Search

Simulation ist eine etablierte Methode bei der Entwicklung von technischen Systemen. Allerdings erfordert sie meist spezielle Kenntnisse sowie zusätzliche Aufwände bei der Erzeugung der Modelle und zur Ausführung der Simulationen. Mit dem Trend der Digitalisierung und der Technologie des „Digitalen Zwillings“ verstärkt sich der Impuls, ihren Einsatz und ihre durchgängige Verwendung in allen Lebenszyklusphasen eines Systems zu ermöglichen. Der vorliegende Beitrag diskutiert die damit mögliche, veränderte Rolle der Simulation und die sich ergebenden Chancen für virtuelle Inbetriebnahme-Modelle und beschreibt entsprechende technologische Aspekte zur Weiterentwicklung der Simulation.

Die Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen bildet nach wie vor eine grundsätzliche Herausforderung in allen Phasen des Anlagen- und Produktlebenszyklus. Gleichzeitig wird eine objektive und möglichst breit einsetzbare Qualitätsmetrik dann notwendig, wenn ein Simulationsmodell ein Teil der Lieferung einer Anlage oder ihrer Komponenten wird und als wesentlicher Bestandteil des Digitalen Zwillings über den gesamten Lebenszyklus weiterentwickelt wird. Im ersten Teil dieses Beitrages „Identifikation und Clustering von Qualitätskriterien“ (atp magazin 6/7-2020) wurden Attribute identifiziert, welche als maßgebliche Grundlage für die Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen dienen. In diesem zweiten Beitragsteil werden unterschiedliche Bewertungsmechanismen eingeführt, mit deren Hilfe eine quantifizierte Einordnung in unterschiedliche Qualitätsniveaus möglich wird. Darüber hinaus beschreibt der Beitrag die aus der Validierung der komplettierten Metrik gewonnenen Erkenntnisse und zeigt den weiteren Entwicklungs- und Diskussionsbedarf auf.

Zunehmend suchen Komponentenhersteller nach Lösungen zur Bereitstellung von digitalen Abbildern ihrer realen Komponenten. Ziel ist es, dass Kunden damit ihre Automatisierungskonzepte virtuell validieren und Steuerungssysteme im Entwicklungsprozess anhand einer virtuellen Inbetriebnahme eingehend testen und optimieren können. Simulationswerkzeuge für die virtuelleInbetriebnahme bieten mittlerweile vielfältige Schnittstellen zur Einbindung bestehender Teilmodelle bei der Modellierung eines digitalen Zwillings einer Maschine oder Anlage. In diesem Beitrag wird die Online-Plattform „TwinStore“ für den Austausch von Simulationsmodellen zur virtuellen Inbetriebnahme vorgestellt.

Der X-in-the-Loop Entwicklungsprozess nimmt einen großen Stellenwert in der heutigen Entwicklung und Inbetriebnahme von Produktionssystemen im Maschinenbau ein. In Zukunft wird die Bedeutung der Aus- und Weiterbildung technischer Fachkräfte z.B. für den Betrieb der Anlagen weiter zunehmen. Zu diesem Zweck werden bislang im Engineering entstehende virtuelle Anlagenmodelle in Kombination mit modernen Visualisierungstechnologien nur vereinzelt eingesetzt. Dies ist neben dem großen Erstellungsaufwand auch auf die fehlende Konsistenz der Modelle zurückzuführen. Der Beitrag stellt dazu einen Lösungsansatz zur Verknüpfung von Hardware-in-the-Loop Simulationen mit modernen Visualisierungsmethoden zu einer Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation vor. Die Funktionsfähigkeit des Konzepts wird an einem ausgewählten Produktionssystem nachgewiesen.

Bei der Entwicklung von Produkten und im Engineerung von Maschinen und Anlagen kommen heute Modellierung und Simulation zum Einsatz. Durch die Struktur der betrachteten Systeme und das verteilte Arbeiten entstehen häufig einzelne Simulationsmodelle, die für viele Anwendungen kombiniert werden müssen. Eine simulationstechnische Lösung stellt die Co-Simulation dar. Mit dem zunehmenden Einsatz der Simulation in Betrieb und Service steigt zusätzlich der Bedarf an leistungsfähigen Co-Simulationstechniken an, um kooperativ arbeitende digitale Zwillinge zu realiseren. Der Beitrag gibt einen Überblick zu bestehenden Umsetzungen mit dem Schwerpunkt für die virtuelle Inbetriebnahme des Automatisierungssystems.

Bei der virtuellen Planung, Auslegung und Inbetriebnahme steigen die Anforderungen an die Aussagekraft Digitaler Zwillinge zur umfassenden Abbildung der Interaktionen zwischen Prozess, Maschine, Steuerungssystem und Bediener. Die Zunahme der Modellkomplexität eines Digitalen Zwillings stellt die Echtzeitsimulation vor neue Herausforderungen. Dieser Beitrag stellt eine Echtzeit-Co-Simulations Plattform für die Virtuelle Inbetriebnahme mit Hilfe eines Digitalen Zwillings vor. Diese umfasst (i) die Integration leistungsfähiger technologiespezifischer Simulationsmodelle durch Ansätze zur Modellintegration und (ii) die Echtzeit-Co-Simulation auf Basis von Separations-, Parallelisierungs-, Synchronisations- und Datenaustauschmechanismen.