B&R hat das Modellierungs- und Simulationswerkzeug MapleSim in seine Entwicklungsumgebung Automation Studio integriert. Maschinen- und Anlagenbauer können damit auf einfache Weise einen digitalen Zwilling generieren und das Maschinenverhalten in Echtzeit simulieren. Chad Schmitke (Maplesoft) und Kurt Zehetleitner (B&R) erklären, wie das Softwarepaket B&R MapleSim Connector die modellbasierte Entwicklung von Maschinen deutlich vereinfacht.
Welche Rolle spielen Simulationen und digitale Zwillinge bei der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen?
Chad Schmitke:
Die Simulation mit einem digitalen Zwilling gestaltet die Maschinenentwicklung wesentlich effizienter. Moderne Maschinen werden nicht mehr wie früher mechanisch gesteuert. Das erledigt nun eine intelligente Steuerungssoftware, die natürlich die Maschinenleistung erheblich steigert. Daraus ergibt sich die Tatsache, dass Maschinen immer komplexer und leistungsfähiger werden. Sie benötigen daher auch anspruchsvollere Test- und Entwicklungsmethoden.
Und dabei kommt der digitale Zwilling ins Spiel?
Schmitke:
Genau. Es war bisher so, dass die Herstellung eines Prototypen ein gewisses Risiko mit sich brachte. Durch die Echtzeitsimulation auf dem digitalen Zwilling ist es jedoch möglich, die Hardware entsprechend zu dimensionieren und die Software gründlich zu testen. So kann die Leistung der Maschine schneller optimiert werden.
Der Fokus liegt also auf einer effizienteren Entwicklung?
Schmitke:
Ja, das ist die zentrale Aufgabe unseres Produkts. Des Weiteren sehen wir ein großes Potenzial in der Erweiterung unseres Softwarepakets. Maschinenbauer werden ihre Erkenntnisse aus den Simulationen verwenden, um weitere Funktionen mit Mehrwert in ihre Produkte zu integrieren, zum Beispiel in den Bereichen Diagnostik, vorausschauende Wartung und erweiterte Steuerung.
Das ist bereits ein Blick in die Zukunft. Wie sehen momentan die Reaktionen in der Branche aus?
Schmitke:
Die rasche Entwicklung von Technologien verbreitet manchmal Unsicherheit bei Maschinenbauern. Besonders kleinere und mittlere Unternehmen brauchen Unterstützung bei den ersten Schritten. Da sie so früh wie möglich Erfolge verbuchen wollen, ist eine praktikable Lösung gefragt. Mit B&R MapleSim Connector geben wir ihnen genau das an die Hand.
Wodurch zeichnet sich B&R MapleSim Connector aus?
Kurt Zehetleitner:
Wenn es darum geht, die Software für ihre Maschinen zu erstellen, sind es viele unserer Kunden gewohnt, direkt in die Programmierung einzusteigen. Als ersten Schritt das System zu modellieren ist jedoch neu. B&R MapleSim Connector ist ein Softwarepaket, das sich durch einen reibungslosen Workflow zwischen den Tools auszeichnet. Das macht es für unsere Kunden einfacher und liefert zudem schnelle Ergebnisse.
Schmitke:
Wir haben uns bei Maplesoft bisher darauf konzentriert, die Maschinenphysik in Gleichungen abzubilden. Durch die Zusammenarbeit mit B&R werden unsere Berechnungs- und Modellierungswerkzeuge in Hardware-in-the-Loop- und Software-in-the-Loop-Simulationen eingesetzt. Unsere Expertise bei der Modellierung und das Know-how von B&R über Hardware und deren Einsatz bei Kunden fließen in MapleSim Connector zusammen.
Was sind die Bestandteile des B&R MapleSim Connector?
Zehetleitner:
B&R MapleSim Connector enthält die Software MapleSim und zusätzliche Tools für den Import von CAD-Daten und den Export von Programmcodes in Automation Studio. Zusätzlich verfügt es auch über eine Exportfunktion für unser Dimensionierungswerkzeug SERVOsoft. Da die Modellinformationen für unterschiedliche Aufgaben im Entwicklungsprozess wiederverwendet werden, wird deren Verwendung wesentlich effizienter. Es ist nicht notwendig, die Informationen manuell zu übertragen. So wird zum Beispiel sichergestellt, dass aktuelle CAD-Daten sowohl für die Maschinenauslegung als auch für die Softwareentwicklung verwendet werden. MapleSim Connector ist heute schon auf Anfrage bei B&R verfügbar. In Zukunft wird dieses Paket auch als Download auf der B&R-Webseite zur Verfügung stehen.
...und bietet eine sichere Testumgebung.
Schmitke:
Genau. In der Vergangenheit ging es in erster Linie darum, ein Modell zu erstellen und eventuell den Motor zu dimensionieren. Dann war aber auch schon Schluss. Mit B&R Maplesim Connector können Sie zum Beispiel die Steuerung ganz ohne Risiko in Echtzeit testen. Alle dabei gesammelten Daten tragen zur Weiterentwicklung der tatsächlichen Maschine bei, solange, bis sie die gewünschte Leistung erzielt und in Betrieb genommen werden kann. Maschinenentwicklung in dieser Form gab es bisher nicht.
Beschreiben Sie bitte den Workflow in B&R MapleSim Connector.
Zehetleitner:
Zuerst importiert der Entwickler die CAD-Daten. Daraus erstellt MapleSim Connector automatisch ein Modell. Der Entwickler muss sich nicht mit kinematischen Gleichungen befassen. Stehen keine CAD-Daten zur Verfügung, kann das Modell mit Komponenten generiert werden, die in MapleSim zur Verfügung stehen. Das Modell wird anschließend in der 3D-Ansicht in B&R Scene Viewer getestet und angepasst. Von dort sind es nur noch ein paar Klicks, um einen C-Code zu erstellen und in Automation Studio zu importieren. Dort kommt der Code entweder in der Simulation oder direkt auf der Hardware zum Einsatz. Ist die Entwicklung abgeschlossen, wird die Software auf die Maschinensteuerung übertragen und kann ohne Änderung sofort verwendet werden.
Welchen Nutzen ziehen Maschinenbauer aus B&R MapleSim Connector?
Zehetleitner:
Die hohe Komplexität und Variabilität der Maschinen erlauben im Hinblick auf die Maschinenleistung kein Bauchgefühl mehr. Entwickler müssen frühzeitig wissen, wie sich welche Komponenten verhalten werden. Die Dimensionierung der Maschinenkomponenten anhand von Simulationen und die virtuelle Inbetriebnahme bieten hier einen entscheidenden Vorteil. Bei unserem Transportsystem ACOPOStrak erfolgt dies anhand eines digitalen Zwillings. Mit diesem lässt sich zum Beispiel einfach ermitteln, mit welcher Shuttleanzahl die Produktivität am höchsten ist.
Schmitke:
Neben Dimensionierung und virtueller Inbetriebnahme sind vorausschauende Instandhaltung, fortschrittliche Steuerungsalgorithmen und Optimierung zentrale Vorteile. Zudem können Was-wäre-wenn-Szenarien durchgespielt werden. Wie kann ich zum Beispiel mit einem Bewegungsprofil den schnellsten Zyklus erreichen und trotzdem innerhalb der Drehmomentgrenzen der Motoren bleiben? Davon abgesehen kann die Simulation auch im Verkaufsprozess eingesetzt werden. Dem Verwendungspotenzial unserer Software sind also keine Grenzen gesetzt.
Apropos Potenzial: Was wird die Zusammenarbeit von B&R und Maplesoft in Zukunft bringen?
Schmitke:
Wir möchten Kunden für das Thema Digitaler Zwilling begeistern. Dabei bieten wir ein exzellentes Produkt und unsere Expertise, auf die sich unsere Kunden verlassen können. Abgesehen davon ist es uns ein großes Anliegen, unser Produkt durch Kundenfeedback zu optimieren. Die Basis unserer Zusammenarbeit wird weiterhin die Frage sein, wie wir es unseren Kunden erleichtern können, ihre Maschinendaten in Mehrwert zu verwandeln.