STUDIJA SLUČAJA

Digitalni blizanac za toplinsku obradu

Kako bi pojednostavili rad i smanjili rizik od pogrešaka, SECO/WARWICK implementirao je Siemens digitalna dvostruka rješenja.

Postupak toplinske obrade metala izuzetno je složen s tehnološkog stajališta. Zahtijeva održavanje odgovarajućih radnih parametara kao i specifičnih sigurnosnih uvjeta. To predstavlja značajne izazove za proizvođače modernih industrijskih peći. Kako bi se smanjio rizik od potencijalnih pogrešaka i poboljšao proces proizvodnje i montaže na licu mjesta, SECO/WARWICK grupa koristi rješenja temeljena na digitalnom blizancu tvrtke Siemens.

SECO/WARWICK je proizvođač tehnološki naprednih peći za toplinsku obradu metala, projektiranih i proizvedenih u skladu s individualnim potrebama kupaca. Ključni čimbenik pri odabiru tehnologije peći i tehničkih rješenja je naknada kupca (radno opterećenje), odnosno metalni proizvod koji se toplinski obrađuje. Na temelju toga odabire se odgovarajuća tehnologija, postupak i recept koji utječu na razinu složenosti opreme i upravljačkih sustava. Vrsta tehnologije toplinske obrade također određuje odabir sigurnosnih mjera koje štite zaposlenike od potencijalnih opasnosti.

"Za inženjera automatizacije koji se bavi projektiranjem peći ključno je temeljito poznavanje tehnologije i parametara procesa, kao i svijest o potencijalnim rizicima. Na primjer, vakuumske peći za toplinsku obradu programirane su sasvim drugačije od opreme koja se koristi za obradu aluminija ili vakuumsku metalurgiju, unatoč tome što imaju sličnu hardversku strukturu. Razumijevanje tehnologije omogućuje predviđanje potencijalnih opasnosti i primjenu odgovarajućih zaštitnih mjera.
naglašava Sławomir Wachowski, direktor Odjela za automatizaciju u SECO/WARWICK.

SECO/WARWICK je proizvođač tehnološki naprednih peći za toplinsku obradu metala.

Digitalni blizanac podržava modeliranje i testiranje

Kako bi pojednostavili rad i smanjili rizik od pogrešaka, SECO/WARWICK odlučio je koristiti digitalna dvostruka rješenja koje nudi Siemens. Tvrtka koristi, između ostalog, softver SIMIT za stvaranje digitalnih modela vakuumskih, atmosferskih i talilnih peći. Ovaj se alat koristi i za testiranje sustava automatizacije prije nego što se softver preda na rad. Tvrtka također koristi SIMIT jedinicu za podršku proizvodnom procesu i konfiguraciji upravljačkih ormara kroz potpunu simulaciju testova hardverskih ormara. Za naprednije modele, kao što su crpni sustavi, Simcenter Amesim simulacijska platforma koristi se za simulaciju performansi i pomoć pri odabiru odgovarajuće veličine vakuumskih pumpi.

"Trenutno u našim modelima simuliramo nekoliko vrsta opreme. Glavni razlog zašto smo odlučili koristiti digitalnog blizanca bila je složenost upravljačkog softvera i raznolikost izazova s kojima smo se morali suočiti. Mnogi od tih problema postali su očiti tek tijekom ispitivanja i puštanja u rad - to jest, u završnoj fazi, kada je oprema već napustila naš pogon,"
objašnjava Radosław Gorowy, inženjer digitalnog modeliranja i simulacije u SECO/WARWICK.

Ispitivanje peći "na stolu"

Digitalna dvostruka rješenja koja koristi SECO/WARWICK omogućuju prepoznavanje potencijalnih pogrešaka i problema već u ranim fazama rada na određenom uređaju.

Digitalna dvostruka rješenja koja koristi SECO/WARWICK omogućuju prepoznavanje potencijalnih pogrešaka i problema već u ranim fazama rada na određenom uređaju. Modeliranje i testiranje pomoću simulacijskog softvera značajno poboljšavaju radnu učinkovitost. Oni također povećavaju pouzdanost rješenja koja se razvijaju. Kao rezultat toga, industrijske peći za toplinsku obradu metala mogu se isporučiti i puštati u rad brže, uz niže troškove i uz smanjeni unos radne snage.

"Težnja ka inovacijama vrlo je važan čimbenik koji pokreće razvoj naše tvrtke. U tom je pogledu digitalni blizanac u potpunosti ispunio naša očekivanja. Koristi se za modeliranje sve opreme koju proizvodimo. Trenutno imamo pripremljeno nekoliko modela. U početku su stvorene simulacije za vakuumske peći, na kojima sada u potpunosti testiramo naše sustave automatizacije. Trenutno razvijamo modele za peći za obradu aluminija i vakuumsku metalurgiju. Također imamo svoje prvo iskustvo u modeliranju atmosferskih peći, koje predstavljaju važan segment rješenja koja razvijamo,"
objašnjava Sławomir Wachowski.

SECO/WARWICK koristi SIMIT softver, između ostalog, za simulaciju ulaznih i izlaznih signala upravljačkih sustava, za pružanje detaljne simulacije ponašanja uređaja i za modeliranje procesa pomoću namjenskih tehnoloških knjižnica.

"U ovom rješenju, SIMIT je ključni alat; međutim, kako bi se u potpunosti iskoristile njegove mogućnosti, sustav je proširen PLCSIM Advanced - emulatorom kontrolera - i WinCC za HMI operatersku ploču. Integracija s TIA portalom omogućuje izmjenu upravljačkog programa u stvarnom vremenu (Software-in-the-Loop). Simulacijski model također može komunicirati s fizičkim kontrolerom pomoću SIMIT UNIT (Hardware-in-the-Loop),"
objašnjava Mariusz Waśkowicz, stručnjak za Solutions za digitalizaciju koji podržava projekt u ime kompanije Siemens. Ispitivanje opreme i automatizacije provodi se doslovno "na stolu", gdje se primijenjena tehnološka rješenja provjeravaju prije konačnog puštanja u rad.

"Upravljački ormar spojen je na SIMIT jedinicu i testiran pomoću ovog alata u pogledu hardvera i mjernih performansi. To nam daje povjerenje da neće stvoriti probleme, a ako se bilo kakvi problemi pojave na licu mjesta, oni će proizaći iz drugih uzroka vezanih uz fizičku provedbu projekta, a ne iz komponenti koje smo koristili,
objašnjava Wojciech Piasny, zamjenik direktora Odjela za automatizaciju u SECO/WARWICK.

Digitalni dvostruki softver samo je jedan od mnogih elemenata Siemensovog ekosustava koji koristi proizvođač. Cijeli upravljački sustav temelji se na Siemensovim rješenjima. Kontrolom sustava upravlja kontroler S7-1500 zajedno sa svojim modulima. Siemens također isporučuje industrijska računala i dodirne ploče koje služe kao korisničko sučelje. Osim toga, sigurnosni sustavi izgrađeni su na sigurnosnim rješenjima proizvođača. Siemens komponente također se koriste u upravljačkim ormarima, uključujući kontaktore, krug

Digitalni dvostruki softver samo je jedan od mnogih elemenata Siemensovog ecosystem koji koristi SECO/WARWICK.

Sustavi se kontroliraju pomoću kontrolera i modula S7-1500.

Kako model razgovara s kontrolerom?

Modeliranje uzima u obzir sve procese koji se odvijaju u peći: pumpanje, grijanje peći, hlađenje i karburiranje. U fizičkom svijetu takav proces traje od nekoliko sati do - u slučaju određenih uređaja - čak i nekoliko dana. Korištenjem simulacijskih rješenja temeljenih na digitalnom blizancu uređaja, to se može značajno ubrzati i peć se može sveobuhvatno testirati mnogo prije nego što se stvori njezin fizički pandan. Tijekom modeliranja simuliraju se i digitalni i analogni parametri, poput temperature i vakuuma. Tijekom ispitivanja provjerava se rad prekidača, kontaktora i drugih uređaja spojenih na upravljački ormar, uključujući cijeli sigurnosni sustav.

"Model sadrži digitalni prikaz komponenti uređaja i komponenti unutar upravljačkog ormara. Svi ovi elementi moraju imati digitalni ekvivalent u SIMIT. Pomoću ovog alata gradimo biblioteku komponenti. Ispitujemo pojedine komponente peći, njihovu strukturu, a zatim ih predstavljamo u modelu koji kreiramo. Na temelju električnih dijagrama, model povezujemo s PLC-om putem ulaza/izlaza, omogućujući nam testiranje rada pojedinih tehnoloških programa. Dodatna prednost je mogućnost korištenja dostupnih ulaza/izlaza", objašnjava Radosław Gorowy.

Modeliranje uzima u obzir sve procese koji se događaju u peći: uključujući pumpanje, grijanje peći, hlađenje i karburiranje.

SECO/WARWICK konstruira modele dizajnirane da odražavaju stvarnost što vjernije. Ali to nije sve, jer se stvaraju i simulacije koje generiraju sintetičke podatke za analizu. Takve simulacije omogućuju razvojnom timu, na primjer, testiranje rješenja posvećenih platformi FurnacePlus, koja proširuje funkcionalnost uređaja Grupe sustavima prediktivnog i energetskog upravljanja. Razumijevanje potreba korisničkog sučelja također je važan aspekt dizajna rješenja, jer je ergonomija ključna iz sigurnosnih razloga.

"Kupci koji se ne moraju pretjerano brinuti o opasnim nesrećama tijekom rada peći imaju različite potrebe od onih kada je zbog korištene tehnologije obrade materijala rizik značajan i može imati ozbiljne posljedice. U potonjem slučaju imamo posla s visoko kvalificiranim operaterima koji također zahtijevaju specijalizirano sučelje u uređajima koje koriste,"
napominje Marek Melnarowicz, voditelj prodaje u Siemens Polska.

Testiranje rješenja u simulacijskim alatima digitalnog blizanca događa se tijekom primopredaje upravljačkog ormara i softvera. Dalje, odjel montaže provodi dizajn i izvodi konačnu montažu uređaja. Konačno, servisni odjel provodi fizičko testiranje. Konačna potvrda da je usvojeni model ispravno implementiran je njegova provjera na ciljnom objektu.

"Modeli koje koristimo za simulaciju i testiranje dovoljno su zreli i dovoljno brzi da stvore da nam praktički štede vrijeme. Što je još važnije, oslobađaju vrijedne resurse za automatizaciju, jer ih ne moramo angažirati u fizičko testiranje uređaja uz servis, bilo u pogonu SECO/WARWICK ili izravno u prostorijama kupca. Vrijeme provedeno u pripremi modela također se isplati većim duševnim mirom kada je u pitanju planiranje rada, pogotovo jer nas svaki sljedeći model košta manje zbog sukcesivno izgrađene biblioteke vlastitih komponenti. Ušteda vremena zahvaljujući digitalnom blizancu je stoga ogromna,"
objašnjava S. Wachowski.

Brže, sigurnije i ekonomičnije

Nakon nekoliko mjeseci rada sa SIMIT-om i SIMIT jedinicom, SECO/WARWICK vidi značajne prednosti korištenja alata koji pružaju sveobuhvatna rješenja za testiranje automatizacije. Među ključnim prednostima implementacije rješenja za modeliranje i ispitivanje je smanjenje vremena potrebnog za montažu i puštanje u rad peći u pogon kupca.

"Prije implementacije digitalnog blizanca, u slučaju vakuumske peći, ispitivanje u kombinaciji s tehnološkim ispitivanjima trajalo je 2 do 2,5 tjedna za servisera i 4-5 dana za inženjera automatizacije. Testiranje na stvorenom modelu nekoliko puta je skratilo njihovo radno opterećenje. Za sustave sastavljene od nekoliko ili desetak uređaja, ta se vremena proporcionalno smanjuju s prosječno 400-500 sati na 100-150, što znači značajne uštede. Smanjuje se i opterećenje električnih instalatera. Važni su niži troškovi, ali osjećaj sigurnosti da će uređaj ispravno funkcionirati na licu mjesta je neprocjenjiv,"
objašnjava Sławomir Wachowski.

Korištenjem digitalnog blizanca peć se može sveobuhvatno testirati mnogo prije nego što se stvori njezin fizički ekvivalent.

Model oblaka

Još jedna značajna prednost korištenja digitalnog blizanca je viša kvaliteta konačnog proizvoda.

Još jedan zanimljiv aspekt korištenja digitalnog blizanca su njegove poslovne implikacije. Model vakuumske peći zasnovan na oblaku omogućuje prodavačima da demonstriraju performanse uređaja trenutnim i novim kupcima. Još jedna inovativna značajka je mogućnost razvojnog tima da testira napredna rješenja za upravljanje uređajima. Zahvaljujući modelu zasnovanom na oblaku, više im nisu potrebni fizički podaci za testiranje. U budućnosti će Simcenter Amesim omogućiti SECO/WARWICK stvaranje naprednih matematičkih modela strojeva za učenje.

"Zahvaljujući radu s Amesimom, uspjeli smo provjeriti koliko smo točno u stanju modelirati potrošnju energije, toplinske promjene i dinamičke promjene tlaka plina. U Amesimu vidimo veliki potencijal za stvaranje još preciznijih modela, koje tada možemo koristiti kao komponente SIMIT-a i preciznije predstaviti stvarnost u digitalnom svijetu."
kaže Wojciech Piasny.

Prema Mariuszu Waśkowiczu iz Siemensa, digitalni blizanac ne samo da pruža opipljive organizacijske i ekonomske koristi, već i signalizira pomak u smjeru razvoja automatizacije, pa čak i utječe na obrazovanje sadašnjih i budućih stručnjaka za automatizaciju.

"Korištenje digitalnog blizanca omogućuje učinkovitu obuku, na primjer, za one koji su odgovorni za rad ili održavanje stroja. To im omogućuje da temeljito razumiju uređaj ili cijelu proizvodnu liniju prije nego što uopće stupe u interakciju s fizičkim objektom, naučivši tako kako brže upravljati njime. Također će obratiti pažnju na specifične aspekte rada i brže identificirati simptome potencijalnih neuspjeha, a time i zastoja na liniji", objašnjava Mariusz Waśkowicz.

Marek Melnarowicz također bilježi utjecaj digitalnog blizanca na percepciju profesije automatizacije i razvoj novih smjerova za obrazovanje stručnjaka za industrijsku automatizaciju.

"Zahvaljujući modeliranju, svijet PLC automatizacije približava se IT-u. Razvoj digitalnog blizanca znači da nas fizički svijet više ne veže i možemo raditi na komponentama stroja i uređaja i softveru koji ih kontrolira prije nego što se implementiraju u stvarnim uvjetima", objašnjava Marek Melnarowicz.