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.



  • Exporterwartungen legen zu

    Exporterwartungen legen zu

    Die Exporterwartungen des Ifo Instituts sind im Juni gestiegen, auf den höchsten Wert seit Januar 2011. Nahezu alle Branchen rechnen in der aktuellen Erhebung mit steigenden Exporten.

    mehr lesen: Exporterwartungen legen zu

  • Preisgestaltung oftmals nicht transparent genug

    Preisgestaltung oftmals nicht transparent genug

    Cloud-Produkte sind in den meisten Unternehmen und Branchen etabliert. Details liefert diesbezüglich eine Umfrage der Deutschsprachigen SAP-Anwendergruppe e.V. (DSAG). Zu den Ergebnissen zählt unter anderem, dass die Transparenz der Preisgestaltung…

    mehr lesen: Preisgestaltung oftmals nicht transparent genug

  • Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

    Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

    Im Rahmen einer Partnerschaft wollen der Softwareanbieter CoreTechnologie und der Druckmaschinenhersteller Photocentric gemeinsame Lösungen anbieten.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

  • Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

    Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

    Zum Jahreswechsel kommt es bei der Robert Bosch GmbH zu einigen personellen Veränderungen. U.a. verabschiedet sich Aufsichtsratschef Franz Fehrenbach in den Ruhestand.

    mehr lesen: Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

  • Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

    Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

    Transition Technologies PSC eröffnet als Spezialist im Bereich der digitalen Transformation einen Firmensitz in Deutschland. Die Leitung übernimmt Stefan Zeiler.

    mehr lesen: Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

  • Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

    Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

    Studierende und Auszubildende im Bereich Werkzeug- und Formenbau lernen mit einem Kartenspiel spielerisch die Grundlagen ihres Fachs.

    mehr lesen: Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

  • Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

    Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

    Im Zuge einer Partnerschaft zwischen Senseye und PTC soll die Predictive Maintenance-Lösung von Senseye über die PTC IIoT-Plattform ThingWorx zur Verfügung stehen.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

  • Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

    Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

    Eine als Netzwerktreiber getarnte Schadesoftware ermöglicht Hackern die Manipulation des Datenverkehrs. Dabei trägt die Schadsoftware ein gültiges Microsoft-Zertifikat.

    mehr lesen: Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

  • Datenerfassung über die Stromzufuhr

    Datenerfassung über die Stromzufuhr

    Ein Forschungsteam vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat ein Monitoringsystem für den niederschwelligen Einstieg in die digitale Produktion entwickelt. Damit können alten Bestandsmaschinen Daten entlockt werden. IT-Fachkenntnisse und…

    mehr lesen: Datenerfassung über die Stromzufuhr

  • Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

    Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

    Knapp die Hälfte der exportierenden privatwirtschaftlichen Betriebe in Deutschland hat seit Beginn der Pandemie einen Rückgang ihrer Ausfuhren verzeichnet. Dennoch schätzen exportierende Betriebe im Schnitt ihre Geschäftslage nicht stärker negativ…

    mehr lesen: Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

  • Cybercrime in Deutschland

    Cybercrime in Deutschland

    Schon seit Jahren ist zu beobachten, dass die Bedrohung durch Cyberkriminelle kontinuierlich zunimmt. Allein im Vorjahr wurden nach Angaben des Bundeskriminalamts (BKA) fast 110.000 Cyberattacken in Deutschland registriert. Das sind…

    mehr lesen: Cybercrime in Deutschland

  • Schutz von Industrieunternehmen

    Schutz von Industrieunternehmen

    Industrielle Netzwerke sind äußerst unterschiedlich. Entsprechend benötigen Unternehmen effektive Cybersicherheitslösungen, die sich auf die individuellen Anforderungen abstimmen lassen und sich mit ihren Zielen weiterentwickeln können, ohne ihre Infrastruktur oder ihr…

    mehr lesen: Schutz von Industrieunternehmen