Цифровые двойники и виртуальный ввод оборудования в эксплуатацию с доступными примерами

В продолжение темы применения цифровых двойников, которая была поднята в предыдущей публикации . Рассмотрим одну из интересных возможностей использования цифровых двойников - виртуальный ввод в эксплуатацию.

Виртуальный ввод в эксплуатацию базируется на использовании цифровых двойников оборудования.

ВАЖНО! Без цифрового двойника оборудования виртуальный ввод в эксплуатацию не представляется возможным.

Цифровой двойник производственной машины

Цифровой двойник производственной машины - это комбинация из трех различных имитационных моделей.

1. Модель автоматизации - логика программы PLC и визуализация
2. Электрическая и динамическая модель - поведение компонентов и периферии
3. Физическая и кинематическая модель - механические компоненты, движение, поток материала, контроль столкновений

Создание цифрового двойника - этап 1

Модель автоматизации с SIMATIC S7-PLCSIM Advanced

• Комплексное моделирование функций, включая обмен данными, блоки с защитой ноу-хау, безопасность и веб-сервер
• Открытые интерфейсы для обмена данными с настраиваемым совместным моделированием или тестовым программным обеспечением
• Поддержка множественных и распределенных экземпляров для моделирования нескольких контроллеров на одном ПК / в сети
• Виртуальное управление временем и синхронизация

Создание цифрового двойника – этап 2

Электрическая и динамическая модель с SIMIT

• Для моделирования распределенной периферии используется динамическая (поведенческая) модель, то есть ее объектами являются датчики и исполнительные устройства, характеристики процесса, температура и давление, гидравлика
• Поддержка совместного моделирования
• Функциональный макет / интерфейс функционального макета
• Прямое подключение к инструментам проектного моделирования (AMESIM, Matlab)
• В качестве альтернативы возможно тестирование на реальном оборудовании и подключение сторонних приложений к SIMIT Unit

Создание цифрового двойника – этап 3

Физическая и кинематическая модель с NX Mechatronics Concept Designer.

• Создание механической модели с использованием CAD-данных
• Добавление физических и кинематических элементов к компонентам машины, такие как движение, поток материала, сила тяжести или столкновения
• Можно легко смоделировать и проверить различные варианты конструкции
• Опция: NX MCD Player предлагает экономичную возможность для запуска существующих моделей на нескольких рабочих станциях. Но для настройки симуляции потребуется полная лицензия NX MCD

Виртуальный ввод в эксплуатацию

Где активно проявляются преимущества виртуального ввода в эксплуатацию?

• Разработка новых производственных машин и оборудования
• Дооснащение существующих машин новыми элементами
• Модернизацию и оптимизацию существующего оборудования и

Какие преимущества обеспечивает виртуальный ввод в эксплуатацию?

• Оптимизация функций контроллера и оборудования в виртуальной среде
• Сокращение сроков для ввода в эксплуатацию на предприятии заказчика
• Распараллеливание разработки и производства машины и автоматизации этой машины
• Чем раньше начинается оптимизация оборудования, тем выше экономия и меньше "детских болезней".
• Снижение затрат на ввод в эксплуатацию
• Безопасное и эффективное тестирование на основе цифрового двойника
• Снижение рисков для реального ввода в эксплуатацию
• Возможность для разработки и проверки альтернативных концепций управления
• Оценка модификаций машины, которая уже находится в процессе эксплуатации

Инвестиции и получаемые преимущества.

Инвестиции:

• Стоимость лицензии на ПО для виртуального ввода в эксплуатацию
• Затраты на обучение специалистов
• Виртуальная разработка прототипа и виртуальные испытания
• Параллельная работа\
• Быстрый выход на рынок

Долгосрочные преимущества:

• Экономия средств при разработке и модернизации оборудования
• Предпроизводственное и производственное обучение - операторы смогут ознакомиться с особенностями обслуживания машины до начала реальной работы на ней
  - Быстрый и отлаженный запуск производства
  - Эффективное устранение неисправностей обученными операторами
  - Предотвращение ошибок эксплуатации
  - Сокращение времени простоя

Возможности обучения на цифровом двойнике оборудования

Объем обучения для оператора станка

• HMI симуляция идентичная оборудованию.
• Изучение работы оборудования
• Отработка критических сценариев (устранение ошибок / сбоев)

Владельцы оборудования могут моделировать не только отдельную машину, но и все производство. С этой целью объем обучения можно расширить с помощью систем SCADA (WinCC) для моделирования работы всей установки/производства.

С чего можно начать изучение виртуального ввода в эксплуатацию Начало работы с SIMATIC MachineSimulator

Примеры использования

• Создание HIL и SILимитационных моделей для виртуального ввода в эксплуатацию
• Моделирование машины в NX MCD
• Объединение NX MCD, SHM, SIMIT UNIT и SIMATIC S7-PLCSIM Advanced в SIMIT
• Имитационная модель для устройств PROFIdrive

Техническое описание

• Введение в виртуальный ввод в эксплуатацию
• SIL моделирование с NX MCD, SIMIT и SIMATIC S7-PLCSIM Advanced
• HIL моделирование с NX MCD, SIMIT UNIT и SIMOTION / SIMATIC
• Представление связей и взаимодействий между программами

Библиотека элементов управления в SIMIT

Примеры использования

• Переоборудование пульта управления машиной
• Обучение операторов с использование цифрового двойника
• Открытая библиотека с возможностью индивидуальной адаптации

Техническое описание

Элементы управления SIMIT, разработанные с помощью редактора типов компонентов (CTE)

• Настраиваемая кнопка с подсветкой (NO - NC, цвет, предустановка)
• Кнопка аварийного выключения
• Настраиваемый поворотный переключатель (количество позиций, цвет, предустановка)
• Индикаторы и сигнальные колонны
• Кодовый переключатель

Виртуальный ввод оборудования в эксплуатацию Проектирование привода с NX MCD

Примеры использования

• Использование NX MCD в комбинации с SIZER для проектирования приводов
• Использование примера проекта как отправной точки

Техническое описание

• Передача CAMпрофилей между SIMOTION SCOUT и
  NX MCD
• Конфигурирование криволинейных контуров в NX MCD
• Пользовательская фрикционная модельв NX MCD
• Экспорт диаграмм нагрузки из NX MCD в SIZER

Виртуальный ввод оборудования в эксплуатацию Отраслевые решения: Интеллектуальная лента

Примеры использования

• Анализ мехатронной концепции (например, проверка треков, транспортеров и продукции на столкновение)
• Тестирование последовательностей и режимов работы
• Тестирование с разными скоростями на входе и выходе
• Моделирование различных способов упаковки, например последовательной упаковки или упаковки по образцу
• Валидация движения к референтной точке (реферирования)

Техническое описание

• Цифровой двойник многоленточной системы для упаковочных машин с NX MCD, SIMIT и PLCSIM Advanced
• Моделирование PROFIdrive для подающих осей в SIMIT
• Моделирование пульта управления в SIMIT
• Моделирование перемещений продукта и столкновений в NX MCD
• Подающий и разгрузочный транспортеры - моделирование и контроль из SIMIT

Виртуальный ввод оборудования в эксплуатацию Отраслевые решения: Позиционирование цилиндров

Примеры использования

• Анализ мехатронной концепции (например, проверка валков на столкновение)
• Тестирование последовательностей и режимов работы для позиционирования цилиндров
• Валидация рассчитанной геометрии
• Моделирование движение к референтной точке на жестком концевом ограничителе
• Тестирование точной установки и обнаружения столкновений

Техническое описание

• Цифровой двойник для установки флексографической печати с NX MCD, SIMIT и PLCSIM Advanced
• Моделирование PROFIdrive для осей позиционирования цилиндров в SIMIT
• Упрощенная симуляция контактной печати в SIMIT
• Удаление и вставки всех печатных и растровых валиков при моделировании(напр.,для реферирования) в NX MCD
• Гибкая механическая конструкция: изменяемая геометрия печатной секции

Виртуальный ввод оборудования в эксплуатацию Отраслевые решения: автоматизация с помощью библиотеки SIMAPRESS стандартного пресса с маховиком

Примеры использования

• Тестирование последовательностей и режимов работы приложения Simapress и библиотеки безопасности пресса
• Тестирование функций безопасности машины
• Обучение персонала с использованием модели
• Валидация систем защиты, производительности и траектории перемещения для пресс-форм

Техническое описание

• Цифровой двойник механического пресса с маховиком с NX MCD, SIMIT и PLCSIM Advanced
• Моделирование PROFIdrive для приводной оси в SIMIT
• Упрощенная симуляция мощности пресса в SIMIT
• Полная реализация панели оператора в SIMIT
• Реализация аварийныхсценариев, напр., несколько листов в прессе
• Симуляция сигналов безопасности в SIMIT и MCD