-Gruppe spielerisch und hat dafür die App MyFactoryMania auf den Markt gebracht.

    mehr lesen: Spielerisch zu mehr MES-Knowhow

  • Fellowmind übernimmt ERP-Spezialisten Applabs

    Fellowmind übernimmt ERP-Spezialisten Applabs

    Der Microsoft Gold-Partner Fellowmind treibt seine Wachstumsstrategie weiter voran und hat mit Applabs ein drittes deutsches Unternehmen übernommen.

    mehr lesen: Fellowmind übernimmt ERP-Spezialisten Applabs

  • NTI Kailer eröffnet Standort in Burgau

    NTI Kailer eröffnet Standort in Burgau

    NTI Kailer expandiert mit einem weiterem Standort im Burgau (Bayern). Insgesamt verfügt das Unternehmen somit über 11 Niederlassungen in Deutschland.

    mehr lesen: NTI Kailer eröffnet Standort in Burgau

  • Gesellschaftlichen Problemen mit technischem Fortschritt entgegentreten

    Gesellschaftlichen Problemen mit technischem Fortschritt entgegentreten

    Technologien können die Welt verbessern und beispielsweise bei der Bewältigung des Klimawandels helfen. Das geht aus dem Bosch Tech Compass hervor.

    mehr lesen: Gesellschaftlichen Problemen mit technischem Fortschritt entgegentreten

  • FIS-Geschäftsführung ordnet sich neu

    FIS-Geschäftsführung ordnet sich neu

    Nachdem Wolfgang Ebner und Frank Schöngarth in diesem Jahr ihren Ruhestand antreten, hat sich die FIS-Geschäftsleitung neu geordnet. Die Nachfolge der scheidenden Geschäftsführer treten Dieter Ball und Dirk Schneider an.

    mehr lesen: FIS-Geschäftsführung ordnet sich neu