ユーザー事例

熱処理用のデジタルツイン

業務を合理化し、エラーのリスクを最小限に抑えるために、SECO/WARWICKはシーメンスのデジタルツインソリューションを導入しました。

金属の熱処理プロセスは、技術的な観点から見ると非常に複雑です。適切な動作パラメータと特定の安全条件を維持する必要があります。これは現代の工業炉の製造業者にとって大きな課題です。潜在的なエラーのリスクを最小限に抑え、生産と現場での組立プロセスを改善するために、SECO/WARWICKグループはSiemens 提供するデジタルツインに基づくソリューションを使用しています。

SECO/WARWICKは、お客様の個々のニーズに合わせて設計、製造された、金属の熱処理用の技術的に高度な炉のメーカーです。炉の技術と技術的ソリューションを選択する際の重要な要素は、お客様の負荷（作業負荷）、つまり熱処理する金属製品です。これに基づいて、機器と制御システムの複雑さのレベルに影響する適切な技術、プロセス、レシピが選択されます。熱処理技術の種類によって、潜在的な危険から従業員を守る安全対策の選択も決まります。

「炉の設計に携わる自動化エンジニアにとって、技術とプロセスパラメータに関する十分な知識は、潜在的なリスクを認識することと同様に非常に重要です。たとえば、真空熱処理炉は、ハードウェア構造が似ているにもかかわらず、アルミニウム加工や真空冶金に使用される機器とはまったく異なる方法でプログラムされます。テクノロジーを理解することで、潜在的な危険を予測し、適切な安全対策を講じることができます。」
SECO/WARWICKのオートメーション部門のディレクター、スワウォミール・ワコウスキーは強調しています。

SECO/WARWICKは、金属の熱処理用の技術的に高度な炉のメーカーです。

デジタルツインはモデリングとテストをサポートします

作業を合理化し、エラーのリスクを最小限に抑えるために、SECO/WARWICKはSiemens 提供するデジタルツインソリューションを使用することにしました。同社は、とりわけSIMIT ソフトウェアを使用して、真空、雰囲気、溶解炉のデジタルモデルを作成しています。このツールは、ソフトウェアが試運転に引き渡される前に自動化システムをテストするためにも使用されます。同社はまた、SIMIT Unitを使用して、ハードウェアキャビネットテストの完全なシミュレーションを通じて、制御キャビネットの製造プロセスと構成をサポートしています。ポンプシステムなどのより高度なモデルの場合は、 Simcenter Amesimシミュレーションプラットフォームは、性能をシミュレートし、適切なサイズの真空ポンプを選択するのに役立ちます。

「現在、私たちのモデルでは、いくつかのタイプの機器をシミュレートしています。デジタルツインを使うことに決めた主な理由は、制御ソフトウェアの複雑さと、直面しなければならなかったさまざまな課題でした。これらの問題の多くは、テストと試運転中、つまり機器がすでに施設から出荷された最終段階で初めて明らかになりました。」
SECO/WARWICKのデジタルモデリングおよびシミュレーションエンジニア、ラドスワフ・ゴロウィは説明します。

「机の上で行う」炉のテスト

SECO/WARWICKが使用しているデジタルツインソリューションを使用すると、特定のデバイスでの作業の初期段階で、潜在的なエラーや問題をすでに特定できます。

SECO/WARWICKが使用しているデジタルツインソリューションを使用すると、特定のデバイスでの作業の初期段階で、潜在的なエラーや問題をすでに特定できます。シミュレーションソフトウェアを使用したモデリングとテストは、作業効率を大幅に向上させます。また、開発中のソリューションの信頼性も高めます。その結果、金属熱処理用の工業用炉を、より早く、より低コストで、少ない労力で納入および試運転することができます。

「イノベーションを目指すことは、当社の発展を牽引する非常に重要な要素です。この点で、デジタルツインは私たちの期待を完全に満たしています。私たちが製造するすべての機器のモデリングに使用されます。現在、いくつかのモデルを用意しています。当初、シミュレーションは真空炉用に作成されていましたが、現在はオートメーションシステムを完全にテストしています。現在、アルミニウム加工炉と真空冶金のモデルを開発しています。また、私たちが開発するソリューションの重要な部分を占める雰囲気炉のモデリングも初めてです。」
スワヴォミール・ワコウスキーは説明します。

SECO/WARWICKでは、制御システムの入出力信号をシミュレートしたり、デバイスの動作の詳細なシミュレーションを行ったり、専用の技術ライブラリを使用してプロセスをモデル化したりするために、SIMIT ソフトウェアを使用しています。

「このソリューションでは、SIMIT が重要なツールですが、その機能を最大限に活用するために、PLCSIM Advanced（コントローラーエミュレーター）とHMIオペレーターパネル用のWinCCでシステムを拡張しました。TIA Portal との統合により、制御プログラムをリアルタイムで変更することができます（Software・イン・ザ・ループ）。シミュレーションモデルは、SIMIT UNIT（ハードウェアインザループ）を使用して物理コントローラーと通信することもできます。」
シーメンスに代わってプロジェクトをサポートしているデジタル化ソリューションのエキスパート、マリウシュ・ワスコヴィッチは説明します。機器とオートメーションのテストは文字通り「デスクで」行われ、適用された技術Solutions は最終的な試運転の前に検証されます。

「制御盤はSIMIT ユニットに接続され、ハードウェアと測定性能の観点からこのツールを使用してテストされます。これにより、問題が発生することはないと確信できます。現場で問題が発生した場合でも、使用したコンポーネントではなく、プロジェクトの物理的な実装に関連する他の原因が原因になります。」
SECO/WARWICKのオートメーション部門の副部長、ヴォイチェフ・ピアスニーは説明します。

デジタルツインソフトウェアは、メーカーが使用しているSiemens ecosystem 多くの要素の1つにすぎません。制御システム全体はSiemens ソリューションに基づいています。システム制御は、S7-1500コントローラーとそのモジュールによって処理されます。 Siemens 消耗品もあります産業用コンピューターとユーザーインターフェースとして機能するタッチパネル。さらに、安全システムはメーカーの安全ソリューションに基づいて構築されています。Siemens コンポーネントは、コンタクタ、回路などの制御キャビネットにも使用されています

デジタルツインソフトウェアは、SECO/WARWICKが使用しているSiemens ecosystem 多くの要素の1つにすぎません。

システムはS7-1500のコントローラーとモジュールによって制御されます。

モデルはどのようにコントローラーと通信しますか？

モデリングでは、ポンピング、炉の加熱、冷却、浸炭など、炉内で発生するすべてのプロセスが考慮されます。現実の世界では、このような処理には数時間、特定のデバイスの場合は数日かかります。デバイスのデジタルツインに基づくシミュレーションソリューションを使用することで、これを大幅に短縮でき、実際の炉を作るずっと前に炉を包括的にテストすることができます。モデリング中に、温度や真空などのデジタルパラメータとアナログパラメータの両方がシミュレートされます。テスト中に、安全システム全体を含め、制御キャビネットに接続されたスイッチ、コンタクタ、その他のデバイスの動作が検証されます。

「このモデルには、デバイスのコンポーネントとコントロールキャビネット内のコンポーネントのデジタル表現が含まれています。これらすべての要素には、SIMIT のデジタル同等品が必要です。このツールを使って、コンポーネントライブラリを構築します。私たちは個々の炉のコンポーネントとその構造を調べ、作成したモデルでそれらを表現します。電気回路図に基づいて、モデルを入力/出力を介してPLCに接続し、個々の技術プログラムの動作をテストすることができます。もう一つの利点は、利用可能な入力/出力を使用できることです」とラドスワフ・ゴロウィは説明します。

モデリングでは、ポンピング、炉の加熱、冷却、浸炭など、炉内で発生するすべてのプロセスが考慮されます。

SECO/WARWICKは、現実をできるだけ忠実に反映するように設計されたモデルを構築します。しかし、それだけではありません。分析用の合成データを生成するシミュレーションも作成されているからです。このようなシミュレーションにより、開発チームは、たとえば、予測システムやエネルギー管理システムでグループのデバイスの機能を拡張するFurnacePlusプラットフォーム専用のソリューションをテストできます。安全上の理由から人間工学は非常に重要であるため、顧客のインターフェースのニーズを理解することもソリューション設計の重要な側面です。

「炉の運転中の危険な事故について過度に心配する必要がない顧客は、使用する材料加工技術が原因でリスクが重大で深刻な結果を招く可能性がある顧客とは異なるニーズがあります。後者の場合、使用するデバイスに特殊なインターフェースを必要とする、高度なスキルを持つオペレーターと取引しています。」
メモSiemens ス・ポルスカのセールスマネージャー、マレック・メルナロヴィッチさん。

デジタルツインのシミュレーションツールのテストソリューションは、制御盤とソフトウェアの引き渡し時に行われます。次に、組立部門がデバイスの設計を行い、最終組立を行います。最後に、サービス部門は物理テストを行います。採用されたモデルが正しく実装されていることの最後の確認は、対象施設での検証です。

「シミュレーションとテストに使用するモデルは、十分に成熟していて作成速度が速いため、時間を大幅に節約できます。さらに重要なのは、SECO/WARWICK施設で、またはお客様の施設で直接、サービス付きのデバイスの物理テストを依頼する必要がないため、貴重な自動化リソースを解放できることです。モデルの準備に費やした時間は、計画作業に関しても安心できます。特に、独自のコンポーネントのライブラリが次々と構築されるため、後続モデルのコストが低くなるためです。したがって、デジタルツインのおかげで時間を大幅に節約できます。」
S. ウォシャウスキーは説明します。

より速く、より安全に、そしてより経済的に

SIMITとSIMIT Unitで数か月間働いた後、SECO/WARWICKは、自動化テストの包括的なソリューションを提供するツールを使用することで大きなメリットが得られることに気づきました。モデリングとテストのソリューションを実装する主な利点の1つは、炉の組み立てと顧客の施設での試運転に必要な時間の短縮です。

「デジタルツインを実装する前、真空炉の場合、テストと技術試験を組み合わせると、サービス技術者の場合は2〜2.5週間、自動化エンジニアの場合は4〜5日かかりました。作成したモデルでテストすることで、作業負荷が数倍短縮されました。数台または12台のデバイスで構成されるシステムの場合、これらの時間は比例して平均400〜500時間から100〜150時間に短縮されます。これは大幅な節約につながります。電気工事業者の作業負荷も軽減されます。コストを下げることは重要ですが、デバイスが現場で正しく機能するという確信は貴重です。」
スワヴォミール・ワコウスキーは説明します。

デジタルツインを使用することで、物理的に同等の炉が作られるずっと前に、炉を包括的にテストすることができます。

クラウドモデル

デジタルツインを使用するもう1つの大きな利点は、最終製品の品質が高いことです。

デジタルツインを使用する際のもう1つの興味深い側面は、ビジネスへの影響です。クラウドベースの真空炉モデルにより、営業担当者は現在および新規の顧客にデバイスの性能を実証できます。もう一つの革新的な機能は、開発チームが高度なデバイス管理ソリューションをテストできることです。クラウドベースのモデルのおかげで、テスト用の物理データは不要になりました。将来的には、Simcenter Amesimによって、SECO/WARWICKが学習機械の高度な数学モデルを作成できるようになる予定です。

「Amesimと協力したおかげで、エネルギー消費量、熱変化、動的ガス圧変化をどれだけ正確にモデル化できるかを確認できました。Amesimには、さらに正確なモデルを作成し、SIMIT のコンポーネントとして使用して、デジタル世界の現実をより正確に表現できる大きな可能性を見出しています。」
とヴォイチェフ・ピアスニーは言います。

Siemens Mariusz Waśkowiczによると、デジタルツインは具体的な組織的および経済的利益をもたらすだけでなく、自動化開発の方向転換を示し、現在および将来の自動化専門家の教育にも影響を与えます。

「デジタルツインを使用すると、たとえば機械の操作やメンテナンスの責任者への効果的なtraining が可能になります。これにより、物理的な物体に触れる前にデバイスや生産ライン全体を完全に理解し、効果的に操作する方法をより迅速に学ぶことができます。また、作業の特定の側面に注意を払い、潜在的な障害の症状、ひいてはラインのダウンタイムをより迅速に特定するようになります」とMariusz Waśkowicz氏は説明します。

Marek Melnarowicz氏はまた、デジタルツインがオートメーションの専門職に対する認識に与える影響と、産業オートメーションの専門家の教育の新しい方向性の開発についても言及しています。

「モデリングのおかげで、PLC自動化の世界はITに近づきつつあります。デジタルツインの発達により、もはや現実の世界に縛られなくなり、機械やデバイスのコンポーネント、それらを制御するソフトウェアを、現実世界の条件で実装される前に開発できるようになりました」とMarek Melnarowicz氏は説明します。