Czym jest virtual commissioning i wirtualne uruchomienie?
Virtual commissioning to po polsku wirtualne uruchomienie. W świecie postępującego rozwoju różnorodnych technologii tego typu procesy testowania oprogramowania są niezbędne, aby produkcja była zoptymalizowana. Oprogramowania różnego rodzaju otaczają nas wszędzie, zarówno w domach, jak i w zakładach produkcyjnych, które są wyposażone w skomplikowane maszyny ze złożonym oprogramowaniem sterującym. W tak wielopłaszczyznowym świecie możliwość sprawdzenia kodu oprogramowania w wirtualnym środowisku jest niezwykle cenna, gdyż pozwala uniknąć wielu kosztownych wpadek i błędów. Choć nazwa tego procesu brzmi dla niewtajemniczonych niezwykle zagadkowo, to jego istota jest niezwykle prosta i logiczna z ekonomicznego punktu widzenia.
Wirtualne uruchomienie, czyli co?
Wirtualne uruchomienie to proces, dzięki któremu można przeprowadzić symulację wdrażanej technologii na wirtualnej maszynie modelowej, zanim wprowadzimy ją do rzeczywistego systemu. Dzięki zastosowaniu tej innowacyjnej metody możliwe jest sprawdzenie koncepcji projektu w praktyce, skontrolowanie jego wydajności oraz przeprowadzenie wszelkich niezbędnych testów software’u. Maszyna wirtualna imituje rzeczywiste środowisko pracy, sprawiając, że testowane oprogramowanie ma wrażenie współpracy z realnym sprzętem, podczas gdy tak naprawdę pracuje na udawanym sprzęcie odtwarzanym przez tę maszynę. Wielką zaletą wirtualnego uruchomienia jest możliwość wyłapania wszelkich błędów i niedociągnięć software’u, a także wad konstrukcyjnych przed wprowadzeniem testowanego rozwiązania w życie. Dzięki temu można zoptymalizować produkcję, gdyż wszystkie zamawiane komponenty są zawsze w 100% wykorzystywane, a proces produkcyjny może być przeprowadzany bez zbędnych przestojów w pracy.
Proces wirtualnego uruchomienia wykorzystuje oprogramowanie współpracujące z CAD, czyli oprogramowaniem komputerowym służącym do projektowania technicznego. Importowane są z niego trójwymiarowe modele maszyn, gniazd produkcyjnych i całych linii produkcyjnych, a następnie w tak przygotowane środowisko wprowadzane są fizyczne elementy i uruchamiana jest wirtualna produkcja. Podczas tego procesu cały czas zachowana jest całkowita współpraca z programami sterowników i robotów.
Gdzie wykorzystuje się wirtualne uruchomienie i jakie są jego zalety?
Wirtualne uruchomienie jest wykorzystywane przy uruchamianiu różnych środowisk produkcyjnych. Proces ten pozwala na przeprowadzenie wirtualnego uruchomienia maszyn, a następnie wiarygodnej symulacji ich pracy oraz jej oceny. W ten sposób możemy sprawdzić poprawność kodu ich oprogramowania w sztucznym środowisku, które jest doskonałą imitacją realiów, jeszcze zanim kod ten zostanie wdrożony do faktycznej produkcji. Dzięki temu zyskujemy całkowitą niezależność od fizycznego montażu instalacji, a także od ograniczeń lokalizacyjnych i terminowych oraz gwarancję sprawności i niezawodności testowanego oprogramowania. Stosując wirtualne uruchomienie, możemy skrócić czas projektowania nawet o 30% i zyskać pewność, że testowane oprogramowanie nie stanie się przyczyną kosztownych uszkodzeń realnego sprzętu.
Symulacja w PLC
W przypadku instalacji automatyki składającej się tylko ze sterowników PLC, programiści są w stanie sami, wewnątrz programu PLC, napisać bloki służące do symulacji, bez konieczności tworzenia pełnego środowiska symulacyjnego. Przykładem takiego rozwiązania może być sterowanie PLC zrealizowane w przemyśle ciężkim – walcowni. Symulacja napisana w PLC składa się z dwóch części:
• symulacja urządzeń automatyki wykorzystywanych w instalacji (czujniki, zawory, napędy itp.);
• symulacja procesu walcowania materiału – tryb „Ghost Run”.
Dzięki takiemu rozwiązaniu programiści mogą przetestować w biurze tryb manualny (manualne ruchy urządzeń) oraz zachowanie logiki w trybie automatycznym podczas symulowanego walcowania materiału.
Co ciekawe, symulacja „Ghost Run” jest również regularnie wykorzystywana w samej fabryce. Podczas fazy uruchomienia pozwala programistom na sprawdzenie działania linii, ale także może być wykorzystywana po dłuższych przestojach w produkcji, bądź po przezbrajaniu linii – umożliwia wtedy operatorom na przetestowanie kompletnej instalacji i uniknięcie kosztownych błędów, które mogą się pojawić podczas pracy.
Środowiska symulacyjne
W przypadku instalacji bardziej skomplikowanych, składających się z wielu różnych komponentów (np. sterowników PLC oraz robotów), przydatne okazują się środowiska symulacyjne. Z tego też powodu wirtualne uruchomienie znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym. Spowodowane jest to przede wszystkim dużą skalą projektów, dostępnym budżetem oraz charakterem pracy, w której każdy przestój linii produkcyjnej generuje straty liczone w setkach tysięcy euro. Wirtualne uruchomienie jest szczególnie przydatne przy wprowadzaniu nowego modelu na istniejącą już linię produkcyjną, kiedy programiści pracują pod dużą presją czasu i jakikolwiek nieplanowany postój w produkcji jest nie do zaakceptowania.
Środowisko do wirtualnego uruchomienia składa się z części sprzętowej, emulującej hardware oraz aplikacji, w której stworzona jest symulacja linii produkcyjnej. Aplikacja z dokładnością do najmniejszych szczegółów odwzorowuje linię produkcyjną – tworzona jest na podstawie importu plików z aplikacji typu CAD. Celem wirtualnego uruchomienia jest sprawdzenie programów napisanych przez programistów PLC oraz programistów robotów.
Środowisko wirtualnego uruchomienia łączy więc ze sobą różne elementy systemów automatyki (np. sterowniki PLC, napędy, roboty) z logiką symulacji urządzeń i pozwala na przedstawienie całości na symulacji 3D linii produkcyjnej.
NX Mechatronic Concept Designer
Dzięki NX Mechatronics Concept Designer możemy bardzo dokładnie przetestować działanie poszczególnych elementów nowego projektu, sprawdzić jak działają jego składowe oraz w jaki sposób wpływają na siebie, co należy jeszcze poprawić. Ku zaskoczeniu wielu naszych klientów, ocena koncepcji w programie jest źródłem doskonałej jakości informacji, które dobrze wykorzystane, przyspieszają rozruch maszyny nawet o 30%, w porównaniu do tradycyjnego uruchomienia. Dlaczego tak się dzieje?
NX Mechatronics Concept Designer analizuje działanie maszyny od etapu koncepcji, po wirtualny rozruch. Pozwala m.in.: na uzyskanie dokładnego opisu charakterystyk pracy elementów wykonawczych, definiuje wszelkiego rodzaju przekładnie, tarcia statyczne i dynamiczne, odwzorowuje elementy sprężyste, elementy układów pneumatycznych oraz hydraulicznych i inne.
Dzięki temu powstaje niezwykle realny obraz. Na podstawie analiz, program wychwytuje wszelkie niedociągnięcia w działaniu maszyny. Pracownik obsługujący program może wprowadzać dowolną ilość modyfikacji, bo cały proces jest wirtualny i nie wpływa w żaden sposób na aktualny tryb pracy w zakładzie przemysłowym. Sprawdzanie działania nowej maszyny w różnych sytuacjach, wariantach pozwala opracować model idealny, który po wdrożeniu będzie całkowicie przewidywalny i skuteczny.
MapleSim
Modelowanie na poziomie systemu jest niezwykle skutecznym podejściem do projektów inżynierskich, które może pomóc w skróceniu czasu opracowywania, wykrywaniu problemów na wczesnym etapie cyklu rozwoju i ulepszaniu ogólnych projektów. Jednak nie każdej firmie, która przyjmuje to podejście, udaje się osiągnąć te korzyści, ponieważ zbyt trudne jest przełożenie wiedzy inżynierskiej na narzędzie do modelowania na poziomie systemu. Dzięki MapleSim otrzymujesz środowisko, które pomaga uchwycić, pogłębić, zachować i wykorzystać twoją wiedzę inżynierską, dzięki czemu możesz naprawdę czerpać korzyści z modelowania i symulacji na poziomie systemu oraz szybciej tworzyć lepsze produkty.
MATLAB and Simulink
Badacze i inżynierowie robotyki używają MATLAB® i Simulink® do projektowania, symulacji i weryfikacji każdego aspektu systemów autonomicznych, od percepcji po ruch.
• Modeluj systemy robotyczne aż do najdrobniejszych szczegółów, takich jak hałas czujnika i wibracje silnika.
• Symuluj systemy robotyczne z dokładną kinematyką, dynamiką i właściwościami kontaktowymi.
• Projektuj i optymalizuj zarówno autonomię wysokiego poziomu, jak i kontrolę niskiego poziomu.
• Syntetyzuj i analizuj dane z czujników za pomocą utrzymywanej biblioteki algorytmów.
• Stopniowo weryfikuj projekt robota lub algorytm, od symulacji po test sprzętu w pętli (HIL).
• Wdrażaj algorytmy w robotach przez ROS lub bezpośrednio do mikrokontrolerów, układów FPGA, PLC i procesorów graficznych.
Automation Studio™ P7
Automation Studio ™ zapewnia przyjazną dla użytkownika platformę z dostępem do wbudowanych bibliotek komponentów, aby przyspieszyć proces projektowania. Dzięki zintegrowanym funkcjom symulacji ułatwia szybkie animowanie, analizowanie i weryfikowanie wydajności systemów.
Wszystkie technologie można łączyć ze sobą, aby stworzyć i symulować całą maszynę.
VIRTUAL COMMISSIONING PRZY WYKORZYSTANIU TIA PORTAL ORAZ ROBOT STUDIO
Wymagane elementy:
ABB RobotStudio – do pobrania 30-dniowa wersja trial po zarejestrowaniu się na stronie
SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) V15.1, WinCC V15.1 i PLCSIM V15.1 – do pobrania 21-dniowa wersja trial.
NetToPLCsim - umożliwia symulację sterownika PLC poprzez komunikację TCP / IP, przy użyciu interfejsu sieciowego komputera, na którym symulacja jest uruchomiona. Jest to przydatne i darmowe oprogramowanie do testowania aplikacji typu SCADA, HMI itp. razem z S7-PLCsim, bez konieczności posiadania prawdziwego sterownika PLC.
RSConnectDIOToSnap7.rslib – biblioteka, którą można pobrać z poziomu programu RobotStudio w zakładce Add-Ins, a która zezwala na połączenie robota z rzeczywistym lub symulowanym sterownikiem S7 za pomocą Sharp7 (Snap7).