Bản sao số giúp đơn giản hóa việc xây dựng các mô hình mô phỏng cho những hệ thống phức tạp. Thông qua dự án hợp tác nghiên cứu giữa Volkswagen và Siemens, cách tiếp cận này cho thấy khả năng cải thiện hiệu suất của các dây chuyền sản xuất.
Tại các cơ sở sản xuất của Volkswagen, nơi robot công nghiệp lắp ráp ô tô, an toàn của người lao động luôn được ưu tiên. Một lỗi phần mềm có thể gây ra tai nạn nghiêm trọng hoặc thiệt hại về vật chất. Giải pháp chạy thử ảo giúp giảm thời gian gián đoạn khi triển khai thực tế, nhưng vẫn cần khoảng sáu tuần để hoàn tất. Vì vậy, Siemens và Volkswagen đã phối hợp nhằm rút ngắn thời gian này trong khuôn khổ dự án Maya đã hoàn thành do EU tài trợ.
Các mô hình mô phỏng trước đây được xây dựng trên nhiều công cụ chuyên biệt theo từng lĩnh vực. Với Maya Simulation Framework, Volkswagen giờ đây có thể kết hợp các mô hình từ nhiều bộ mô phỏng khác nhau.
Các mô hình đồng mô phỏng kết hợp những mô hình sẵn có của cửa an toàn, bàn xoay định vị và robot sản xuất để tạo thành một hệ thống lắp ráp cửa hậu hoàn toàn ảo.
Gần 70% người dùng và nhóm thử nghiệm tại Volkswagen tin rằng đồng mô phỏng sẽ giúp giảm đáng kể chi phí chạy thử ảo.
Cửa an toàn, bàn xoay định vị và robot là ba thành phần chính trong quy trình lắp ráp cửa hậu. Robot sẽ gắp cửa hậu từ bàn xoay — nơi định vị đúng góc bộ phận này — sau đó chuyển sang công đoạn tiếp theo. Cửa an toàn khi đóng có vai trò bảo vệ con người trong nhà máy, nhưng sẽ mở ra khi một cửa hậu mới được đưa vào vị trí.
Veronika Brandstetter, chuyên gia mô phỏng tại bộ phận nghiên cứu & phát triển Corporate Technology (CT) của Siemens, chia sẻ: "Dây chuyền sản xuất như tại Volkswagen là một hệ thống phức tạp. Các thành phần riêng lẻ có thể do doanh nghiệp tự phát triển hoặc được cung cấp từ bên ngoài. Trong hầu hết các trường hợp, tài liệu kỹ thuật và hồ sơ phát triển đã có sẵn, cùng với các mô hình ở nhiều mức độ chi tiết khác nhau và sử dụng nhiều hệ ký hiệu đa dạng”.
Chạy thử ảo không còn xa lạ tại Volkswagen. Ông Torben Meyer, quản lý dự án tại Volkswagen, cho biết: “Trước khi đưa vào vận hành nhà máy sản xuất thực tế, hay thậm chí chỉ là một thành phần mới, chúng tôi luôn tiến hành chạy thử ảo. Nghĩa là các chức năng sẽ được kiểm thử trước trên mô hình ảo của hệ thống, nhằm tăng tốc tối đa quá trình chạy thử thực — vốn đòi hỏi dừng dây chuyền với chi phí lớn”.
Đối với một dây chuyền sản xuất, các nhà quản lý thường phải dành khoảng sáu tuần cho chạy thử ảo. Trong đó, gần hai phần ba thời gian được dùng để xây dựng mô hình chạy thử ngay từ đầu.
Brandstetter nhận định: “Có thể đẩy nhanh và tối ưu đáng kể quá trình xây dựng những mô hình như vậy nếu đội ngũ phụ trách tận dụng các nguồn dữ liệu sẵn có và được duy trì tốt”.
Một trong những công đoạn tốn nhiều công sức và dễ phát sinh sai sót là kỹ thuật đảo ngược. Ở bước này, mô hình hành vi của các thành phần hiện có được tái dựng lại bằng cách suy ngược từ hệ thống ban đầu. Brandstetter cho biết: “Những người phụ trách chạy thử ảo phải đối mặt với nhiệm vụ tốn công sức và dễ sai sót: thu thập toàn bộ dữ liệu này từ các đồng nghiệp tại nhiều bộ phận khác nhau”.
Tầm nhìn lý tưởng là xây dựng một thư viện nơi các mô hình mô phỏng và thông tin liên quan được lưu trữ sẵn, cho phép nhanh chóng kết hợp các thành phần này để tạo nên một hệ thống ảo hoàn chỉnh. Brandstetter chia sẻ thêm: “Chúng tôi đã có sẵn các phần tử thư viện cho nhiều thành phần hệ thống. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa phổ biến đối với các sản phẩm mua ngoài. Mục tiêu là đưa Bản sao thử nghiệm số trở thành tiêu chuẩn.”
Thách thức nằm ở việc xây dựng một hệ thống ảo hoàn chỉnh từ các thành phần số có nguồn gốc, mức độ chi tiết và môi trường hoạt động khác nhau — vốn thường không thể kết hợp trực tiếp với nhau.
Đây chính là lúc các chuyên gia của Siemens phát huy vai trò. Brandstetter giải thích: “Khó khăn đặc biệt xuất hiện khi các mô hình mô phỏng được xây dựng trên những công cụ chuyên biệt theo từng lĩnh vực. Trong dự án nghiên cứu này, chúng tôi tập trung giải quyết chính vấn đề đó. Ví dụ, với quy trình lắp ráp cửa hậu, chúng tôi phải tích hợp ba môi trường riêng biệt (Process Simulate, Amesim và PLCSIM Advanced) - vốn dùng để mô phỏng hoặc giả lập động học 3D
Brandstetter cho biết: “Maya Simulation Coordinator điều phối các quy trình của từng bộ mô phỏng riêng lẻ để tạo thành một hệ thống tổng thể hoàn chỉnh. Những cách tiếp cận tương tự đã được áp dụng trong lĩnh vực phát triển ô tô, nhưng đối với phát triển nhà máy sản xuất — như dự án thí điểm của chúng tôi với Volkswagen — đây là một quy trình hoàn toàn mới”.
Phần mềm điều khiển cho quá trình lắp ráp cửa hậu đã được thử nghiệm bằng đồng mô phỏng. Các mô hình mô phỏng khả dụng cho hành vi động học 3D và hành vi điện của ba thành phần đã tồn tại sẵn, tuy nhiên lại thuộc các môi trường mô phỏng khác nhau và có những đặc điểm riêng biệt. Trong Maya Simulation Framework, các mô hình này được kết hợp với phần mềm điều khiển để tạo thành một hệ thống lắp ráp cửa hậu ảo hoàn chỉnh, từ đó có thể tiến hành kiểm chứng.
Người dùng và các nhóm thử nghiệm tại Volkswagen đánh giá cao ví dụ này. Gần 70% trong số họ tin rằng đồng mô phỏng sẽ giúp giảm đáng kể chi phí chạy thử ảo. Ông Torben Meyer từ Volkswagen cũng hào hứng chia sẻ: “Chúng tôi tin rằng đồng mô phỏng mang lại tiềm năng lớn trong việc rút ngắn thời gian chạy thử trên các dây chuyền sản xuất của Volkswagen”.
Chúng tôi tin rằng đồng mô phỏng mang lại tiềm năng lớn trong việc rút ngắn thời gian chạy thử trên các dây chuyền sản xuất.