Walidacja maszyn poprzez wirtualne uruchamianie

Walidacja maszyn poprzez wirtualne…

Firmy zamawiające maszyny przemysłowe oczekują, że produkty niestandardowe będą dostarczane szybciej niż dotychczas. By sprostać tym wymaganiom, projekty maszyn w sposób wykładniczy stają się coraz bardziej skomplikowane. Zapotrzebowanie na wysoki poziom dostosowywania produktów zwiększa złożoność maszyn i powoduje potrzebę synergii z producentami w celu wspierania globalnych strategii projektowania i produkcji maszyn. Jeśli producenci mogą jeszcze bardziej usprawnić proces walidacji maszyn poprzez wirtualne uruchomienie, mogą szybciej, wydajniej i oszczędniej sprostać złożonym wymaganiom klientów i kreować innowacyjne trendy mające na celu osiągnięcie doskonałego poziomu obsługi klienta oraz dodatkowych źródeł przychodów dzięki nowym modelom biznesowym.  

Czym jest wirtualne uruchamianie?

Symulacja i wirtualne uruchomienie maszyny odnosi się do procesu sprawdzania lub walidacji poprawności kodu oprogramowania (PLC/HMI/SCADA) w środowisku wirtualnym zanim kod ten zostanie wdrożony do fizycznej produkcji. 

Coraz większa ilość oprogramowania steruje maszynami, oprogramowanie to w zastraszającym tempie staje się także coraz bardziej złożone. Dlatego symulowanie działania kodu na wirtualnym bliźniaku maszyny generuje znaczne oszczędności czasu i zasobów.  Wirtualne uruchamianie, sprawdzanie poprawności oprogramowania PLC w kontrolowanym środowisku jest integralną częścią szerszej modułowej strategii rozwoju produktu. Obecnie producenci maszyn mają możliwość wstępnego przeprowadzania symulacji i łączenia oprogramowania z modułami, po to by płynnie wdrożyć docelowy kod w maszynie danego klienta. 

Z finansowego punktu widzenia wirtualne uruchamianie oraz wizualizacja przynoszą firmom ogromne oszczędności. Nikt nie kupuje maszyny zanim jej nie zobaczy. Klient także nie kupi maszyny tylko na podstawie twierdzenia, że została ona zasymulowana poprzez uruchomienie kodu oprogramowania.   Klient musi mieć pewność, że maszyna działa zanim zostanie wysłana do jego zakładu. 

Jednak ze względu na to, że uruchomienie maszyny wymaga wdrożenia dużej ilości oprogramowania oraz elementów bezpieczeństwa, fizyczne uruchomienie w obecności klienta staje się stresującym i trudnym zadaniem. Dlatego wirtualne uruchamianie jest idealnym rozwiązaniem, pozwalającym na włączenie maszyny i dokonanie rzeczywistego uruchomienia. Zarówno producent maszyny, jak i jego klienci odczuwają mniejszą presję. Ponadto proces ten uwydatnia inżynierię projektu i wzmacnia współzależność wszystkich dziedzin w procesie wirtualnego uruchamiania.

Czym jest proces wirtualnego uruchamiania?

Krytyczne elementy procesu wirtualnego uruchamiania to:

  • Wstępna automatyzacja powiązana z działaniem maszyny.  Rozpoczęcie wirtualnego uruchomienia zaczyna się od wizji pożądanego działania maszyny i sekwencji operacji. W celu określenia działania maszyny w zakresie systemu elektrycznego i systemu hydraulicznego najlepiej byłoby użyć modelu systemowego. Obecnie jednak dobrym rozwiązaniem jest model kinematyczny oparty na fizyce. Odwzorowanie praw fizyki takich jak np. grawitacja czy tarcie, umożliwia analizę i wizualizację służące do komunikacji pomiędzy inżynierami zajmującymi się systemami mechanicznymi, elektrycznymi i sterującymi. To także doskonałe narzędzie do prezentowania klientowi działania maszyny w przypadku, gdy nigdy jej nie widział.
  • Generowanie kodu na podstawie modelu zachowania. Model zachowania maszyny lub fizyczna demonstracja sekwencji działania maszyny powinny mieć w sobie sposób identyfikowania urządzeń logicznych zaangażowanych w projekt oraz atrybutów, które będą miały kluczowe znaczenie dla rozwoju kodu PLC i HMI. Załóżmy, że mamy silnik ze zintegrowanym enkoderem. Nasz model zachowania opisuje proces, w którym silnik jest zasilany przez określoną liczbę obrotów, zatrzymuje się, a następnie zmienia kierunek pracy. Kod PLC musi mieć podstawowe informacje o silniku/enkoderze oraz o oczekiwaniach dotyczących zastosowania w danej aplikacji. Posiadanie informacji w modelu mechatronicznym jest najbardziej efektywnym sposobem zarządzania nimi.
  • Wizualizacja sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej. Pierwotna symulacja pożądanego działania maszyny ma wartość tylko wtedy, gdy zostanie sprawdzona, po tym jak gotowy kod zostanie załadowany do wirtualnego PLC, w celu zaprezentowania działania maszyny w cyfrowym bliźniaku - sterowanym przez docelowy kod, a nie model predykcyjny zachowania maszyny.
  • Implementacja doświadczeń użytkownika. Doświadczenie użytkownika jest istotnym aspektem procesu wirtualnego uruchamiania, można je zademonstrować na cyfrowym bliźniaku, poprzez zaprezentowanie tego, jak maszyna reaguje na polecenia inicjowane przez operatora maszyny. Na przykład, w jaki sposób wyświetlane są parametry operacyjne na HMI? Czy ekran dotykowy i inne urządzenia interfejsu działają poprawnie? Czy maszyna wirtualna odpowiednio reaguje podczas zatrzymania awaryjnego lub normalnego wyłączenia? Czy można symulować usterki i inne przypadki użycia, w których bezpieczeństwo stanowi problem?

Procesy te dają możliwość osiągnięcia znacznych korzyści.