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Vorlesung 15. Dezember 2014
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virtuos
Virtuelle Inbetriebnahme von
Maschinen und Anlagen
Dr.-Ing. Dieter ScheifeleGeschäftsführender Gesellschafter ISG
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 2014
Unternehmen - ISG
2ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Geschäftsfelder
Geschäftsfeld ISG-virtuos (seit 2005)
Simulationssoftware virtuelle Inbetriebnahme (VIBN),
Hardware-in-the-Loop in Echtzeit (1ms),
Simulation-Based-Engineering
Kunden Maschinen- und Anlagenbauer,
Engineering-Büros (Integratoren),
Anlagenbetreiber
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
Dr.-Ing. Dieter Scheifele
Geschäftsfeld ISG-kernel (seit 1987)
Steuerungssoftware CNC, RC, Motion Control
Kunden Steuerungshersteller sowie
Maschinen- und Anlagenbauer
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Üblicher sequentieller Workflow und seine Steuerung
Machine Design
Assembly
Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Scheduleddelivery dateKonstruktion
Beschaffung & Montage
GeplanteAuslieferung
CAD FEM
MKS
Simulation im Maschinenbauunternehmen
Zeitachse
PPS-System
FiBu
Nachbesserungen
Störungen
Auslieferungsdatum unterliegt „betriebswirtschaftlichen“ Interessen Störungen werden nicht kalkuliert,Steuerungstechnische Inbetriebnahme entzieht sich der Kontrolle durch das PPS-System
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Mechanik-Konstruktion
Konstruktions-zeichnungen
Elektro-Konstruktion
Software-Entwicklung
Stromlaufplan
ORGANIZATION_BLOCK ... TITLE = Hauptprogramm// 06.09.2004 User: XVERSION : 1.0
VAR_TEMPOB1_SCAN_1 : BYTE;...
SystematischeFunktionsbeschreibung
Empirische Funktionsbeschreibung
nicht verfügbar
Software (NC,SPS)
Ersatzweise Erstellung„Beschaffung von Informationen“
51% des Gesamtaufwandes EK
Mangelnder Informationsfluss in vielen Maschinebauunternehmen
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6„Wie“ funktioniert „Was“?
WerkzeugwechslerFa. Grob• Abläufe
• Wirkzusammenhäng,• regulärer/irreguläre Betriebszustände• Bedienfunktionen• Grenzwerte• dynamische Eigenschaften
Funktionsbeschreibung und Verhaltensmodell
Formelle Funktionsbeschreibung
Regelbasierende Beschreibung
Verhaltensmodell
Notizen
Funktionsbeschreibung
Modellierungz.B. regelungstechnische
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Teilaufgaben der steuerungstechnischen Inbetriebnahme
Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Test Verkabelung
Bereitstellung von• SPS-Funktionen• CNC-Funktionen
Beschaffung von Informationen
Bedienungsoberfläche (HMI)
Test Funktionalität
Test SicherheitDokumentation
Optimierung• Technologie• Produktivität
Abnahme
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Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Nachbesserungen
Unt
erbr
echn
ung
Unt
erbr
echn
ung
Unt
erbr
echn
ung
Unt
erbr
echn
ung
Unt
erbr
echn
ung
Unt
erbr
echn
ung
Ursachen: MontagefehlerKonstruktionsfehlerKomponentenausfallKundennachforderungen
…
Auswirkungen der Nachbesserungen
Verzögerung
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Auswirkungen der Verzögerungen
Machine Design
Assembly
Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Scheduleddelivery dateKonstruktion
Fertigung & Montage
Erzwungene Auslieferung
Simulation im Maschinenbauunternehmen
Zeitachse
PPS-System
FiBu
Nachbesserungen
Störungen
.. beim Kunden
Verlorene Qualität / Funktionalität, die beim Kunden nachträglich hergestellt werden muss zusätzliche Kosten und Imageschaden
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Braucht man zur steuerungstechnischen Inbetriebnahme
die fertige Maschine?
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11Konstruktions-zeichnungen
Elektro-Konstruktion
Software-Entwicklung
Stromlaufplan
Software (NC,SPS) ORGANIZATION_BLOCK ... TITLE = Hauptprogramm// 06.09.2004 User: XVERSION : 1.0
VAR_TEMPOB1_SCAN_1 : BYTE;...
SystematischeFunktionsbeschreibung
• Prüfen der Steuerungslösung(Steuerungen und Programme)
• Optimieren zur Produktivitätssteigerung
• Störungsmanagement
Mechanik-Konstruktion
Virtuelle Inbetriebnahme
Verhaltensmodell
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Mit einer systematischen Konstruktionsbeschreibung – im Idealfall als Verhaltensmodell ausgeführt – könnte man die „Erfassung von Informationen“ im zeitkritischen Ablauf vermeiden.
Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Test Verkabelung
Bereitstellung von• SPS-Funktionen• CNC-Funktionen
Beschaffung von Informationen
Bedienungsoberfläche (HMI)
Test Funktionalität
Test SicherheitDokumentation
Optimierung• Technologie• Produktivität
Abnahme
Potential der virtuelle Inbetriebnahme
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13Bereitstellung von• SPS-Funktionen• CNC-Funktionen
Bereitstellung von SPS- und CNC-Funktionen
Aufgabe: herstellerspezifische Maschinenkonzepte mit standardisierter Automatisierungstechnik verbinden
Erstmaliger Aufwand: nicht selten 1Mio EUR und ein, zwei Jahre Entwicklungszeit
Erschwerend: ● europäische Maschinen- und Anlagenbauer dürfen, wollen oder können keine zwei identischen Maschinen verkaufen
● numerische Steuerungen mit ihren SPS-Systemen sind mittlerweile im Kern Produkte des Consumer-Marktes („PC-Markt“, „Microsoft-Markt“) und verändern sich mit dem entsprechenden Evolutionstempo
Und: die mehrheitlich eingesetzten Entwicklungswerkzeuge erlaubten keine Wiederverwendung: „Copy and Paste“ statt Objektorientierung!
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Verhaltensmodell der Maschine(teilweise gekoppelte Übertragungsstrecken)
Ausgänge
Eingänge
Positionen der 3-D-Module
Verhaltensmodell
Steuerungstechnische Inbetriebnahme am Simulationssystem
Steuerungsfunktionen
Simulationssystem zur virtuellen Inbetriebnahme
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15Eigenschaften des Simulationssystems:
abstrakter Simulator
• besteht aus gekoppeltem Steuerungs- und Maschinenteil• Maschinenteil („virtuelle Maschine“ ) ist abstrakter Simulator (kein physikalischer)
• Steuerungsteil:
„reale Steuerung“
„virtuelle Steuerung“ auf Basis der Originalsteuerungssoftware auf Consumer-Computer (PC)
„virtuelle Steuerung“ auf Consumer-Computer (PC)
Maschinensimulator läuft als weitere Task auf der Steuerungshardware
Maschinensimulator wird wie Maschine an die Steuerung angeschlossen
SiLS Software in the Loop Simulation HiLS Hardware in the Loop Simulation
Systeme zur virtuellen Inbetriebnahme
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NCU 1, NCU 2, NCU 3PLC 1, PLC 2, ...Prozesssteuerung
Zyklenpaket 1,Zyklenpaket 2....
Optionspaket 1Optionspaket 2
HMI 1, HMI 2,....Leitsystem 1, Leitsystem 2,....
WerkzeugverwaltungPalettenverwaltung
Messmittelverwaltung
Komplexität realer Steuerungen
Moderne Steuerungen sind komplexer als PC für die Büroanwendungen. Ergebnisse von Simulatoren solcher Systeme sind nur eingeschränkt aussagekräftig.
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Der Vorteil, der Koppelung der virtuellen Maschine an die originaleSteuerungstechnik liegt darin, dass das tatsächliche Verhalten der Steuerungstechnik in Hard- und Software (konkrete Installation!) in der Prüfung auf Anforderungserfüllung berücksichtigt wird.
Vorteil der Verwendung realer Steuerungstechnik
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Steuerungdigitales System
Maschineanaloges System
A/D-Umsetzung
D/A-Umsetzung
Analoge Signale
Feldbus
Steuerungstechnische Realisierung
Übertragungsfunktion G(s)Gewichtsfunktion g(t)mit g(t) G(s)
Maschineanaloges System
Eingangssignal
Ausgangssignal
Ideale (analoge) Steuerungstechnik zur Steuerung einer Maschine
Ausgangssignal
Wirkungsweise der steuerungstechnischen Realisierung
analoge Signale
Eingangssignal
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Maschineanaloges System
Analoge Signale
Analoge Signale
Abtastung analoger Signale
Tiefpass
Tiefpass
Abtastung und A/D-WandlungDigitale
Steuerungs-funktion D/A-Wandlung
und Halten
Die Signalabtastung erfolgt mit einem extrem kurzem Impuls zu Zeitpunkten n ∗ . Dieses Zeitsignal ∆ ∑ stellt sich im Frequenzbereich als
Spektrallinien im Abstand mit der Amplitude dar:
∆ 1
2
ωt
1
46 255
47 262
48 282
49 200
50 167
46 82
47 102
48 165
49 187
A
t
t
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Folgen der Abtastung für die steuerungstechnische Realisierung
Wird das analoge Eingangssignal mit dem Abtastsignal abgetastet, so ist dies mathematisch eine Multiplikation beider Signale: ∆ .Im Frequenzbereich des so abgetasteten Zeitsignals wird sich also das ursprüngliche Spektrum an jeder Spektrallinie des Abtastsignales durch Faltung wiederholen:
1 ∗
1. Das Abtastsignal und das an die D/A-Wandlung bereitgestellte Signal muss einem festen, äquidistanten Zeitrhythmus folgen.
2. Das Spektrum des von der Maschinen kommenden Signals muss „ohne wesentliche Informationsverluste“ durch einen Tiefpass begrenzt werden können.
3. Das verbleibende Signal muss so schnell abgetastet werden, dass sich in die Spektren nicht überlappen!
4. Nach der analogen Bereitstellung des Signales muss wieder ein gleicher Tiefpass folgen.
Nyquist-Shannon-Abtasttheorem:
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Zur Erläuterung des Abtasttheorems
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Die reale Steuerungstechnik ist ein Echtzeitsystem im Sinne des Nyquist-Shannon-Abtasttheorems (deterministisches, äquidistantes Abtasten und Verarbeiten), das in seinen Kenngrößen (Abtastfrequenz) vom Verhalten des zum Anschluss vorgesehenen „analogen“ Maschinenbaus vorgegeben wird.
Für die Qualität der Simulationsergebnisse ist entscheidend, wie exakt der abstrakte Maschinensimulator das Verhalten der realen Maschine nachbilden kann.
Idealerweise erfüllt das Simulationssystem für virtuelle Maschinen das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem selbst. Dazu muss es „echtzeitfähig“ sein.
Also:
Dann aber:
Sowieso:
Ergebnis der Betrachtung der digitalen Signalverarbeitung
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Produkt - Eigenschaften und Funktion
23ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Wie definiert ISG-virtuos Steuerungsechtzeit?
Real-time classes and application areas (IAONA classification)
1µs 10µs 100µs 1ms 10ms 100ms 1s 10s
Highly dynamic processes, electronic drives
Conveying systems,simple controls,majority of all automated systems
Building technology, control and automation levels, trouble-free processes, storage systems
commonsolutions
ISG-virtuos
Machine tools, fast processes, robots
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Analoge Signale
Steuerungstechnik
Vollständiges Simulationssystem zur virtuellen Inbetriebnahme
Tiefpass
Tiefpass
Abtastung und A/D-WandlungDigitale
Steuerungs-funktion D/A-Wandlung
und Halten
Tiefpass
TiefpassAbtastung und A/D-Wandlung
Digitale Verhaltens-
modell
D/A-Wandlung und Halten
Maschinensimulator/virtuelle Maschine
FeldbusAutomatisierungsgerätCNC, SPS
PeripheriegeräteUmrichter, I/O-Klemmen
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Steuerungstechnik
Verschiedene reduzierte Simulationssysteme
Digitale Steuerungs-
funktion
Digitales Verhaltens-
modell
virtuelle Maschine
FeldbusAutomatisierungsgerätCNC, SPS
Feldbusgekoppelter Maschinensimulator
Digitale Steuerungs-
funktion
Digitales Verhaltens-
modell
Speicherkoppelung über feldbusneutrale SchnittstelleAutomatisierungsgerät
CNC, SPS
Digitale Steuerungs-
funktion
Digitales Verhaltens-
modell
Consumer-Gerät„PC“
t
t t
t t
t t
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Produkt - Eigenschaften und Funktion
26ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
ISG-virtuos – kundenspezifische Realisierungsoptionen
Option Steuerung Simulation Anlage / Maschine
HILS
Hardware-in-the-Loop –Simulation/VIBN
1-Rechner-Lösung
Steuerungsrechner als Simulations-Arbeitsplatz
steuerungsintegrierte Simulation
Simulation/VIBN als Mehrwert der Maschinensteuerung
Feldbus Feldbus
1:1
Feldbus
Feldbus
Feldbus
1:1
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27Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Test Verkabelung
Test Funktionalität
Test Sicherheit
Optimierung• Technologie• Produktivität
Abnahme
Bereitstellung von• SPS-Funktionen• CNC-Funktionen
Beschaffung von Informationen
Bedienungsoberfläche (HMI)
Dokumentation
Verlegung in die zeitunkritische Phase
Potential der „virtuellen Inbetriebnahme“
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Workflow mit virtueller Inbetriebnahme
Machine Design
Assembly
Scheduleddelivery dateKonstruktion
Fertigung & Montage
GeplanteAuslieferung
Zeitachse
PPS-System
FiBu
Nachbesserungen
Wirkung der virtuellen Inbetriebnahme
Steuerungstechnische Inbetriebnahme
Sicherheitspuffer
„virtuelle Maschine“
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Mechanik-Konstruktion
Konstruktions-zeichnungen
Elektro-Konstruktion
Software-Entwicklung
Stromlaufplan
ORGANIZATION_BLOCK ... TITLE = Hauptprogramm// 06.09.2004 User: XVERSION : 1.0
VAR_TEMPOB1_SCAN_1 : BYTE;...
SystematischeFunktionsbeschreibung
Empirische Funktionsbeschreibung
nicht verfügbar
Software (NC,SPS)
Ersatzweise Erstellung„Beschaffung von Informationen“
51% des Gesamtaufwandes EK
Mangelnder Informationsfluss in vielen Maschinebauunternehmen
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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ISG-virtuos - durchgängige Nutzung als Referenz / „dynamisches Pflichtenheft“
Virtuelle Inbetriebnahme
30ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Zielsetzung: Simulation Based Engineering
BeschaffungMontage
EngineeringKonstruktion
Konzeptphase
IBN / FAT
Betrieb Service
virtuelleInbetriebnahme
Verifikation der Ideen
Validierungder Lösungen
Test und Optimierung der Realisierung
Service-Unterstützung
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Disziplinübergreifendes Verständnis über einheitliche Bibliotheken Maschinenkinematik Logik Sensorik, Aktorik, Antriebe Materialfluss, Bänder, Werkzeughandling, Magazine Regelungstechnik
virtuos
6-Achs-Kinematik mit Sercos-Anbindung< 20 Bausteine
Modellierung des blockbasierenden Verhaltensmodelles
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E/A-Link
Modelleinbindung in Steuerungsumgebung TwinCAT
TwinCAT als Echtzeitplattform und zurAnbindung an Fremdsteuerung
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Skalierbare Modellierung
IstpositionSollposition
Quasi kein Modellie-rungs-Aufwand
Erhöhter Modellie-rungs- und-Parametrie-rungs-Aufwand
Ziel: „So einfach wie es für die Simulationsaufgabe erlaubt ist“
Antriebsachse mit unterschiedlicher Detaillierung• Bypass : „Soll = Ist“• PT1 / 2 : Verzögerung bzw. Schwingfähigkeit• Regler + Streckenmodell: > 30 Parameter
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Regler-/Streckensimulation
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Regler-/Streckensimulation
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Regler-/Streckensimulation
Untersuchung der Auswirkung der Rastkraft als Störkraft auf das Modell Reversierfahrt bei v = 10 mm/s Momentenbildender Strom über Weg Modell (rot) mit realer Stellkraft aus Umrichter als Störkraft
Gesamtmodellqualität könnte durch Abbildung/Messung der Rastkräfte deutlicherhöht werden!
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Hardware-in-the-Loop-Simulation und Modellerstellung
Vorteile einer Maschinensimulation in Echtzeit Deterministisches Verhalten des Simulators gegenüber der Steuerung Identisches Modellverhalten bei mehreren Simulationsläufen
(z.B. keine Beeinflussung durch Virenscanner oder Mail-Programm Windows-Tasks) Identische Steuerungskonfiguration wie an Originalmaschine Herstellerunabhängig, da Feldbus neutrale Schnittstelle zu vielen Steuerungen ist
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Hardware-in-the-Loop-Simulation mit mehreren Steuerungen
Unterschiedliche Steuerungs- Simulator-Visualisierungs-Szenarien Simulations-PC mit der Möglichkeit zur Anbindung mehrerer Feldbusse gleichzeitig
und damit auch mehrerer realer Steuerungen Automatische Generierung einer Multi-Slave-Konfiguration zur Repräsentation der
Antriebs- und IO-Busteilnehmer aus der Steuerungskonfiguration Mehrere Steuerungen mit mehreren Simulation-PC und einer gemeinsamen
Visualisierung möglich
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Reale Komponente
Virtuelle Komponente „Klasse“
Objektorientierung zur Wiederverwendung
Ziel beim Kunden: Firmeneigene Bibliothek Validierte Teilmodelle Schnelle Modellierung Automatisierte Modellgenerierung
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Weitere Online Diagnose- und Bedienwerkzeuge Anzeigen, Taster, Schalter, Schieberegler ... Scope zum Anzeigen aktueller Werte EA-Ebene oder modellintern Speichern getracter Daten als *.csv -Dateien
Modellinteraktion für Simulationsexperimente
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„best practice“ – Lösungen
41ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
ISG-virtuos im Anlagen und Maschinenbau – Fa. HEITEC AG
Motivation / Zielsetzung kurze Projektlaufzeiten
steigende Variantenvielfalt und hohe Umrüstzeiten
Kosten- und Termindruck
Einsatz der virtuellen Anlage/Maschine für die Inbetriebnahme mit realen Steuerungen
Visualisierung des Automatisierungsprozesses in 3D
Hauptvorteile – Anwender und Betreiber kurze Inbetriebnahmezeiten und bessere SW-
Qualität
Test auch extremer Situationen ohne Risiken
Wiederverwendbarkeit der mechatronischen Module
Generierung verbesserter Abnahmekriterien
Optimierung von Service und Wartung
Schulung und Weiterqualifikation von Mitarbeitern
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 2014
„best practice“ – Lösungen
42ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Motivation / Zielsetzung BAZ für die Serienfertigung von Motorblöcken
(2 WZ-Spindel, 2 WZ-Magazine mit je 34 Werkzeugen)
Optimierung der Produktivität in Abhängigkeit von Maschine und steuerungstechnischen Komponenten
Optimierung von Taktzeiten und professionelle Beherrschung von Störsituationen
Reduzierung der Inbetriebnahmezeiten
ISG-virtuos für komplexe Bearbeitungszentren (BAZ) – Fa. Grob / Daimler
Hauptvorteile - Hersteller deutlich reduzierte Inbetriebnahmezeiten
umfangreicher Test der Funktionalität
Optimierung und Test von alternativen Abläufen
Hauptvorteile - Betreiber Optimierung der Taktzeiten (NC-Programme)
Kollisionskontrolle
Training des Fachpersonals ohne Maschinenbelegung
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Vorlesung 15. Dezember 2014
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Simulationsarbeitsplatz bei der Fa. Grob, Mindelheim
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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„best practice“ – Lösungen
44ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Motivation / Zielsetzung große Vielfalt an optionalen Funktionen
Einsatz verschiedener CNC-Steuerungen(Siemens, Bosch, Heidenhain, Fanuc)
Test verschiedener Konfigurationen
Test neuer Ideen, z. B. Werkzeugwechselstrategien
Verkürzung der Durchlaufzeiten (Auftragsbearbeitung)
höhere Zuverlässigkeit
- Taktzeitoptimierung
ISG-virtuos für CNC-Bearbeitungszentren – Fa. CHIRON
Hauptvorteile - Anwender Test von Störsituationen z. B. „kritischer“
Werkzeugwechselsituationen und fehlerhafter Werkzeugvorbelegungen
„reale Zeitachse“ hilft bei der Beurteilung der Abläufe
Erkennen und Messen von Nebenzeiten
an virtueller Maschine getestete Steuerung funktioniert ohne weitere Maßnahmen an der realen Maschine
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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„best practice“ – Lösungen
45ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Motivation / Zielsetzung große Vielfalt an optionalen Funktionen und
Baureihen in verschiedenen Baugrößen
elektrisch und hydraulisch angetriebene Maschinen - Schließkräfte bis zu 54.000 kN
Prozess-Regelung durch die Steuerung
Betriebspunkte an der realen Maschine nahezu nicht reproduzierbar
ISG-virtuos für Spritzgieß-Maschinen - Fa. KraussMaffei
Hauptvorteile - Anwender (Steuerungstakt = Fedbustakt = Simulationstakt = 1ms)
automatische Generierung der Simulationsmodelle
Simulation der Kinematik, Logik und Dynamik (Hydraulik)
signifikante Reduzierung der Durchlaufzeiten
Simulationsmodell für jede ausgelieferte Maschine
Amortisierung des Initialaufwandes bereits im 1. Jahr
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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„best practice“ – Lösungen
46ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Motivation / Zielsetzung komplexe Automatisierungsaufgaben mit
Risiken bei erstmaliger Verwendung von Antriebs- und I/O-Komponenten
Forderung nach höherer Zuverlässigkeit der kundenspezifischen Applikationen
Notwendigkeit zur Verkürzung der realen Inbetriebnahmezeiten
Reduzierung von Serviceeinsätzen
ISG-virtuos für Hydrotester-Anlagen - Fa. BROSIS / PWS
Hauptvorteile - Anwender / Hersteller Test von Kinematik, Logik, Dynamik
(Hydraulik) und Materialfluss in einem Simulationsmodell
Reproduzierbarkeit von regulären Abläufen und Störsituationen in Echtzeit
deutliche Reduzierung der Inbetriebnahmezeiten
Vorabnahme durch den Endkunden bereits an der virtuellen Anlage möglich
Vertriebsargument: professionelles Engineering
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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„best practice“ – Lösungen
47ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Motivation / Zielsetzung Flexible Auslegung der Produktionsmaschine
individuelle Werkstückgeometrie (Losgröße 1) mit enger Terminvorgabe für das Gesamtprojekt
keine Reserve für etwaige Störungen / Rüstzeiten an der realen Maschine
„Hochlaufphase“ bei der Projektrealisierung nicht vorgesehen
ISG-virtuos im Projektgeschäft –„Golfdach“, Südkorea, Fa. TechnoWood
Hauptvorteile - Anwender / HerstellerStörungsfreie und termintreue Produktion über 3 Monate im 3-Schicht-Betrieb durch:
Vorab-Simulation sämtlicher Bearbeitungsschritte(keine Freigabe ohne vorausgehende Simulation)
Kollisionsüberwachung während der Bearbeitung
Visualisierung
Vorlesung 15. Dezember 2014
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• ISW-Steuerungslabor
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70%-Inbetriebnahme einer Exeron HSC-Fräsmaschine innerhalb 3-Tages Workshop
Vorlesung 15. Dezember 2014
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Dynamiksimulation
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Modellbeeinflussung
Vorlesung 15. Dezember 2014
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52Besonderheiten• Software-in-the-Loop-Simulation in Echtzeit• mehrere unabhängige, jeweils serielle 6-achsige
Kinematiken zur Bewegung von Lichtquellen• Lichtkegelsimulation• Simulation der Lichtverteilung auf OP-Tisch
Motivation• Entwicklung eines Systems zur automatischen
Operationsfeldausleuchtung
virtuos
Simulation zur Ideenfindung
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Vorlesung 15. Dezember 2014
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5Abtragssim ulation und Kollisionserkennung / -verm eidung
Abtragssimulation
• Präzise, fotorealistische Darstellung
• Arbeitsfortschritt in Echtzeit
Kollisionserkennung
• Definition von Körperpaaren
• Anzeige und Meldung von Kollisionen
Vorlesung 15. Dezember 2014
Virtu
elle
Inbe
trieb
nahm
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ISG
virtuos
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Potential der „virtuellen Maschine“ in der Angebotsphase
Machine Design
Assembly
Scheduleddelivery dateKonstruktion
Fertigung & Montage
GeplanteAuslieferung
Zeitachse
PPS-System
FiBu
Nachbesserungen
Vereinfachte steuerungstechnische Inbetriebnahme
Baukasten virtuelle Maschinenobjekte
Angebotsmaschinevereinfacht
Baukasten Steuerungstechnik
Angebot
Wec
hse
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g
„Wissen“
Vereinfachte Modellierung
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Vorlesung 15. Dezember 2014
Virtu
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Inbe
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nahm
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ISG
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Potential der „virtuellen Maschine“ in der Kundenbetreuung
Machine Design
Assembly
Scheduleddelivery dateKonstruktion
Fertigung & Montage
GeplanteAuslieferung
Zeitachse
PPS-System
FiBu
Nachbesserungen
After Sales Service
Virtuelle Inbetriebnahme neuer Komponenten in mit der virtuellen Maschine
Störungssuche mit der virtuellen Maschine
Störungsmeldung, Prozessparameter
Nachrüstungen, Umrüstungen
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 2014
Virtuelle Inbetriebnahme
56ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Wesentliche wirtschaftliche Vorteile
Inbetriebnahmezeit - Reduzierung um bis zu 80%• kürzere Projektdurchlaufzeiten
• reduzierte Hallenbelegungszeit
Softwarequalität - wesentliche Steigerung bei gleicher Manpower• Test von regulären und irregulären Betriebszuständen, HMI
• Performance kann durch alternative Abläufe risikofrei gesteigert werden
• Frühzeitige Fehlerbehebung spart Folgekosten
Risikominimierung im Projektmanagement• Qualität wird bereits im Büro realisiert
• Kunde erhält schon frühzeitig einen Eindruck über den Projektverlauf
• Abweichende Anforderungen werden rechtzeitig berücksichtigt
Kostenminimierung bei der Inbetriebnahme vor Ort beim Kunden• Vermeidung von Kollisionen sowie Fehlfunktionen und Ablaufproblemen
• Endlostest mit virtuellen Werkstücken und realen Produktionsdaten
• Erhebliche Verkürzung der Anbindung an weitere Automatisierungssysteme
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 2014
Virtuelle Inbetriebnahme
57ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Zielprozesse bei Kunden
MechatronicBasedR&D
Angebot an den R&D-Bereich
• bewährte „best practice“-Lösungen
• Einführung eines durchgängigen Workflows (mechatr. Lösungen)
• Einsatz wiederverwendbarer Modul-Bibliotheken
Simulation Based
Engineering
virtuelleInbetriebnahme
Produktion / Betrieb
Hauptvorteile / Nutzen
• Projektkosten um bis zu 30%reduzierbar
• Test auch kritischer Funktionen in Echtzeit zur Absicherung der Qualität
• Funktions- und Performance-nachweis gegenüber dem Auftraggeber
Hauptvorteile / Nutzen
• Produktentwicklungskosten um 20% reduzierbar
• „time to profit“ um 30% kürzer
• Test von Lösungen bereits in der Konzeptphase
• wiederholbare Einsparungseffekte durch Lösungsbibliotheken
Angebot an das Engineering
• Simultan-Engineering auf Basis von „best practice“-Lösungen
• Etablierung eines professionellen Projektmanagements
• wiederverwendbare Modul-Bibliotheken
Angebot an die Inbetriebnahme
• Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) in harter Echtzeit (<= 1ms)
• Verwendung der realen Steuerungskomponenten (HILS)
• umfangreiche Tests bzgl. der Erfüllung der SpezifikationenHauptvorteile / Nutzen
• Inbetriebnahmezeiten um bis zu 80% reduzierbar
• kürzere Durchlaufzeiten in der Endmontage und Inbetriebnahme
• keine „Nachbearbeitung“ bei Kunden
• risikolose Schulung
Angebot an die Produktion
• Schattenanlage für die Optimierung der Produktionsprozesse
• sicherer Betrieb der realen Maschine
• Ausbildung des Bedienpersonals
Hauptvorteile / Nutzen
• Optimierung der Performance um bis zu 10%
• Einsparungen in Materialkosten – Test mit „virtuellen Werkstücken“ und realen Produktionsdaten
• Vermeidung von Kosten durch Kollisionen und Stillstandzeiten
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 2014
Produkt - Eigenschaften und Funktion
58ISG-VIRTUOS – Präsentation 2014
Benchmark : ISG-virtuos
Kriterium USP ISG-virtuos
Handling • Look & Feel wie eine normale Windows-Anwendung
Softwareplattform
• moderne 64-bit-Architektur im Bereich der Visualisierungs- und der Echtzeitanwendung• keine Restriktionen bzgl. Größe der 3D-Modelle
Echtzeitfähigkeit
• harte Echtzeitfähigkeit (< 1ms)• nutzt TwinCAT der Fa. Beckhoff zur harten, deterministischen Echtzeit-Simulation
Externe Schnittstellen • automatisierte Modellerstellung mit XML-Dateien• Export in gängige Dateiformate von Monitoring-Daten• Import von CAD-Daten für 3D-Darstellung
Feldbus-Unterstützung
• Profibus / Profinet• CAN / CANopen• EtherCAT• Ethernet/IP• SERCOS
Werkstück- / Teilegeometrie
• Geometriemodell kann dynamisch verändert werden• auch komplexe Automatisierungssysteme können vollumfänglich in Echtzeit simuliert
werden
Kopplung MATLAB/SimuLink • direkter Import von .m-Dateien • Simulation ohne lokale MATLAB Installation möglich
Einführung der Simulation SchulungAfter Sales Support
• detaillierte Analyse der Anforderungen an das Werkzeug und die
Projektorganisation• Schulung / Coachen der Mitarbeiter im Workshop am konkreten Projekt des
Kunden• schneller Einsatz vor Ort
Benchmark und USP (exklusive Eigenschaften) wurden durch Kunden vorgenommen