Co-Simulation

Entwicklung eines Co-Simulationstools zur Echtzeit-Synchronisation hochspezialisierter Simulationswerkzeuge

Projektförderung

Hintergrund

Die Produktionstechnik ist für die Weiterentwicklung, besonders der deutschen Industriegesellschaft, von zentraler Bedeutung. Hierbei hängt die Leistungsfähigkeit eines Industriebetriebes entscheidend von den eingesetzten Produktionsmitteln, den angewandten Produktionsverfahren sowie der Produktionsorganisation ab. Daher ist es besonders für produzierende kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) notwendig, die Komplexität der Produktionsabläufe und -systeme besser zu beherrschen. Zu diesem Zweck sind in den letzten Jahren eine Vielzahl hochspezialisierter Simulationswerkzeuge sowie technologiespezifische Simulationsbibliotheken entstanden. Mit diesen Entwicklungen ist es möglich, verschiedene Aspekte der Produktion präzise virtuell abzubilden. Diese bestehenden Simulationswerkzeuge bilden allerdings Insellösungen. So können einzelne Aspekte der Produktion, durch z. B. Dynamiksimulationen (flexible Mehrkörpersimulation), Strukturmechanik-Simulationen (FEM-Simulationen), Schüttgutprozesse oder die Prozesssimulation des Fräsvorgangs einer CNC-Maschine, präzise mit einzelnen unterschiedlichen Simulationswerkzeugen virtuell dargestellt werden. Im Rahmen der Virtuellen Inbetriebnahme steigen die Anforderungen an die Aussagekraft Digitaler Zwillinge zur umfassenden Abbildung der Interaktionen zwischen Prozess, Maschine, Steuerungssystem und Bediener. Die Zunahme der Modellkomplexität eines Digitalen Zwillings stellt die Echtzeitsimulation vor neue Herausforderungen.

Zielsetzung/Ergebnisse

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Co-Simulationsplattform zur Integration und Echtzeit-Synchronisation von hochspezialisierten Simulationswerkzeugen und –bibliotheken für die Hardware-in-the-Loop Simulation bei der Virtuellen Inbetriebnahme. Die zu entwickelnde Echtzeit-Co-Simulationsplattform verbindet hierbei leistungsfähige technologiespezifische Simulationswerkzeuge und -bibliotheken, um erstmals eine vollständige Abbildung der gesamten Produktion in Anlehnung an die harte zeitdeterministische Steuerungsechtzeit inklusive einer Ankopplung mehrerer realer Steuerungssysteme zu ermöglichen. Die Schwierigkeit liegt dabei in den Eigenschaften (Größe, Format etc.) sowie in der Frequenz (Zykluszeiten) mit der die einzelnen Simulationsergebnisse von den individuellen hochspezialisierten Simulationswerkzeugen bzw. deren Algorithmen zur Verfügung gestellt werden. So ist die HIL-Simulation ISG-virtuos des Projektpartners ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH aktuell als einziges Simulationswerkzeug in der Lage Maschinen, Anlagen und Materialflüsse in Steuerungsechtzeit (≤ 1 ms; synchron zum Takt des Steuerungssystems) zu simulieren. Die Simulationsergebnisse besonders der Nicht-Steuerungsechtzeit Simulationen werden im Vergleich dazu unterschiedlich getaktet oder in kritischen Fällen sogar in variablen Abständen zur Verfügung gestellt. Neben der Möglichkeit zur echtzeitfähigen Modell-Integration ist die Echtzeit-Berechnung auf Basis von Partitionierungs-, Parallelisierungs-, Synchronisations- und Datenaustauschmechanismen zentraler Bestandteil des Forschungsprojekts. Zentrale Vorteile der neuartigen Echtzeit-Co-Simulationsplattform sind:

  • Die uneingeschränkte Abbildung von Produktionsaufbauten in einem einzigen, integrierenden virtuellem Simulationsmodell.
  • Die Erfassung aller Querabhängigkeiten und –verknüpfungen durch die Integration und Synchronisation hochspezialisierter Simulationswerkzeuge und damit umfassenden Abbildung der Interaktionen zwischen Prozess, Maschine, Steuerungssystem und Bediener.
  • Die Integration realer Steuerungssysteme im Rahmen einer Hardware-in-the-Loop Simulation. Der Nachweis der Funktionalität des neuartigen Echtzeit Co-Simulationstools wird im FuE-Projekt an einer realen Problemstellung des assoziierten Partners HOMAG GmbH erbracht.

Ihr Ansprechpartner

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M.Sc.

Christian Scheifele

Gruppenleiter "Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik"