Entwicklung eines neuartigen HiL-4.0-Change Managers

Entwicklung von neuartigen Funktionen zur Wiederherstellung interner Steuerungszustände sowie Entwicklung einer neuartigen Hardware in the Loop-4.0-Simulation zur erstmaligen Nutzung eines 3D-Simulationsmodells über den gesamten Entwicklungsprozess einer Anlage

Projektförderung

Hintergrund

Durch die Entwicklung von Produktionsprozessen zur neuartigen Industrie 4.0 sehen sich besonders kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) einem immer höheren Druck ausgesetzt. Kürzere Produktionszeiten, ein verschärfter Kosten- und Termindruck, die durch Industrie 4.0 geforderte steigende Variantenvielfalt sowie sinkende Losgrößen stellen enorme Anforderungen an Produktionsanlagen, Maschinen und Roboter. Zunehmend setzen daher Anlagenhersteller und -betreiber auf die Vorteile von 3D-Simulationen.

Die virtuelle Inbetriebnahme von Anlagen, Maschinen, Steuerungen und Robotern durch 3D-Simulationen geschieht aktuell auf allen Ebenen der Produktion. So nutzen z. B. Anlagenhersteller und -betreiber reale Konstruktionsdaten, um gesamte virtuelle Produktionsanlagen zu erstellen und deren Funktionsfähigkeit vor der realen Herstellung und Auslieferung zu verifizieren (siehe Abbildung, Vergleich der Entwicklung mit und ohne virtuelle Inbetriebnahme).

Risiken im Projektmanagement werden so signifikant reduziert und die reale Inbetriebnahme der physischen Anlage wird durch die vorgezogene virtuelle Inbetriebnahme vereinfacht und abgesichert. Im kleineren Maßstab simulieren Maschinen-Betreiber z. B. eine durchgängige CAD/CAM-Prozesskette virtuell, um damit unter anderem Kollisionen, Extremsituationen oder Bearbeitungszeiten ohne Risiko für die realen Maschinen zu überprüfen.

Problemstellung

Selbst bei kleinsten Änderungen am Simulationsmodell, z. B. der Änderung eines Parameters oder der Erhöhung der Detailtiefe, muss aktuell die gesamte Simulation sowie die Steuerung gestoppt und nach der Änderung erneut gestartet werden, siehe Abbildung. Besonders der zeitliche Aufwand für die Prozessschritte:

  • „Ramp Up“ – Einbindung des Simulationsmodells in den Echtzeitrechenkern
  • „Start“ – Einbinden der realen Steuerung und Komponenten sowie
  • „Hochlauf von Steuerung und Simulationsmodell“

ist hierbei nicht kontrollierbar und kann, je nach Detailtiefe der Simulation sowie der verwendeten Hardware, zwischen einer Stunde bis hin zu einem gesamten Tag dauern. Die zeitliche Verteilung bei HiL-Simulationen in der Praxis ist aktuell ca. 60 % Änderungszeit und 40 % Betriebszeit.

Zielsetzung/Ergebnisse

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuartigen HiL-4.0-Simulation, mit der erstmals ein einziges, kontinuierlich erweitertes Simulationsmodell als „dynamisches Pflichtenheft“ über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage genutzt wird. Diese neuartige HiL-4.0-Simulation wird bereits während der Konzeptphase genutzt, um verschiedene Planungsszenarien zu vergleichen und Ideen zu verifizieren. Durch die Entwicklungsprozess-begleitende Optimierung des Simulationsmodells und die parallel laufende Erhöhung der Detailtiefe entspricht die HiL-4.0-Simulation immer dem neuesten Stand der Entwicklung. Als Ziel wird die Zeit der realen Inbetriebnahme um einen weiteren Faktor ≥ 2 reduziert.

Weiter wird im FuE-Projekt eine neuartige Snapshot Technologie entwickelt, die es erstmals ermöglicht, einen speziellen Steuerungs-, Anlagen- und Maschinenzustand innerhalb von ≤ 5 Minuten erneut zu erreichen. Hierbei werden innovative „Momentaufnahmen“ (Snapshots) der Anlage entwickelt. Bei Änderungen des Simulationsmodells oder der Steuerungsprogrammierung erlauben es die Snapshots, schnell einen bestimmten Steuerungs-, Anlagen und Maschinenzustand erneut zu erreichen. Infolgedessen können erstmals Änderungen an der Steuerungsprogrammierung unkompliziert verifiziert werden.

Ihr Ansprechpartner

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Dipl.-Ing.

Karl Kübler

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik"