ESETTANULMÁNY

Digitális kettős hőkezeléshez

A műveletek egyszerűsítése és a hibák kockázatának minimalizálása érdekében a SECO/WARWICK megvalósította a Siemens digitális ikermegoldásait.

A fémek hőkezelési folyamata technológiai szempontból kivételesen összetett. Megköveteli a megfelelő működési paraméterek és különleges biztonsági feltételek fenntartását. Ez jelentős kihívásokat jelent a modern ipari kemencék gyártói számára. A lehetséges hibák kockázatának minimalizálása, valamint a gyártási és helyszíni összeszerelési folyamatok javítása érdekében a SECO/WARWICK csoport a Siemens által biztosított digitális ikerképen alapuló megoldásokat használ.

A SECO/WARWICK a fémek hőkezelésére szolgáló technológiailag fejlett kemencék gyártója, amelyeket az ügyfelek egyedi igényeinek megfelelően terveztek és gyártanak. A kemencetechnológia és a műszaki megoldások kiválasztásában kulcsfontosságú tényező az ügyfél díja (munkaterhelése), azaz a hőkezelendő fémtermék. Ennek alapján kiválasztják a megfelelő technológiát, folyamatot és receptet, amelyek befolyásolják a berendezések és a vezérlőrendszerek összetettségének szintjét. A hőkezelési technológia típusa meghatározza a munkavállalókat a lehetséges veszélyektől védő biztonsági intézkedések kiválasztását is.

„A kemence tervezésével foglalkozó automatizálási mérnök számára kulcsfontosságú a technológia és a folyamat paramétereinek alapos ismerete, valamint a lehetséges kockázatok tudatossága. Például a vákuumhőkezelő kemencék egészen másképp vannak programozva, mint az alumíniumfeldolgozáshoz vagy a vákuumkohászathoz használt berendezésekhez, annak ellenére, hogy hasonló hardverszerkezetűek. A technológia megértése lehetővé teszi a lehetséges veszélyek előrejelzését és a megfelelő biztosítékok végrehajtását.”
hangsúlyozza Sławomir Wachowski, a SECO/WARWICK automatizálási részlegének igazgatója.

A SECO/WARWICK a fémek hőkezelésére szolgáló technológiailag fejlett kemencék gyártója.

A digitális iker támogatja a modellezést és a tesztelést

A munka egyszerűsítése és a hibák kockázatának minimalizálása érdekében a SECO/WARWICK úgy döntött, hogy a Siemens által biztosított digitális ikermegoldásokat használja. A vállalat többek között a SIMIT szoftvert használ a vákuum-, légkör- és olvasztókemencék digitális modelljeinek létrehozására. Ezt az eszközt automatizálási rendszerek tesztelésére is használják, mielőtt a szoftvert megbízásra adnák. A vállalat a SIMIT egységet is használja a vezérlőszekrények gyártási folyamatának és konfigurálásának támogatására a hardverszekrények tesztjeinek teljes szimulációja révén. Fejlettebb modellek, például szivattyúrendszerek esetén a A Simcenter Amesim szimulációs platform a teljesítmény szimulálására és a vákuumszivattyúk megfelelő méretének kiválasztására szolgál.

„Jelenleg modelljeinkben többféle berendezést szimulálunk. A fő ok, amiért úgy döntöttünk, hogy digitális ikeret használunk, a vezérlőszoftver összetettsége és a sokféle kihívással kellett szembenéznünk. Sok ilyen probléma csak a tesztelés és üzembe helyezés során vált nyilvánvalóvá, vagyis a végső szakaszban, amikor a berendezés már elhagyta a létesítményünket.”
magyarázza Radosław Gorowy, a SECO/WARWICK digitális modellezési és szimulációs mérnöke.

Kemence tesztelése „az asztalon”

A SECO/WARWICK által alkalmazott digitális ikermegoldások lehetővé teszik a lehetséges hibák és problémák azonosítását már az adott eszközön végzett munka korai szakaszában.

A SECO/WARWICK által alkalmazott digitális ikermegoldások lehetővé teszik a lehetséges hibák és problémák azonosítását már az adott eszközön végzett munka korai szakaszában. A szimulációs szoftver használatával végzett modellezés és tesztelés jelentősen javítja a munka hatékonyságát. Továbbá növelik a fejlesztett megoldások megbízhatóságát is. Ennek eredményeként a fém hőkezelésére szolgáló ipari kemencék gyorsabban, alacsonyabb költséggel és csökkentett munkaerő-bevitel mellett szállíthatók és üzembe helyezhetők.

„Az innovációra való törekvés nagyon fontos tényező, amely mozgatja cégünk fejlődését. Ebben a tekintetben a digitális iker teljes mértékben megfelelt elvárásainknak. Az általunk gyártott összes berendezés modellezésére szolgál. Jelenleg több modellt készítettünk. Kezdetben szimulációkat hoztak létre vákuumkemencékhez, amelyeken most teljes mértékben teszteljük automatizálási rendszereinket. Jelenleg alumíniumfeldolgozó kemencék és vákuumkohászat modelljeit fejlesztjük. Első tapasztalataink a légköri kemencék modellezésében is rendelkezünk, amelyek az általunk fejlesztett megoldások fontos szegmensét képviselik.”
magyarázza Sławomir Wachowski.

A SECO/WARWICK SIMIT szoftvert használ többek között a vezérlőrendszerek bemeneti és kimeneti jeleinek szimulálására, az eszköz viselkedésének részletes szimulálására és a folyamatok modellezésére dedikált technológiai könyvtárak segítségével.

„Ebben a megoldásban a SIMIT a kulcsfontosságú eszköz, azonban a képességeinek teljes kiaknázása érdekében a rendszert a PLCSIM Advanced (vezérlő emulátor) és a HMI kezelőpanel WinCC-jével bővítették. A TIA Portal való integráció lehetővé teszi a vezérlőprogram valós idejű módosítását (Software-in-the-Loop). A szimulációs modell képes kommunikálni egy fizikai vezérlővel is a SIMIT UNIT (Hardware-in-the-Loop) segítségével,”
magyarázza Mariusz Waśkowicz, a projektet támogató digitalizációs Solutions szakértője a Siemens nevében. A berendezések és az automatizálás tesztelése szó szerint „az asztalon” történik, ahol az alkalmazott technológiai megoldásokat a végső üzembe helyezés előtt ellenőrzik.

„A vezérlőszekrény csatlakozik a SIMIT egységhez, és ezzel az eszközzel tesztelték hardver és mérési teljesítmény szempontjából. Ez bizalmat ad bennünket abban, hogy ez nem okoz problémákat, és ha bármilyen probléma merül fel a helyszínen, akkor a projekt fizikai megvalósításával kapcsolatos egyéb okokból fakad, nem pedig az általunk használt összetevőkből.”
magyarázza Wojciech Piasny, a SECO/WARWICK automatizálási osztályának igazgatóhelyettese.

A digitális ikerszoftver csak egy a Siemens ecosystem számos elemének, amelyet a gyártó használ. A teljes vezérlőrendszer a Siemens megoldásokon alapul. A rendszervezérlést az S7-1500 vezérlő a modulokkal együtt kezeli. A Siemens is szállít ipari számítógépek és érintőpanelek, amelyek felhasználói felületként szolgálnak. Ezenkívül a biztonsági rendszerek a gyártó biztonsági megoldásaira épülnek. A Siemens alkatrészeket a vezérlőszekrényekben is használják, beleértve a kontaktorokat, az áramkört

A digitális ikerszoftver csak egy a SECO/WARWICK által használt Siemens ecosystem számos elemének.

A rendszereket az S7-1500 vezérlő és modulok vezérlik.

Hogyan beszél a modell a vezérlővel?

A modellezés figyelembe veszi a kemencében előforduló összes folyamatot: szivattyúzás, kemence fűtése, hűtése és karburizálása. A fizikai világban egy ilyen folyamat több órától — bizonyos eszközök esetében — akár több napig is tart. A készülék digitális ikerjén alapuló szimulációs megoldások alkalmazásával ez jelentősen felgyorsítható, és a kemence átfogóan tesztelhető jóval a fizikai megfelelője létrehozása előtt. A modellezés során mind a digitális, mind az analóg paramétereket, például a hőmérsékletet és a vákuumot szimulálják. A tesztelés során ellenőrzik a vezérlőszekrényhez csatlakoztatott kapcsolók, kontaktorok és egyéb eszközök működését, beleértve a teljes biztonsági rendszert is.

„A modell a készülék alkatrészeinek és a vezérlőszekrényben lévő alkatrészek digitális ábrázolását tartalmazza. Mindezen elemeknek digitális megfelelővel kell rendelkezniük a SIMIT. Ezzel az eszközzel komponens-könyvtárat építünk. Megvizsgáljuk az egyes kemence alkatrészeit, szerkezetüket, majd ábrázoljuk őket az általunk létrehozott modellben. Az elektromos diagramok alapján bemenetek/kimeneteken keresztül csatlakoztatjuk a modellt a PLC-hez, lehetővé téve az egyes technológiai programok működésének tesztelését. További előny a rendelkezésre álló bemenetek/kimenetek felhasználásának képessége” - magyarázza Radosław Gorowy.

A modellezés figyelembe veszi a kemencében előforduló összes folyamatot: beleértve a szivattyúzást, a kemence fűtését, a hűtést és a karburizálást.

A SECO/WARWICK olyan modelleket készít, amelyek célja a valóság lehető leghűségesebb tükrözése. De ez még nem minden, mivel olyan szimulációkat is létrehoznak, amelyek szintetikus adatokat generálnak elemzéshez. Az ilyen szimulációk lehetővé teszik a fejlesztőcsapat számára például a FurnacePlus platformra szánt megoldások tesztelését, amely a Csoport eszközeinek funkcionalitását prediktív és energiagazdálkodási rendszerekkel bővíti. Az ügyfél interfész igényeinek megértése szintén fontos szempont a megoldástervezésben, mivel az ergonómia biztonsági okokból kulcsfontosságú.

„Azoknak az ügyfeleknek, akiknek a kemence üzemeltetése során nem kell túlzottan aggódniuk a veszélyes balesetek miatt, eltérő igényeik vannak, mint amikor az alkalmazott anyagfeldolgozási technológia miatt a kockázat jelentős, és súlyos következményekkel járhat. Ez utóbbi esetben magasan képzett üzemeltetőkkel van dolgunk, akiknek speciális interfészre is szükségük van az általuk használt eszközökhöz.”
megjegyzi Marek Melnarowicz, a Siemens Polska értékesítési vezetője.

A digitális iker szimulációs eszközeinek megoldásainak tesztelése a vezérlőszekrény és a szoftver átadása során történik. Ezután az összeszerelési osztály végrehajtja a tervezést és elvégzi a készülék végső összeszerelését. Végül a szolgáltatási osztály fizikai teszteket végez. A végső megerősítés arról, hogy az elfogadott modell helyes végrehajtásra került, annak ellenőrzése a céllétesítményen.

„A szimulációhoz és teszteléshez használt modellek elég érettek és elég gyorsak ahhoz, hogy gyakorlatilag időt takarítsanak meg nekünk. Még ennél is fontosabb, hogy értékes automatizálási erőforrásokat szabadítanak fel, mivel nem kell őket bevonnunk az eszköz fizikai tesztelésébe, sem a SECO/WARWICK létesítményben, sem közvetlenül az ügyfél telephelyén. A modell előkészítésével fordított idő nagyobb nyugalommal is megtérül a tervezési munka során, különösen azért, mert minden következő modell kevesebbe kerül nekünk a saját alkatrészeinek egymás után épített könyvtára miatt. A digitális ikernek köszönhetően tehát óriási időmegtakarítás,”
magyarázza S. Wachowski.

Gyorsabb, biztonságosabb és gazdaságosabb

A SIMIT és a SIMIT egységgel folytatott több hónapos együttműködés után a SECO/WARWICK jelentős előnyöket lát az olyan eszközök használatának, amelyek átfogó megoldásokat kínálnak az automatizálási teszteléshez. A modellező és tesztelési megoldások megvalósításának legfontosabb előnyei közé tartozik a kemence összeszereléséhez és üzembe helyezéséhez szükséges idő csökkentése az ügyfél létesítményében.

„A digitális iker bevezetése előtt vákuumkemence esetében a technológiai kísérletekkel kombinált tesztelés 2—2,5 hétig tartott egy szerviztechnikusnál és 4-5 napig egy automatizálási mérnöknek. A létrehozott modell tesztelése többszörösére lerövidítette a munkaterhelésüket. Több vagy tucat eszközből álló rendszerek esetében ezek az idők arányosan csökkentik az átlagosan 400-500 óráról 100-150-re, ami jelentős megtakarítást jelent. Az elektromos szerelők munkaterhelése szintén csökken. Fontosak az alacsonyabb költségek, de felbecsülhetetlen az a bizonyosság érzése, hogy a készülék helyben megfelelően fog működni.”
magyarázza Sławomir Wachowski.

Digitális iker használatával a kemence átfogóan tesztelhető jóval a fizikai megfelelője létrehozása előtt.

Felhő modell

A digitális iker használatának másik jelentős előnye a végtermék jobb minősége.

A digitális iker használatának másik érdekes aspektusa az üzleti következményei. A felhőalapú vákuumkemence modell lehetővé teszi az értékesítők számára, hogy bemutassák a készülék teljesítményét a jelenlegi és az új ügyfelek számára. Egy másik innovatív funkció az, hogy a fejlesztőcsapat képes fejlett eszközkezelési megoldásokat tesztelni. A felhőalapú modellnek köszönhetően már nincs szükségük fizikai adatokra a teszteléshez. A jövőben a Simcenter Amesim lehetővé teszi a SECO/WARWICK számára a tanulógépek fejlett matematikai modelljeinek létrehozását is.

„Az Amesimmal való együttműködésnek köszönhetően ellenőrizhettük, mennyire képesek vagyunk pontosan modellezni az energiafogyasztást, a hőváltozásokat és a dinamikus gáznyomásváltozásokat. Nagy potenciált látunk az Amesimben még pontosabb modellek létrehozásában, amelyeket aztán felhasználhatunk a SIMIT összetevőjeként, és pontosabban ábrázolhatjuk a valóságot a digitális világban.”
mondja Wojciech Piasny.

Mariusz Waśkowicz, a Siemens munkatársa szerint a digitális iker nemcsak kézzelfogható szervezeti és gazdasági előnyökkel jár, hanem az automatizálás fejlesztésének irányának elmozdulását is jelzi, sőt a jelenlegi és jövőbeli automatizálási szakemberek oktatását is befolyásolja.

„A digitális iker használata hatékony képzést tesz lehetővé, például a gép üzemeltetéséért vagy karbantartásáért felelősek számára. Ez lehetővé teszi számukra, hogy alaposan megértsék az eszközt vagy a teljes gyártósort, mielőtt még kölcsönhatásba lépnének a fizikai objektummal, így megtanulják, hogyan kell gyorsabban működtetni azt. Figyelmet fordítanak a munka konkrét aspektusaira is, és gyorsabban azonosítják a potenciális kudarcok tüneteit, következésképpen a vonalleállásokat” — magyarázza Mariusz Waśkowicz.

Marek Melnarowicz megjegyzi a digitális iker hatását az automatizálási szakma felfogására és az ipari automatizálási szakemberek oktatásának új irányainak fejlesztésére.

„A modellezésnek köszönhetően a PLC automatizálás világa közelebb kerül az informatikához. A digitális iker fejlesztése azt jelenti, hogy a fizikai világ már nem köt meg minket, és dolgozhatunk a gép- és eszközkomponenseken, valamint az őket irányító szoftveren, mielőtt valós körülmények között megvalósítanák őket” — magyarázza Marek Melnarowicz.