Pełna prędkość na linii produkcyjnej

Cyfrowy bliźniak ułatwia tworzenie modeli symulacyjnych dla złożonych systemów. Niedawny wspólny projekt badawczy firm Volkswagen i Siemens pokazuje, w jaki sposób podejście to zwiększa wydajność linii produkcyjnych.

Wspólne działania na rzecz bezpieczeństwa pracowników

W zakładach produkcyjnych Volkswagena, gdzie montażem samochodów osobowych zajmują się roboty przemysłowe, bezpieczeństwo pracowników ma nadrzędne znaczenie. Błąd oprogramowania może spowodować poważne wypadki i straty materialne. Wirtualne uruchomienie pomaga skrócić czas przestoju niezbędny do przeprowadzenia uruchomienia w rzeczywistych warunkach — jednak proces ten trwa około sześciu tygodni. W ramach zrealizowanego projektu Maya, finansowanego z funduszy unijnych, firmy Siemens i Volkswagen postanowiły zatem skrócić ten czas.

Przyspieszenie wirtualnego uruchomienia w firmie Volkswagen

Łącz i dopasowuj, aby stworzyć nowy proces symulacji

Dotychczasowe modele symulacyjne opierały się na różnych narzędziach przeznaczonych do konkretnych zastosowań. Dzięki wykorzystaniu platformy Maya Simulation Framework firma Volkswagen może teraz łączyć modele pochodzące z różnych symulatorów.

Wspólne symulacje i weryfikacja w celu pomyślnego przeprowadzenia projektu pilotażowego

Modele współsymulacyjne łączą istniejące modele drzwi bezpieczeństwa, obrotowego stołu indeksującego i robota produkcyjnego, tworząc wirtualny system montażu tylnej klapy.

Niższe koszty wirtualnego uruchomienia

Prawie 70 procent użytkowników i uczestników testów pilotażowych w firmie Volkswagen jest przekonanych, że współsymulacja znacznie obniży koszty wirtualnego uruchomienia.

Od wielu pojedynczych modeli do współsymulacji

Zespół tylnej klapy samochodu marki Volkswagen montowany przez maszynę firmy Siemens.

Złożone systemy, obszerna dokumentacja

Drzwi bezpieczeństwa, obrotowy stół indeksujący i robot to trzy elementy niezbędne do montażu tylnej klapy. Robot pobiera tylną klapę z obrotowego stołu indeksującego, który najpierw ustawia ją w odpowiedniej pozycji, a następnie przenosi do następnej stacji. Zamknięte drzwi bezpieczeństwa chronią pracowników w fabryce, ale muszą zostać otwarte, gdy na stole umieszczana jest nowa tylna klapa.

„Linia produkcyjna, taka jak ta w VW, jest złożona” – mówi ekspertka ds. symulacji Veronika Brandstetter z działu badań i rozwoju Siemens Corporate Technology (CT). „Poszczególne komponenty mogą być opracowane wewnętrznie lub zakupione. W większości przypadków dostępna jest już dokumentacja papierowa i dokumentacja projektowa, a także modele o różnym stopniu szczegółowości i wykorzystujące różne systemy notacji”.

Wirtualne uruchomienie jest standardem, ale wymaga sporo czasu

Wirtualne uruchomienie nie jest dla VW niczym nowym: „Zanim uruchomimy rzeczywisty zakład produkcyjny, a nawet poszczególne nowe komponenty, zawsze przeprowadzamy wirtualne uruchomienie” – wyjaśnia kierownik projektu w Volkswagenie, Torben Meyer. „Oznacza to, że najpierw testujemy funkcje przy użyciu wirtualnego modelu systemu, co gwarantuje, że rzeczywiste uruchomienie – wiążące się z kosztownym zatrzymaniem zakładu – przebiega tak szybko, jak to tylko możliwe”.

Kierownicy produkcji muszą przeznaczyć około sześciu tygodni na wirtualne uruchomienie linii produkcyjnej. Około dwie trzecie tego czasu potrzeba przede wszystkim na stworzenie modelu wirtualnego uruchomienia.

„Proces tworzenia takiego modelu można znacznie przyspieszyć i usprawnić, jeśli osoby odpowiedzialne za to zadanie będą mogły korzystać z istniejących i dobrze utrzymanych źródeł” – zauważa Brandstetter.

Wizja systemu modułowego

Jednym z etapów wymagających dużego nakładu pracy i podatnych na błędy jest inżynieria odwrotna. Na tym etapie model zachowania istniejących komponentów odtwarza się poprzez analizę wsteczną oryginału. „Osoby odpowiedzialne za wirtualne uruchomienie muszą mierzyć się z podatnym na błędy i czasochłonnym zadaniem gromadzenia wszystkich tych materiałów od wielu współpracowników z różnych działów” — mówi Brandstetter.

Idealną wizją jest udostępnienie modeli symulacyjnych oraz powiązanych informacji w formie biblioteki, co umożliwi szybkie łączenie tych elementów w celu stworzenia kompletnego, wirtualnego systemu. „Dla wielu komponentów systemowych mamy już elementy biblioteczne” — mówi Brandstetter. „Jednak w przypadku produktów kupowanych od zewnętrznych dostawców jest to nadal wyjątek. Celem jest ustanowienie Digital Testing Twin jako standardu.”

Łączenie wszystkich elementów

Wyzwaniem jest stworzenie kompleksowego systemu wirtualnego z tych cyfrowych komponentów, które pochodzą z wielu różnych źródeł, charakteryzują się różnym stopniem szczegółowości i są przeznaczone do różnych środowisk — a zazwyczaj nie da się ich bezpośrednio połączyć.

W tym miejscu do akcji wkraczają eksperci firmy Siemens: „Szczególnie trudne jest to w przypadku, gdy modele symulacyjne opierają się na różnych, specyficznych dla danej dziedziny narzędziach. W ramach naszego projektu badawczego skupiliśmy się na opracowaniu rozwiązania tego problemu” — wyjaśnia Brandstetter. „Na przykład w przypadku montażu tylnej klapy musieliśmy uwzględnić trzy odrębne środowiska (Process Simulate, Amesim i PLCSIM Advanced), które symulują lub emulują kinematykę 3D

Zakład produkcyjny Volkswagena z dużym budynkiem i maszynami na pierwszym planie.

Uruchomienie rewolucyjnego programu pilotażowego

„Koordynator symulacji Maya koordynuje przebieg pracy poszczególnych symulatorów, tworząc jeden kompleksowy system” – mówi Brandstetter. „Podobne rozwiązania były już stosowane w dziedzinie rozwoju motoryzacji, ale w przypadku projektowania zakładów produkcyjnych, takich jak nasz projekt pilotażowy dla VW, jest to nowy proces”.

Oprogramowanie sterujące do montażu tylnej klapy zostało przetestowane przy użyciu współsymulacji. Istniały już działające modele symulacyjne zachowania kinematycznego 3D i zachowania elektrycznego trzech komponentów, ale dla różnych środowisk symulacyjnych i z konkretnymi cechami. W Maya Simulation Framework zostały one połączone z oprogramowaniem sterującym, tworząc wirtualny system montażu tylnej klapy, który następnie można było zweryfikować.

Spojrzenie w przyszłość

Użytkownicy i uczestnicy testów pilotażowych w firmie Volkswagen byli pod wrażeniem tego przykładu. Prawie 70 procent z nich jest przekonanych, że współsymulacja znacznie obniży koszty wirtualnego uruchomienia. Torben Meyer z Volkswagena również jest zadowolony: „Uważamy, że współsymulacja oferuje ogromny potencjał w zakresie skrócenia czasu potrzebnego na uruchomienie naszych linii produkcyjnych”.

Grupa osób w strojach służbowych stojąca razem w biurze.

Uważamy, że współsymulacja oferuje ogromny potencjał w zakresie skrócenia czasu potrzebnego na uruchomienie naszych linii produkcyjnych.

Torben Meyer, Kierownik projektu, Volkswagen

Rozpocznij swoją podróż

Skontaktuj się z nami