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Virtuelle Inbetriebnahme im Maschinenbau

25. Februar 2021, 14:25 Uhr | Andrea Gillhuber

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Code-Generierung und Hardware-in-the-Loop

Hardware-in-the-Loop-Simulation mit Simulink und Speedgoat Hardware
Hardware-in-the-Loop-Simulation mit Simulink und Speedgoat Hardware
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Ist die Desktop-Simulation erfolgreich abgeschlossen, kommt im nächsten Schritt die automatische Generierung von ausführbarem Echtzeitcode zum Einsatz. Werkzeuge wie Simulink bieten die Möglichkeit, Quellcode in unterschiedlichen Sprachen (ANSI-C, C++, IEC 61131-3 etc.) direkt aus dem Simulationsmodell zu erstellen. Dadurch können die bereits in der Simulation getesteten Software-Komponenten, etwa für die Regelungstechnik oder für Predictive Maintenance, ohne Umwege über die in der Regel fehleranfällige und zeitaufwendige manuelle Programmierung in echtzeitfähigen und ausführlich dokumentierten Programmcode umgewandelt und auf die Industriesteuerung übertragen werden. Optional wird die Dokumentation für die Software mitgeneriert. Die modellbasierte Entwicklung mit Simulink unterstützt dabei die gängigen Industriesteuerungsplattformen.

Zudem kann aus dem Anteil des Simulationsmodells, der das physikalische und logische Verhalten der Maschine oder Anlage repräsentiert, automatisch echtzeitfähiger Code erstellt werden. Dieser läuft dann beispielsweise auf Echtzeit-Hardware der Firma Speedgoat gemeinsam mit Simulink Real-Time. Diese Echtzeit-Simulation des Maschinenmodells wird dann über gängige Industrieprotokolle wie Profinet, Ethercat, Ethernet/IP oder Modbus mit der SPS verbunden. Dadurch wird der Industriesteuerung das Verhalten der physikalischen Anlage vorgegaukelt, sodass unterschiedliche Tests – diesmal unter Echtzeit-Bedingungen – durchgeführt werden können.

 

Digitale Zwillinge – Modelleinsatz über die virtuelle Inbetriebnahme hinaus

Die für die virtuelle Inbetriebnahme entwickelten Modelle bieten auch über die Entwicklungs- und Inbetriebnahmephase hinaus noch einen entscheidenden Mehrwert. Immer öfter werden sie als sogenannte digitale Zwillinge – also virtuelle Repräsentationen der laufenden Anlage – über die gesamte Maschinenlebenszeit hinweg eingesetzt. Der digitale Zwilling erhält dabei laufend Messdaten von der physikalischen Anlage und gleicht diese mit den aus der Simulation errechneten Werten ab. Dadurch können Abweichungen frühzeitig erkannt und Ausfälle oder Qualitätsschwankungen vorhergesagt werden. Im Bereich der vorausschauenden Wartung oder Predictive Maintenance kommen digitale Zwillinge auf Basis von Simulationsmodellen immer häufiger zum Einsatz. Die Modelle werden dabei in die IT-Infrastruktur der Produktionsanlage eingebettet. Werkzeuge wie Simulink bieten entsprechende Möglichkeiten für den Einsatz von Modellen auf Edge oder Cloud-Systemen.

Virtuelle Inbetriebnahme hilft dem Maschinenbau dabei, in Zeiten von zunehmend komplexeren Anlagen die Inbetriebnahme weitgehend zu virtualisieren und dadurch entsprechend Zeit und Kosten einzusparen. Mithilfe der modellbasierten Entwicklung werden die so erstellten Simulationsmodelle über die gesamte Entwicklungsphase – und in Form von digitalen Zwillingen immer öfter auch darüber hinaus – eingesetzt. Mit der schrittweisen Einführung von virtueller Inbetriebnahme und mit den dafür geeigneten Softwarewerkzeugen zahlt sich dieser Schritt in der Regel bereits im ersten Projekt aus.


  1. Virtuelle Inbetriebnahme im Maschinenbau
  2. Die Modellierung
  3. Code-Generierung und Hardware-in-the-Loop

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