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.



  • Eva Heuer wird Gesellschafterin bei T.Con

    Eva Heuer wird Gesellschafterin bei T.Con

    Mit Eva Heuer hat die T.Con eine neue Gesellschafterin. Seit 2019 ist sie Personalverantwortliche des SAP-Partners und wird sich dieser Aufgabe auch weiterhin widmen.

    mehr lesen: Eva Heuer wird Gesellschafterin bei T.Con

  • Aufträge für die nächsten 4,5 Monate

    Aufträge für die nächsten 4,5 Monate

    Der Auftragsbestand der deutschen Industrie reicht laut Berechnungen des Ifo Instituts für die nächsten 4,5 Monate. In der Automobilindustrie liegt der Auftragsbestand sogar bei 8 Monaten.

    mehr lesen: Aufträge für die nächsten 4,5 Monate

  • Keba übernimmt Drag and Bot

    Keba übernimmt Drag and Bot

    Drag and Bot gehört nun zur Keba Gruppe. Der Österreichische Automatisierungsspezialist hat die Übernahme bereits Ende vergangenen Jahres abgeschlossen.

    mehr lesen: Keba übernimmt Drag and Bot

  • Jaggaer übernimmt DocSkiff

    Jaggaer übernimmt DocSkiff

    Der Source-to-Pay-Anbieter Jaggaer übernimmt die KI-gestützte Vertragsanalyseplattform DocSkiff und will durch die Akquise, nach eigenen Angaben, die ’Autonomous Commerce’-Strategie vorantreiben.

    mehr lesen: Jaggaer übernimmt DocSkiff

  • Dassault Systèmes verändert Führungsebene

    Dassault Systèmes verändert Führungsebene

    Im Rahmen der 3DExperience World hat Dassault Systèmes Gian Paolo Bassi die Leitung von 3DExperience Works übergeben und zugleich Manish Kumar zum CEO von Solidworks ernannt.

    mehr lesen: Dassault Systèmes verändert Führungsebene

  • Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

    Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

    Das erste Quartal des aktuellen Geschäftsjahres hat Siemens mit einem Umsatzplus von 9 Prozent abgeschlossen und auch die Aufträge entwickelten sich positiv. Die aktuelle Prognose für das Geschäftsjahr bleibt zunächst…

    mehr lesen: Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

  • Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

    Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

    Trend Micro meldet die Abwehr von 94,2Mrd. Cyberbedrohungen im Jahr 2021 durch den Einsatz seiner globalen Threat-Intelligence-Infrastruktur Smart Protection Network (SPN). Die Angriffe zielten auf Unternehmen, Behörden und Verbraucher ab.

    mehr lesen: Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

  • Joachim Weber wird CTO bei Paessler

    Joachim Weber wird CTO bei Paessler

    Mit personellen Veränderungen geht der Monitoring-Spezialist Paessler in das neue Jahr und hat Joachim Weber zum Chief Technology Officer ernannt.

    mehr lesen: Joachim Weber wird CTO bei Paessler

  • Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

    Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

    Ein Umsatzplus von 7 Prozent hat das Softwareunternehmen SoftProject im vergangenen Jahr erzielt. Auch der Datenverkehr im eigenen Rechenzentrum nahm zu.

    mehr lesen: Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

  • TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

    TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

    Im Forschungsprojekt TransKI arbeiten die Beteiligten daran. KI-Modelle für bestimmte Anwendungen auf ähnliche Anwendungen zu übertragen. Das sogenannte Transfer Learning soll Zerspanprozesse effizienter machen.

    mehr lesen: TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

  • Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

    Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

    Allgemein besteht die Annahme, dass digitale Technologien zu Energieeffizienzverbesserungen führen und dadurch CO2-Emissionen erheblich reduziert werden können. Eine Studie des ZEW in Mannheim deutet allerdings darauf hin, dass digitale Technologien…

    mehr lesen: Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

  • Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau

    Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau

    Mit einem Plus von 5,4 Punkten liegt der Ifo-Bitkom-Digitalindex nun bei 30 Punkten. Die deutsche Digitalbranche hat somit wieder ihr Vor-Corona-Niveau erreicht. Die Personalsorgen der Branche sind laut Index jedoch…

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau