STUDIJA SLUČAJA

Digitalni blizanac za toplotnu obradu

Da bi pojednostavili operacije i smanjili rizik od grešaka, SECO/VARVICK je implementirao Siemensova digitalna dvostruka rešenja.

Proces toplotne obrade metala je izuzetno složen sa tehnološkog stanovišta. Zahteva održavanje odgovarajućih radnih parametara, kao i specifičnih bezbednosnih uslova. Ovo predstavlja značajne izazove za proizvođače savremenih industrijskih peći. Da bi se smanjio rizik od potencijalnih grešaka i poboljšala procese proizvodnje i montaže na licu mesta, SECO/VARVICK grupa koristi rešenja zasnovana na digitalnom blizancu koji je obezbedio Siemens.

SECO/VARVICK je proizvođač tehnološki naprednih peći za toplotnu obradu metala, dizajniranih i proizvedenih u skladu sa individualnim potrebama kupaca. Ključni faktor u izboru tehnologije peći i tehničkih rešenja je naplata kupca (radno opterećenje), odnosno metalni proizvod koji se termički obrađuje. Na osnovu toga se bira odgovarajuća tehnologija, proces i recept koji utiču na nivo složenosti opreme i sistema upravljanja. Vrsta tehnologije toplotne obrade takođe određuje izbor mera bezbednosti koje štite zaposlene od potencijalnih opasnosti.

„Za inženjera automatizacije koji se bavi projektovanjem peći ključno je temeljno poznavanje tehnologije i parametara procesa, kao i svest o potencijalnim rizicima. Na primer, vakuumske peći za toplotnu obradu programirane su sasvim drugačije od opreme koja se koristi za obradu aluminijuma ili vakuumsku metalurgiju, uprkos tome što imaju sličnu hardversku strukturu. Razumevanje tehnologije omogućava predviđanje potencijalnih opasnosti i primenu odgovarajućih zaštitnih mera,
naglašava Slavomir Vachovski, direktor Odeljenja za automatizaciju u SECO/VARVICK.

SECO/VARVICK je proizvođač tehnološki naprednih peći za toplotnu obradu metala.

Digitalni blizanac podržava modeliranje i testiranje

Da bi pojednostavili rad i smanjili rizik od grešaka, SECO/VARVICK je odlučio da koristi digitalna dvostruka rešenja koje pruža Siemens. Kompanija koristi, između ostalog, softver SIMIT za kreiranje digitalnih modela vakuumskih, atmosferskih i peći za topljenje. Ovaj alat se takođe koristi za testiranje sistema automatizacije pre nego što se softver preda na rad. Kompanija takođe koristi SIMIT jedinicu za podršku proizvodnom procesu i konfiguraciji kontrolnih ormara kroz potpunu simulaciju testova hardverskih ormara. Za naprednije modele, kao što su sistemi pumpanja, Simcenter Amesim simulaciona platforma se koristi za simulaciju performansi i za pomoć u odabiru odgovarajuće veličine vakuumskih pumpi.

„Trenutno u našim modelima simuliramo nekoliko vrsta opreme. Glavni razlog zbog kojeg smo odlučili da koristimo digitalnog blizanca bila je složenost kontrolnog softvera i raznovrsnost izazova sa kojima smo se morali suočiti. Mnogi od ovih problema postali su očigledni tek tokom testiranja i puštanja u rad - to jest, u završnoj fazi, kada je oprema već napustila naš objekat,“
objašnjava Radoslav Gorovi, inženjer digitalnog modeliranja i simulacije u SECO/VARVICK.

Ispitivanje peći „na stolu“

Digitalna dvostruka rešenja koja koristi SECO/VARVICK omogućavaju identifikaciju potencijalnih grešaka i problema već u ranim fazama rada na datom uređaju.

Digitalna dvostruka rešenja koja koristi SECO/VARVICK omogućavaju identifikaciju potencijalnih grešaka i problema već u ranim fazama rada na datom uređaju. Modeliranje i testiranje uz upotrebu simulacionog softvera značajno poboljšavaju efikasnost rada. Oni takođe povećavaju pouzdanost rešenja koja se razvijaju. Kao rezultat toga, industrijske peći za toplotnu obradu metala mogu se isporučiti i puštati u rad brže, po nižim troškovima i uz smanjeni unos radne snage.

„Težnja ka inovacijama je veoma važan faktor koji pokreće razvoj naše kompanije. U tom pogledu, digitalni blizanac je 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 sisteme automatizacije. Trenutno razvijamo modele za peći za preradu aluminijuma i vakuumsku metalurgiju. Takođe imamo svoje prvo iskustvo u modeliranju atmosferskih peći, koje predstavljaju važan segment rešenja koja razvijamo,“
objašnjava Slavomir Vachovski.

SECO/VARVICK koristi SIMIT softver, između ostalog, za simulaciju ulaznih i izlaznih signala kontrolnih sistema, za pružanje detaljne simulacije ponašanja uređaja i za modeliranje procesa koristeći namenske tehnološke biblioteke.

„U ovom rešenju, SIMIT je ključni alat; međutim, da bi se u potpunosti iskoristile njegove mogućnosti, sistem je proširen sa PLCSIM Advanced - emulatorom kontrolera - i VinCC za HMI operatersku ploču. Integracija sa TIA portalom omogućava modifikaciju kontrolnog programa u realnom vremenu (Softver-in-the-Loop). Simulacioni model takođe može da komunicira sa fizičkim kontrolerom koristeći SIMIT UNIT (Hardvare-in-the-Loop),“
objašnjava Mariusz Vaskovicz, stručnjak za Solutions za digitalizaciju koji podržava projekat u ime kompanije Siemens. Ispitivanje opreme i automatizacije vrši se bukvalno „na stolu“, gde se primenjena tehnološka rešenja verifikuju pre konačnog puštanja u rad.

„Upravljački ormar je povezan sa SIMIT jedinicom i testiran pomoću ovog alata u pogledu hardvera i performansi merenja. To nam daje poverenje da neće stvoriti probleme, a ako se bilo kakvi problemi pojave na licu mesta, oni će proizaći iz drugih uzroka vezanih za fizičku implementaciju projekta, a ne iz komponenti koje smo koristili,“
objašnjava Vojciech Piasni, zamenik direktora Odeljenja za automatizaciju u SECO/VARVICK-u.

Digitalni dvostruki softver samo je jedan od mnogih elemenata Siemens ecosystem koji koristi proizvođač. Čitav sistem upravljanja zasnovan je na Siemensovim rešenjima. Kontrolom sistema upravlja kontroler S7-1500 zajedno sa njegovim modulima. Siemens takođe isporučuje industrijski računari i dodirni paneli koji služe kao korisnički interfejs. Pored toga, sigurnosni sistemi su izgrađeni na bezbednosnim rešenjima proizvođača. Siemens komponente se takođe koriste u upravljačkim ormarima, uključujući kontaktore, krug

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

Sistemi se kontrolišu pomoću kontrolera i modula S7-1500.

Kako model razgovara sa kontrolerom?

Modeliranje uzima u obzir sve procese koji se odvijaju u peći: pumpanje, grejanje peći, hlađenje i ugljičenje. U fizičkom svetu takav proces traje od nekoliko sati do - u slučaju određenih uređaja - čak i nekoliko dana. Korišćenjem simulacionih rešenja zasnovanih na digitalnom blizancu uređaja, ovo se može značajno ubrzati i peć se može sveobuhvatno testirati mnogo pre nego što se stvori njen fizički pandan. Tokom modeliranja simuliraju se i digitalni i analogni parametri, kao što su temperatura i vakuum. Tokom testiranja verifikuje se rad prekidača, kontaktora i drugih uređaja povezanih na kontrolni ormar, uključujući ceo sigurnosni sistem.

„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 pojedinačne komponente peći, njihovu strukturu, a zatim ih predstavljamo u modelu koji kreiramo. Na osnovu električnih dijagrama povezujemo model sa PLC-om putem ulaza/izlaza, omogućavajući nam testiranje rada pojedinih tehnoloških programa. Dodatna prednost je mogućnost korišćenja dostupnih ulaza/izlaza „, objašnjava Radoslav Gorovi.

Modeliranje uzima u obzir sve procese koji se javljaju u peći: uključujući pumpanje, grejanje peći, hlađenje i ugljikovanje.

SECO/VARVICK konstruiše modele dizajnirane da odražavaju stvarnost što vernije. Ali to nije sve, jer se stvaraju i simulacije koje generišu sintetičke podatke za analizu. Takve simulacije omogućavaju razvojnom timu, na primer, da testira rešenja posvećena platformi FurnacePlus, koja proširuje funkcionalnost uređaja Grupe sa sistemima prediktivnog i energetskog upravljanja. Razumevanje potreba interfejsa kupca takođe je važan aspekt dizajna rešenja, jer je ergonomija ključna iz bezbednosnih razloga.

„Kupci koji ne moraju pretjerano da brinu o opasnim nesrećama tokom rada peći imaju različite potrebe od onih kada je zbog korišćene tehnologije obrade materijala rizik značajan i može imati ozbiljne posledice. U drugom slučaju imamo posla sa visoko kvalifikovanim operaterima koji takođe zahtevaju specijalizovani interfejs u uređajima koje koriste,“
napominje Marek Melnarovič, menadžer prodaje u kompaniji Siemens Polska.

Testiranje rešenja u simulacijskim alatima digitalnog blizanca događa se tokom primopredaje upravljačkog ormara i softvera. Zatim, odeljenje za montažu implementira dizajn i vrši završnu montažu uređaja. Konačno, odeljenje za usluge sprovodi fizičko testiranje. Konačna potvrda da je usvojeni model pravilno implementiran je njegova verifikacija na ciljnom objektu.

„Modeli koje koristimo za simulaciju i testiranje dovoljno su zreli i dovoljno brzi da stvore da nam praktično štede vreme. Još važnije, oslobađaju dragocene resurse za automatizaciju, jer ih ne moramo angažovati u fizičkom testiranju uređaja sa servisom, bilo u objektu SECO/VARVICK ili direktno u prostorijama kupca. Vreme provedeno u pripremi modela takođe se isplati većim duševnim mirom kada je u pitanju planiranje rada, pogotovo zato što nas svaki naredni model košta manje zbog sukcesivno izgrađene biblioteke sopstvenih komponenti. Ušteda vremena zahvaljujući digitalnom blizancu je stoga ogromna,“
objašnjava S. Vačovski.

Brže, sigurnije i ekonomičnije

Nakon nekoliko meseci rada sa SIMIT-om i SIMIT jedinicom, SECO/VARVICK vidi značajne koristi od korišćenja alata koji pružaju sveobuhvatna rešenja za testiranje automatizacije. Među ključnim prednostima primene rešenja za modeliranje i testiranje je smanjenje vremena potrebnog za montažu peći i puštanje u rad u objektu kupca.

„Pre primene digitalnog blizanca, u slučaju vakuumske peći, ispitivanje u kombinaciji sa tehnološkim ispitivanjima trajalo je 2 do 2,5 nedelje za servisera i 4-5 dana za inženjera automatizacije. Testiranje na kreiranom modelu nekoliko puta je skratilo njihovo radno opterećenje. Za sisteme sastavljene od nekoliko ili desetak uređaja, ova vremena se proporcionalno smanjuju sa prosečnih 400-500 sati na 100-150, što znači značajne uštede. Smanjuje se i opterećenje električnih instalatera. Niži troškovi su važni, ali osećaj sigurnosti da će uređaj ispravno funkcionisati na licu mesta je neprocenjiv“,
objašnjava Slavomir Vachovski.

Korišćenjem digitalnog blizanca, peć se može sveobuhvatno testirati mnogo pre nego što se stvori njen fizički ekvivalent.

Model oblaka

Još jedna značajna prednost korišćenja digitalnog blizanca je veći kvalitet finalnog proizvoda.

Još jedan zanimljiv aspekt korišćenja digitalnog blizanca su njegove poslovne implikacije. Model vakuumske peći zasnovan na oblaku omogućava prodavačima da demonstriraju performanse uređaja trenutnim i novim kupcima. Još jedna inovativna karakteristika je mogućnost razvojnog tima da testira napredna rešenja za upravljanje uređajima. Zahvaljujući modelu zasnovanom na oblaku, više im nisu potrebni fizički podaci za testiranje. U budućnosti će Simcenter Amesim takođe omogućiti SECO/VARVICK-u da kreira napredne matematičke modele mašina za učenje.

„Zahvaljujući radu sa Amesimom, uspeli smo da proverimo koliko smo tačno u stanju da modeliramo potrošnju energije, toplotne promene i dinamičke promene pritiska gasa. U Amesimu vidimo veliki potencijal za stvaranje još tačnijih modela, koje onda možemo koristiti kao komponente SIMIT-a i tačnije predstaviti stvarnost u digitalnom svetu,“
kaže Vojciech Piasni.

Prema Mariuszu Vaskoviczu iz Siemensa, digitalni blizanac ne samo da pruža opipljive organizacione i ekonomske koristi, već i signalizira pomak u pravcu razvoja automatizacije, pa čak i utiče na obrazovanje sadašnjih i budućih stručnjaka za automatizaciju.

„Upotreba digitalnog blizanca omogućava efikasnu obuku, na primer, za one koji su odgovorni za rad ili održavanje mašine. To im omogućava da temeljno razumeju uređaj ili celu proizvodnu liniju pre nego što uopšte stupe u interakciju sa fizičkim objektom, naučivši tako kako da efikasnije upravljaju njime brže. Takođe će obratiti pažnju na specifične aspekte rada i brže identifikovati simptome potencijalnih neuspeha, a samim tim i zastoja na liniji „, objašnjava Mariusz Vaskovicz.

Marek Melnarovič takođe primećuje uticaj digitalnog blizanca na percepciju profesije automatizacije i razvoj novih pravaca za obrazovanje stručnjaka za industrijsku automatizaciju.

„Zahvaljujući modeliranju, svet PLC automatizacije približava se IT-u. Razvoj digitalnog blizanca znači da nas fizički svet više ne vezuje i možemo raditi na komponentama mašina i uređaja i softveru koji ih kontroliše pre nego što se implementiraju u stvarnim uslovima „, objašnjava Marek Melnarovič.