Bild 01: Ein digitaler Zwilling (links) ermöglicht es, die SPS-Automatisierungslogik vor dem Einsatz zu testen, zu verfeinern und zu validieren. Die Praxis zeigt, dass dadurch bis zu 70 % Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme möglich sind. (Quelle: SEW-Eurodrive)
Die virtuelle Inbetriebnahme ist weit mehr als ein aktueller Trend, sie entwickelt sich zunehmend zu einem festen Bestandteil moderner Engineering-Prozesse. Dabei spielt sie gerade bei komplexen Produktionsanlagen ihre Vorteile aus: Noch während sich die reale Maschine im Aufbau befindet, können Bewegungsabläufe virtuell getestet, Programme optimiert und mögliche Fehler erkannt werden. So lassen sich in einer frühen Phase des Planungsprozesses Fehler vermeiden und die Projektlaufzeit reduzieren (Bild 1).
Die virtuelle Inbetriebnahme ist allerdings nur eine Einsatzmöglichkeit eines digitalen Modells: Digitale Zwillinge bieten für alle Beteiligten im Planungsprozess Vorteile.
Unterstützung in der Entwicklung
Je nach Projektphase arbeiten digitaler Zwilling und reales Produkt bzw. realer Prozess quasi Hand in Hand. Beispielsweise unterstützt die physische Simulation der Maschine den Konstrukteur und die Programmiererin bei der 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 und die Bewegung sichtbar gemacht. Hierbei zeigt sich, an welchen Stellen die Mechanik noch optimiert und welche Parameter im Programm gegebenenfalls verändert werden müssen.
Für diese Simulation übermittelt ein Test-PC die Prozessdaten via Feldbus an den Controller UHX65A von SEW-Eurodrive. Ihre Verarbeitung und Umsetzung in Positionsdaten erfolgt in den Movikit-Softwaremodulen (Bild 2). Weil die Antriebselektronik noch nicht angeschlossen ist, laufen die Movikits im Simulationsmodus. Dabei simuliert der Controller die Bewegung so, als wäre reale Antriebshardware angeschlossen. Er transferiert die virtuellen Positionsdaten an die PC-Software, um dem dreidimensionalen Modell Richtung und Weg zu weisen.
Unterstützung bei der Projektierung
Auch beim Auswahlprozess von Antrieben ist ein digitales Modell hilfreich. So lassen sich daran verschiedene Motor-Getriebe-Kombinationen untersuchen, zum Beispiel, ob ein hochdynamischer Servomotor, eine Wasserkühlung oder eine Kombination mit höherer Massenträgheit die richtige Lösung ist. Auch die Frage nach einem Zwischenkreisverbund lässt sich anhand des virtuellen Modells beantworten und somit letztendlich die optimale reale Lösung ableiten.
Mit der Workbench stellt SEW-Eurodrive auf seiner Website ein entsprechendes Planungs- und Projektierungs-Tool 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, zum Beispiel die Verwendung von Energiespeichern im Zwischenkreis, stehen weitere Optionen zur Verfügung. SEW-Eurodrive unterstützt bei der Optimierung dieser Auslegung. Um zu prüfen, ob die Antriebe in die Maschine passen, sind CAD-Modelle aller Motoren, Getriebe und Elektronikkomponenten im Online-Support generierbar und lassen sich in verschiedenen 3D- und 2D-Formaten herunterladen.