Den digitale tvillingen gjør det enklere å lage simuleringsmodeller for komplekse systemer. Et nylig felles forskningsprosjekt mellom Volkswagen og Siemens viser hvordan denne tilnærmingen forbedrer effektiviteten i produksjonslinjer.
Ettersom industriroboter monterer personbiler på Volkswagens produksjonsanlegg, er arbeidernes sikkerhet viktigst. En programvarefeil kan forårsake alvorlige ulykker og materielle tap. Virtuell igangkjøring bidrar til å redusere nedetiden som kreves for igangkjøring i den virkelige verden - men det tar rundt seks uker. Siemens og Volkswagen satte derfor i gang med å redusere tiden som kreves, som en del av det fullførte EU-tilskuddsprosjektet Maya.
De eksisterende simuleringsmodellene var basert på forskjellige, domenespesifikke verktøy. Ved hjelp av Maya Simulation Framework kan Volkswagen nå kombinere modeller fra forskjellige simulatorer.
Samsimuleringsmodellene kombinerer eksisterende modeller for sikkerhetsdør, roterende indekseringsbord og produksjonsrobot for å danne et virtuelt monteringssystem for bakluke.
Nesten 70 prosent av brukerne og pilottestere hos Volkswagen er overbevist om at samsimulering vil redusere kostnadene ved virtuell igangkjøring betydelig.
En sikkerhetsdør, roterende indekseringsbord og robot er tre komponenter som trengs for montering av bakluken. Roboten henter bakluken fra det roterende indekseringsbordet, som først tipper i riktig posisjon, og deretter overfører den til neste stasjon. Den lukkede sikkerhetsdøren beskytter folk på fabrikken, men må åpnes når en ny bakluke legges på bordet.
«En produksjonslinje som den hos VW er kompleks,» sier simuleringsekspert Veronika Brandstetter, fra Siemens forsknings- og utviklingsenhet Corporate Technology (CT). «De enkelte komponentene kan være interne utviklinger eller innkjøpte produkter. I de fleste tilfeller er papirarbeid og utviklingsdokumentasjon allerede tilgjengelig, samt modeller som kommer i forskjellige detaljgrader og bruker en rekke notasjonssystemer.
Virtuell igangkjøring er ikke noe nytt for VW: «Før vi setter i bruk det virkelige produksjonsanlegget, eller til og med individuelle nye komponenter, utfører vi alltid virtuell igangkjøring,» forklarer Torben Meyer, prosjektleder for Volkswagen. «Det betyr at vi tester funksjonene først ved hjelp av en virtuell modell av systemet, som sikrer at den virkelige igangkjøringen, som innebærer å stoppe anlegget til store kostnader, går så raskt som mulig.»
Produksjonsledere må budsjettere rundt seks uker for å praktisk talt sette i gang en produksjonslinje. Omtrent to tredjedeler av det er nødvendig for å lage den virtuelle igangkjøringsmodellen i utgangspunktet.
«Prosessen med å lage en modell som denne kan gjøres mye raskere og mer effektiv hvis de ansvarlige er i stand til å bruke eksisterende og godt vedlikeholdte kilder,» konstaterer Brandstetter.
Et arbeidskrevende og feilutsatt stadium er reverse engineering. Her gjenskapes atferdsmodellen til eksisterende komponenter ved å jobbe bakover fra originalen. «Personene som har ansvaret for virtuell igangsetting står overfor den feilutsatte og arbeidskrevende utfordringen med å samle alt dette materialet fra mange forskjellige medarbeidere i flere avdelinger,» sier Brandstetter.
Den ideelle visjonen er å gjøre simuleringsmodeller og tilhørende informasjon tilgjengelig i et bibliotek, slik at disse elementene raskt kan trekkes sammen for å skape et komplett, virtuelt system. «Vi har allerede bibliotekselementer for mange systemkomponenter,» sier Brandstetter. «Men dette er fortsatt et unntak for innkjøpte produkter. Målet er å etablere Digital Testing Twin som standard
Utfordringen ligger i å lage et omfattende virtuelt system fra disse digitale komponentene, som har mange forskjellige kilder, detaljgrader og miljøer - og vanligvis ikke kan kombineres direkte med hverandre.
Det er her Siemens-ekspertene kommer inn: «Det er spesielt vanskelig når simuleringsmodellene er basert på forskjellige domenespesifikke verktøy. For vårt forskningsprosjekt konsentrerte vi oss om å finne en løsning på dette problemet, forklarer Brandstetter. «For bakluken måtte vi for eksempel imøtekomme tre separate miljøer (Process Simulate, Amesim og PLCSIM Advanced), som simulerer eller emulerer 3D-kinematikk
«Maya Simulation Coordinator orkestrerer arbeidsflytene til de enkelte simulatorene for å lage et enkelt omfattende system,» sier Brandstetter. «Sammenlignbare tilnærminger var allerede på plass innen bilutvikling, men for utvikling av produksjonsanlegg, som vårt pilotprosjekt for VW, er det en ny prosess.»
Kontrollprogramvaren for baklukkemontering ble pilotert ved hjelp av co-simulering. Brukbare simuleringsmodeller eksisterte allerede for 3D-kinematisk oppførsel og elektrisk oppførsel av de tre komponentene, men for forskjellige simuleringsmiljøer og med spesifikke funksjoner. I Maya Simulation Framework ble de kombinert med kontrollprogramvaren for å danne et virtuelt baklukkemonteringssystem, som de deretter kunne verifisere.
Brukerne og pilottestere hos Volkswagen var imponert over dette eksemplet. Nesten 70 prosent av dem er overbevist om at samsimulering vil redusere kostnadene ved virtuell igangkjøring betydelig. Volkswagens Torben Meyer er også fornøyd: «Vi tror at samsimulering gir et stort potensial for å redusere tiden som trengs for igangkjøring i produksjonslinjene våre.»
Vi tror at samsimulering gir et stort potensial for å redusere tiden som trengs for igangkjøring i produksjonslinjene våre.