„Całość jest czymś więcej niż sumą jej części” – słowa Arystotelesa są w dobie inteligentnych fabryk i przemysłu 4.0 prawdziwsze niż kiedykolwiek. Maszyna to coś więcej niż tylko połączenie komponentów sprzętowych i programowych. Wyłącznie gdy części współpracują harmonijnie ze sobą, całość może wykorzystać swój rzeczywisty potencjał. Osiągnięcie i utrzymanie tej harmonii to obszar, w którym symulacja może odegrać ważną rolę.
Cyfrowy bliźniak towarzyszy maszynie na każdym etapie cyklu jej życia – od opracowania i uruchomienia po bieżącą eksploatację. Może nawet obejmować całe generacje maszyn, zapewniając podstawę przyszłych aktualizacji i ulepszeń. Symulacja w budowie instalacji i maszyn jest kluczem do osiągnięcia kolejnego poziomu efektywności w każdej fazie cyklu życia maszyny. Oznacza to również, że współdziałanie części mechanicznej, urządzeń elektrycznych i automatyki staje się coraz trudniejsze. Podczas projektowania i uruchamiania oraz podczas eksploatacji należy przetestować i dostosować zachowanie maszyny. Wykonanie tego na rzeczywistym systemie może być kosztowne, czasochłonne lub w wielu wypadkach po prostu niemożliwe.
Znajdowanie wad: im szybciej, tym lepiej
Nawet w pierwszej fazie cyklu eksploatacji maszyna przechodzi przez wiele etapów, na których mogą się wkraść poważne wady. Zasada „dziesięciu” stanowi, że koszt naprawy usterki wzrasta dziesięciokrotnie na każdym kolejnym etapie rozwoju maszyny. Im szybciej naprawisz defekty, tym taniej wdrożysz maszynę. Wszelkie wady niewykryte podczas projektowania staną się oczywiste, gdy przyjdzie czas na uruchomienie prototypu. Jeśli dojdziesz do samego uruchomienia i problemy zaczną narastać jeden po drugim, to nie tylko poniosłeś już koszt budowy prototypu, ale także musisz poświęcić cenne zasoby programistyczne na ich rozwiązywanie. Jeśli sprzęt ulegnie uszkodzeniu, pojawią się również dodatkowe wydatki i potencjalne opóźnienia w oczekiwaniu na części zamienne. W najgorszym wypadku – jeśli nowa maszyna nie zostanie dostarczona na czas, mogą zostać naliczone kary umowne.
Testowanie w dowolnym momencie: symulacja jest kluczem
Potrzebna jest więc praca z cyfrowym modelem maszyny w całym cyklu jej życia. Kiedy replikujesz każdy aspekt maszyny w środowisku wirtualnej symulacji, tworzysz cyfrowego bliźniaka. Dzięki niemu można łatwo zobaczyć już na etapie opracowywania, jak różne komponenty będą współdziałać, lub zweryfikować zachowanie całej maszyny za pomocą wirtualnego uruchomienia.
PHILIPP WALLNER
kierownik branżowy, MathWorks
Dzięki konstruowaniu opartemu na modelach zapewniamy, że maszyna będzie działać na wczesnym etapie, co zmniejsza ryzyko awarii do minimum. Modele symulacyjne są podstawą fazy projektowania, wirtualnego uruchomienia i cyfrowych bliźniaków. Inwestycja w symulację zwraca się zwykle w ciągu pierwszego roku.
Bliska współpraca: symulacja na każdym poziomie
Konstruktorzy maszyn mają do wyboru szeroką gamę narzędzi symulacyjnych. Niektóre specjalizują się w modelowaniu sprzętu maszynowego, inne symulują procesy fizyczne. B&R zintegrował pełen wybór narzędzi ze swoim systemem automatyki dzięki wieloletniej współpracy z firmami specjalizującymi się w symulacji. Współdziałając m.in. z MathWorks, Maplesoft, machineering, ISG, B&R, oferuje szeroki zakres opcji symulacji i odpowiednie rozwiązanie dla każdej aplikacji. Klienci firmy mają swobodę wyboru narzędzia symulacyjnego, które najlepiej nadaje się do ich maszyny – cokolwiek wybiorą, wiedzą, że będzie bezproblemowo współpracować z centralnym środowiskiem programistycznym B&R.
Właściwe narzędzia spełniające wszystkie wymagania
Oprogramowanie symulacyjne firm Maplesoft i MathWorks może np. wydajnie i dokładnie mapować komponenty maszyn, a także symulować momenty obrotowe i siły potrzebne do projektowania i wymiarowania. Łatwo jest symulować wszystkie rodzaje różnych warunków obciążenia i przeprowadzać testy, które w systemie fizycznym zajęłyby wiele godzin i pochłonęłyby znaczne zasoby. W wypadku testów fizycznych istnieje również ryzyko przeciążenia i uszkodzenia cennego sprzętu. W symulacji konstruktor maszyny może od razu stwierdzić, czy maszyna poradzi sobie z danym obciążeniem. Jeśli chodzi o symulację procesów, w grę wchodzą narzędzia maszynowe i ISG. Pokazują one dynamiczne zachowanie całej maszyny w trzech wymiarach. Wszystkie siły dynamiczne, które mają wpływ na przepływ materiałów, mogą być testowane za pomocą cyfrowego bliźniaka. Konstruktor maszyny otrzymuje natychmiastową wizualną informację zwrotną o tym, jak różne kombinacje komponentów maszyny wpływają na jej zachowanie. Możliwe staje się również wczesne wykrywanie problemów, które w przeciwnym razie mogłyby spowodować przestój.
CHRIS HARDUWAR
wiceprezes ds. rozwoju biznesu, Maplesoft
Kiedy konstruktorzy maszyn napotykają problemy z wydajnością, potrzebują szybkiego rozwiązania, które nie zagrozi planowanej marży zysku. Dynamiczne, oparte na fizyce cyfrowe bliźniaki pozwalają konstruktorom maszyn wykrywać problemy w ich projektach i wymyślać sposoby ich rozwiązania bez dodatkowych kosztów sprzętowych.
Dane w czasie rzeczywistym: wydajna konserwacja predykcyjna
Nawet po opracowaniu i wdrożeniu maszyny cyfrowy bliźniak nie przestaje przynosić korzyści. W szafie sterowniczej służy jako wirtualna kopia maszyny, która wykorzystuje dane operacyjne w czasie rzeczywistym do tworzenia dokładnych prognoz dotyczących stanu i pozostałego okresu eksploatacji komponentów maszyny. Jeśli zachowanie rzeczywistej maszyny odbiega od zachowania cyfrowego bliźniaka – np. z powodu zużytego łożyska – różnica jest natychmiast wykrywana. Zebrane dane są wykorzystywane do predykcyjnego utrzymania ruchu, dokumentacji usterek czy systemów zdalnego utrzymania ruchu.
Wirtualny podgląd: krótszy czas szkolenia
Posiadanie cyfrowego bliźniaka otwiera również nowe możliwości szkolenia operatorów maszyn i techników serwisowych. Możliwość pracy z HMI lub z samą maszyną, zanim dotrze ona na miejsce, znacznie skraca krzywą uczenia się załogi. Cyfrowy bliźniak jest również coraz częściej wykorzystywany w wirtualnych showroomach, co pozwala działowi sprzedaży na prezentowanie nowych maszyn potencjalnym klientom w dowolnym czasie, nawet poza wydarzeniami branżowymi. Za pomocą zestawów do rzeczywistości rozszerzonej można nawet nałożyć cyfrową maszynę na realistyczne otoczenie. Wszystkie rodzaje scenariuszy „co by było, gdyby…” można badać podczas planowania i opracowywania, dostarczając pełny wgląd bez ryzyka.
Artykuł ukazał się w nr 5(41) październik-listopad 2022 czasopisma „Production Manager”.
Więcej interesujących treści w naszym najnowszym wydaniu. Dołącz do klubu naszych prenumeratorów ▶ https://www.production-manager.pl/prenumerata/
Zobacz również
