Digitální dvojče jako komplexní nástroj pro projektování, validaci, virtuální zprovoznění a plánování výroby

Pomocí počítačové simulace propojujeme svět digitálních modelů a simulací se světem řízení. Propojení probíhá na úrovni procesního řízení, tedy řízení strojů a výrobních linek. Umožňujeme tak výrobním podnikům realizovat výrobní linky a zařízení, řídit výrobní procesy, modernizovat stávající zařízení a morálně zastaralé řídicí systémy pro zákazníky na celém světě.

Využití digitálního dvojčete výroby

Využití počítačového modelu je vhodné zejména pro diskrétní, na událostech založené systémy, například dopravníkové systémy, vanové mořící a galvanizační linky, procesy s mezioperačními zásobníky aj., a to hned několika způsoby:

1. Projektování nového nebo rozšíření stávajícího výrobního systému

• Návrh a ověření stěžejních parametrů (výrobní kapacita, vytížení zdrojů, flexibilita výroby a další) ještě neexistujícího systému.
• Ověření změn (např. úprava počtu zařízení, změna rychlosti, přidání senzoru, změna řídicí logiky robotů, navýšení kapacity atp.) stávajícího systému.
• Ověření chování modelu, reprezentace výsledků ve formě tabulek, grafů, ale především prostřednictvím 2D/3D animace.

Například námi provedená simulace výrobního úseku za procesem tepelného zpracování umožnila zákazníkovi navrhnout a optimálně řídit transport hliníkových palet s polotovary. Krom ověření kapacitních možností systému (simulace variant počtu manipulátorů – jeden, dva nebo celá sestava) jsme také navrhli koncept bezpečné automatizace a podpořili zaškolení personálu.

2. Plánování výroby s využitím digitálního modelu

• Plánování výroby a popis chování i velmi složitých procesů (vč. náhodnosti), kde vzniká mnoho událostí, které se dají jen složitě matematicky popsat.
• Pravidelné rozplánování výroby s ohledem na všechna omezení výroby (kapacitní, technologické, atd.) a na všechny podstatné vazby na konkrétní časové období.
• Vazba na firemní informační systém šitý na míru; XML, SQL a další rozhraní.

Tým programátorů ve společnosti TAURID realizoval například simulační model určený pro plánování výroby na kovárně. Model reprezentuje kromě jiného spojování materiálu na pracovištích montáže, svařovny (kontrola dostupnosti materiálů), dělení na lisu, rozpracovanou výrobu, hierarchický kusovník, přidělování operátorů na pracoviště s ohledem na certifikaci a směnnost, apod. Kromě operativního plánování jsme na modelu validovali vstupní data zákazníka a dali mu ucelenou zpětnou vazbu formou tabulky zakázek a chyb, které vykazují. Až se správnými vstupními daty dává smysl vygenerování výrobního plánu formou tabulky a případné přeplánování např. se změnou priorit zakázek, termínu dokončení apod.

3. Virtuální zprovozňování části/celého výrobního systému

• Propojení PLC úrovně řízení (Siemens TIA Portal) a PLC (digitální model - Siemens Tecnomatix Plant Simulation) pomocí OPC rozhraní s využitím simulátoru PLCSIM Advanced 2.0 bez nutnosti připojení k hardwaru
• Tvorba a verifikace algoritmů a chování pro PLC úroveň projektovaného výrobního systému nanečisto na digitálním modelu před fyzickou realizací.
• Odpadá potřeba testování algoritmů řízení na prototypech a urychluje se proces zaškolování obslužného personálu.

Pro zákazníka do USA působícího v automobilovém průmyslu jsme modelovali logistický sklad autosedaček. Sklad slouží pro uchování v závodě vyrobených i outsourcovaných sedaček, které se pomocí dopravníkového systému převáží a skládají do sady a výsledný mix se exportuje do automobilky. Jedním z cílů simulace bylo ověřit totožnost chování algoritmu digitálního modelu a algoritmu PLC. Na simulačním modelu lze testovat umístění snímačů pro větší přesnost. Případným přesunutím, nebo změnou koncepce lze docílit zjednodušení algoritmu. Počítačový model umožní také zákazníkovi simulovat libovolnou situaci bez možnosti vzniku škod. Konkrétně simulační model pomohl ověřit algoritmy zdviží a točen řízených frekvenčním měničem. Umožnil otestovat polohování pomocí enkodéru i diskrétních snímačů a odzkoušet rampy při rozjezdu a dojezdu. Ověřily se algoritmy křížových přejezdů (správné směřování materiálu na rozhodovacích bodech) a algoritmus proti nežádoucím kolizím materiálu na dopravníkových drahách a to s ohledem na správné dávkování materiálu (na prokluzových dopravnících pomocí pneumatických zarážek) a při maximálním vytížení výrobní linky. Povedlo se také ověřit funkci HMI.

Identifikace a lokalizace

Jednoznačná detekce předmětu je klíčová pro řízení jakékoliv linky; ať už se jedná o zajištění požadavku na větší flexibilitu a kvalitu výroby, sledování pohybu jednotlivých polotovarů či finálních produktů (nebo transportních košů, palet apod.). Identifikace polotovarů je většinou řešena pomocí čárových 1D/2D kódů, dále pomocí RFID techniky v pásmu HF na krátkou vzdálenost a v pásmu UHF na vzdálenost až 8 metrů. Nejnovější produkty umožňují komunikaci PROFINET, Ethernet/IP, XML nebo OPC UA. S nastupující digitalizací a konceptem digitální továrny roste význam průmyslové lokalizace RTLS neboli sledování cílů (přípravky, AGV, transportní koše aj.) v reálném čase.
Společnost Taurid Ostrava s.r.o. je členem partnerského programu společnosti SIEMES (Solution Partner) pro oblast Identifikace & Lokalizace. Máte-li zájem o danou problematiku, více najdete na našich aktualizovaných webových stránkách v sekci Identifikace RFID a lokalizace RTLS.

Závěr

Ať už se jedná o jakýkoli výrobní systém, cíl je vždy stejný: dát odpověď na otázky týkající se ekonomického zdůvodnění, technologické úrovně a kvality, bezpečné automatizace, optimálního způsobu řízení i flexibility do budoucna.
Své praktické zkušenosti s využitím počítačového modelování v jednotlivých oblastech zmíněných v tomto článku Vám nastíní tým zkušených projektantů a programátorů na sérii webinářů, které v letošním roce chystáme. Na případových studiích realizovaných projektů se dozvíte, jak lze simulaci využít v praxi, ať už pro návrh nového nebo analýzu stávajícího zařízení, plánování výroby nebo virtuální zprovoznění. Detailní plán jednotlivých webinářů najdete v únorovém číslu EP nebo webových stránkách společnosti TAURID.
I v letošním roce se můžete přihlásit na seminář, který společnost pořádá pro všechny zájemce v Ostravě nebo Brně. Domluvte si individuální konzultaci s našimi odborníky.

Taurid Ostrava s.r.o.
Starobělská 3040/56, 700 30 Ostrava
Tel.: +420 599 507 800
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.taurid.cz