Virtuelle Inbetriebnahme

Wie können komplexe Produktionsprozesse durchgängig von der Planung bis zur virtuellen Inbetriebnahme simuliert und abgesichert werden?

Während die Industrie 4.0 erst langsam in Produktionsprozessen Einzug hält, hat sich die Digitale Fabrik in vielen Bereichen schon lange etabliert. Entsprechende Softwarelösungen für die Digitale Fabrik helfen den Unternehmen schon heute dabei, ihre Produktionsprozesse effizient und kosteneffektiv zu definieren, validieren, simulieren und optimieren.

Die virtuelle Automatisierung von Fertigungsprozessen beginnt dabei bereits lange vor Produktionsstart, d.h. in der frühen Phase der Layoutdefinition und Prozessplanung. Sie erstreckt sich dann über die Auswahl der optimalen Fertigungsvariante - bis hin zum konkreten Engineering mit detaillierter Anlagenauslegung sowie Roboter- und Maschinensimulation und Offline Programmierung.

Durch die Verwendung von mechatronischen Komponenten und Ressourcen und durch die schematische Logikdefinition der Fertigungszelle oder -linie lässt sich das exakte Verhalten der Zelle viel einfacher - und vor allem realistischer definieren und abbilden. Ein so definierter digitaler Zwilling kann auch mit der realen Steuerung verbunden werden. Auf diese Weise kann man sicherstellen, dass simuliertes und reales Verhalten übereinstimmen – denn die Simulation basiert auf der gleichen Logik, wie sie bei der PLC-Programmierung verwandt wird. Und sie korrespondiert damit mit dem späteren realen Anlagenverhalten.

Nicht immer bestehen Layouts aus Standardkomponenten.

Umso wichtiger ist es, auch bauteilspezifische Komponenten in bestehende Layouts zu integrieren. Im Idealfall liefert die Software smarte Funktionen, mittels derer das Layout um projektspezifische Komponenten ergänzt werden kann.

Solch eine offene Software-Infrastruktur ermöglicht im Idealfall zudem eine wesentlich einfachere Zusammenarbeit mit Engineering-Partnern durch standardisierten, systemneutralen Datenaustausch kompletter Anlagendaten oder Vorrichtungsdaten, inklusive Kinematik- und Logikdefinitionen. Hierfür eignet sich unter anderem der AML-Standard. Ergänzend dazu steht PLCOpen als Kommunikations-Schnittstelle zur Anbindung von virtuellen oder realen Anlagen- und Robotersteuerungen zur Verfügung.

Blick in die Praxis

Durch die Erfüllung der oben genannten Kriterien kann das virtuelle Anlagenmodell von CENITs FASTSUITE Edition 2 als digitaler Zwilling für eine frühzeitige Validierung der Anlagensteuerung (SPS/PLC) genutzt werden. Dies führt nicht zuletzt zu deutlich reduzierten Projektzeiten.

FASTSUITE Edition 2 verwendet bei der Simulation einen „Shared Memory“-Ansatz. In diesen Shared Memory werden von der Steuerung die Simulationsdaten geschrieben. Die 3D-Visualisierung wiederum liest diese Simulationsdaten aus. Dieser Shared-Memory-Ansatz ermöglicht es auch, in der Abnahmephase die bis dahin verwendeten Steuerungsemulatoren sogar durch echte Steuerungskomponenten zu ersetzen und damit eine PLC-Validierung und virtuelle Inbetriebnahme durchzuführen. Denn da das gesamte Layout bereits aus mechatronischen Simulationsmodellen besteht, bietet sich die Verknüpfung des digitalen Anlagenmodells mit Software-in-the-Loop oder Hardware-in-the-Loop geradezu an. So kann das virtuelle Modell gegen die reale Steuerung getestet werden, bevor die reale Anlage zur Inbetriebnahme bereitsteht. Eine virtuelle Inbetriebnahme unterstützt parallele Workflows zwischen dem Anlagenengineering und der Softwareentwicklung und reduziert damit Risiken, Fehler und Ausfallzeiten in der Produktion.

Sobald die Fertigungsinseln in Betrieb genommen worden sind, kann dasselbe virtuelle Layout verwendet werden, um mit den Offline-Programmierfunktionen neue Teile und Produkte einzuführen. Das zeitaufwändige Teach-in und die damit einhergehende Produktionsunterbrechung entfallen.