A virtuális üzembe helyezés átalakítja a tervezési folyamatot azáltal, hogy számítógépes szimulációkat alkalmaz a gyártási rendszerek tesztelésére és optimalizálására, mielőtt azok fizikailag megépülnének. Ez a megközelítés nemcsak egyszerűsíti a beállítási folyamatot és csökkenti a költségeket, hanem növeli a hatékonyságot, emeli a dolgozók szakértelmét és fokozza a gyár teljesítményét is. Tudjon meg többet arról, mit is jelent a virtuális üzembe helyezés, és hogyan használhatja ezt a technológiát a gyártási műveletek fejlesztésére a Visual Components segítségével.

A virtuális üzembe helyezés nemcsak abban segít a gyártóknak, hogy a projekttervben meghatározott gyári átvételi tesztelés (FAT) időpontját betartsák, hanem biztosítja, hogy átmenjenek az FAT-on, sőt, bizonyos esetekben még a virtuális FAT-ot is lehetővé teszi. Gyakran az üzemleállítási ütemtervek vagy a termékbevezetések miatt bekövetkező FAT-határidő elmulasztása költséges késésekhez és kiterjedt hibákhoz vezet. Ezt a helyzetet minden projektben érdekelt fél igyekszik elkerülni, ami gyakran hosszabb munkaidőt és teljesítménybeli kompromisszumokat tesz szükségessé.

Az ilyen projektek késedelmeinek elemzése következetesen az üzembe helyezést jelöli meg fő bűnösként. A probléma az, hogy a rendszer fizikai befejezéséig a vezérlőszoftvert nem lehet tesztelni és hibakeresést végezni.

Erre a problémára a modern gyártásszimulációs eszközök adják meg a választ. A továbbiakban kifejtésre kerül mi az a virtuális üzembe helyezés, hogyan lehet sikeresen elvégezni, és milyen előnyökkel jár. Ez a cikk a következőkkel foglalkozik:

• Szoftver és üzembe helyezés
• A virtuális üzembe helyezés előnyei
• A virtuális üzembe helyezés lépésről lépésre történő útmutatója
• Esettanulmányok
• Miért a virtuális üzembe helyezés a jövő

Szoftver és üzembe helyezés

A programozható logikai vezérlő (PLC) megjelenése óta a gyártógépek és automatizált berendezések a szoftverekre támaszkodnak. A szoftver kezeli az érzékelőket, és jeleket küld az aktuátoroknak, amelyek a gépet a kívánt műveletsorozaton keresztül vezetik.

A szoftver teszteléséhez mindig is szükség volt egy gépre, amelyen futtatható, így csak a gép fizikai elkészülte után kezdődhet meg a gép üzemképessé tételének folyamata. Mint a szoftverek esetében mindig, itt is lesznek tévedések, hibák és hiányosságok, valamint időzítési problémák, amelyeket mind ki kell javítani. Ez időbe telik, amit nagyon nehéz megbecsülni a projekttervben. Szinte elkerülhetetlen, hogy váratlan problémák merüljenek fel, és a projekt előrehaladása elcsússzon.

A virtuális üzembe helyezés átrendezi ezt a sorrendet, ami csökkenti az üzembe helyezés a projekt kritikus szakaszára mért hatását. Ebben a szakaszban megtudhatja mi is az a virtuális üzembe helyezés. Majd azt is, miként kapcsolódik a hagyományos üzembe helyezéshez és a digitális ikrek Ipar 4.0 koncepciójához.

Mi az a virtuális üzembe helyezés?

Egy tankönyv a következőképpen írja le: “egy rendszer tervezésének és működésének beállítása, tesztelése és validálása virtuális környezetben, számítógépen”. Gyakorlatiasabb magyarázat szerint a szoftverek segítségével teszteli és validálja a vezérlőszoftvert, mielőtt a fizikai gépet megépítenék.

Ennek oka annak biztosítása, hogy a szoftver és a hardver helyesen legyen beállítva, és a valós világban történő telepítés után rendeltetésszerűen működjön. Ha ezt a gép megépítése előtt végezzük el, akkor az üzembe helyezési munka nagy része kikerül a projekt kritikus szakaszából, mivel a projekt fizikai felépítésével párhuzamosan, vagy akár a projekt korábbi szakaszában is elvégezhető lesz.

Az automatizálási megoldások legtöbb szolgáltatójának még mindig van egy üzembe helyezési fázisa a gép működésének kipróbálására. A kockázat és a bizonytalanság nagy része azonban megszűnik a szoftverproblémák korábbi felderítésének és kezelésének köszönhetően.

A gép létrehozása szoftverben

A gép statikus ábrázolása 3D CAD segítségével készül. Ahhoz azonban, hogy úgy működjön, ahogy a fizikai gép fog, szükség van a kinematikára, azaz, az általa végrehajtott mozgásokra, valamint egy vezérlőrendszerre, azaz a bemenetekre, kimenetekre és az időzítésre vagy szekvenciákra is.

A robotok különleges kihívást jelentenek a kinematikai modellezés számára, mivel jellemzően öt-hét tengellyel rendelkeznek, és vezetőpályák és sínek korlátai nélkül mozoghatnak a térben. A robotszimulációs és offline programozási (OLP) szoftverek segítenek ezekben a kihívásokban.

Virtuális gép vagy digitális iker?

A digitális ikreket ismerők észrevehetik, hogy a virtuális gép leírása hasonló. Van azonban néhány fontos különbség:

1. A gépet fizikailag nem építették meg, így nincs semmi, aminek digitális ikertestvére lehetne, a virtuális modell önmagában áll.
2. A digitális ikertestvér adatkapcsolatokkal rendelkezik az általa modellezett vagy reprezentált fizikai rendszerhez, így a valós értékek átkerülhetnek a virtuális rendszerbe
3. A virtuális gépen történő virtuális üzembe helyezés célja a hibák és problémák felderítése a gép megépítése előtt, míg a digitális iker célja a fizikai rendszer reprodukálása a tesztelés és a koncepciók értékelése céljából.

Ha a gép már létezik és üzembe helyezték, a virtuális üzembe helyezési layout digitális ikertestvérré alakítható, vagy a digitális modell tekinthető az eredetinek, a fizikai gép pedig a virtuális elrendezés ikertestvérének vagy másolatának. Ez a virtuális kísérletezés és tesztelés lehetővé tételével még inkább növelné a befektetett idő és erőfeszítés megtérülését. A digitális iker felhasználható lenne a termék ütemezés alternatív módjainak tesztelésére, vagy különböző csomagméretek tesztelésére egy rendszeren keresztül. A “Digitális ikrek és virtuális üzembe helyezés” című blogbejegyzés további információkat tartalmaz.

A virtuális üzembe helyezés előnyei

A virtuális üzembe helyezés okai már említésre kerültek. Most többet tudhat meg a gépgyártók és az automatizálási megoldások szolgáltatói számára jelentkező előnyökről.
Ezek a következők:

• Korai felismerés
• Csökkentett átfutási idő
• Költség megtakarítás
• Rugalmasság a tervezésben és a megvalósításban
• Képzés
• Nagyobb biztonság

Korai felismerés

A gépben lévő szenzor érzékeli az alkatrész jelenlétét. Amíg ez nem történik meg, addig a gép nem jár. A PLC azonban kihagyhat egy rossz időben küldött impulzust, így a gép “várakozó” állapotban marad.

Egy ilyen problémát a hagyományos üzembe helyezés során találnak és oldanak meg. Azonban az érzékelők, aktuátorok és kódsorok számának figyelembevételével nyilvánvalóvá válik, hogy jelentős időre lehet szükség ahhoz, hogy a gép teljesen működőképes legyen.

A virtuális üzembe helyezés az ilyen jellegű problémákat is megtalálja, de a kódsorok módosításához szükséges idő nem fogja késleltetni a projektet, az építés folytatódhat, amíg a programozó megtalálja és végrehajtja a javítást. Ráadásul az időnyomás megszüntetésével jobb megoldást találhat, amely nem növeli a ciklusidőt.

Ez az egyszerű példa jól szemlélteti a lényeget, a virtuális üzembe helyezés hamarabb feltárja a problémákat, mint ahogy anélkül történne.

Egy összetettebb példa érdekében vegyünk egy olyan projektet, ahol robotokat telepítenek egy gyártósorra. A robotok hibás elhelyezése miatt a robotnak nem lesz elegendő hatótávolsága a kijelölt feladathoz. Ebben az esetben a probléma megoldása jelentős átdolgozást és esetleg egy új robot beszerzését igényelné, ami késleltetné a projektet és növelné a költségeket. A virtuális üzembe helyezés azonban még azelőtt lehetővé teszi a probléma felismerését, hogy a robotot rossz helyre telepítették volna.

Csökkentett átfutási idő

Az üzembe helyezés a projekt teljes időtartamának 25%-át is kiteheti. Az átfutási idő csökkenthető, ha ennek egy részét az építéssel párhuzamosan vagy még korábban végzik el, amikor a fizikai eszközök még csak virtuálisan léteznek. Ezenkívül a problémák korai felismerése és megoldása nagymértékben csökkenti a projekt átfutási idejének bizonytalanságát, lehetővé téve az építtetők számára, a szállítási határidő pontosabb előre jelzését.

Költség megtakarítás

Az összeszerelt hardverrel kapcsolatos problémák kijavítása mindig költséges. Új alkatrészekre lehet szükség, és a túlórára beszerelésükhöz. Ha ezeket a problémákat már a tervezési szakaszban kezelik, elkerülhető a jelentős költségtúllépés. Ez javítja a költségvetés tervezési folyamatának pontosságát is, mivel kevesebbet kell “rendkívüli kiadásokra” elkülöníteni.

Rugalmasság a tervezésben és a megvalósításban

A virtuális üzembe helyezés növeli a gyártási innováció lehetőségeit.

A hagyományos beüzemelés során a csapat gyakran látja, hogyan lehetne a tervezést javítani. Ilyen lehet a ciklusidő csökkentése a megfogási sorrend megváltoztatásával, az alkatrészek áthelyezésével a berendezés alapterületének csökkentése érdekében, vagy a beállításhoz és karbantartáshoz való hozzáférés javításával. Mivel azonban a gépet már megépítették, az ilyen változtatások elvégzése költséges lenne és késedelmet okozna.

Virtuális üzembe helyezés esetén sokkal kisebb hatást gyakorol a projektre az új ötletek tervezési folyamatba való beépítése. Ezek valószínűleg jobb teljesítményt és/vagy karbantarthatóságot eredményeznek, és akár költségmegtakarítást is eredményezhetnek.

Képzés

A beruházási projektek megtérülésének maximalizálása megköveteli, hogy a gép vagy rendszer a lehető leggyorsabban megkezdje működését a gyárban. Ennek fontos lépése a mérnökök, a karbantartó csapat és a berendezés kezelőinek kiképzése, arról, hogy hogyan kell használni és gondozni a berendezést.

A hagyományos eljárásban ez a képzés a gép beüzemelése után történik. (Általában a FAT után kerül rá sor.) A virtuális üzembe helyezés során a képzés a hardver digitális modelljén kezdődhet. Bár a fizikai hardverrel kapcsolatos gyakorlati képzés általában még mindig szükséges, ha az érintettek ismerik a logikai sorrendeket, a működtető elemek helyét, az adagoló- és kirakodó rendszereket, már lényegesen előlébbről indulnak a tanulási folyamatban.

Később, ha a digitális modellt digitális ikertestvérré alakították át, az felhasználható a készségfejlesztéshez és az új üzemeltetők betanításához.

Nagyobb biztonság

A mozgó berendezések, különösen a robotok, nagyon veszélyesek lehetnek. Normál működés közben a dolgozóknak védelmet nyújtanak a védőburkolatok és reteszelések, de az üzembe helyezés gyakran megköveteli, hogy ezeket kinyissák és felülbírálják a láthatóság és a hozzáférés érdekében.

A mozgáspályák kipróbálásával, valamint a szekvenciák, az időzítés és a kivételek kezelésének virtuális ellenőrzésével kevesebb időre van szükség ilyen körülmények között, és csökken a kockázat is.

Részletes útmutató a virtuális üzembe helyezéshez

Miután megismerkedett a virtuális üzembe helyezéssel, menjen végig a következő tíz lépésen.

1. Értse meg, hogy miért van szükség pontos modellre – A csapatnak meg kell értenie, hogy miért kiemelkedően fontos a modell (digitális iker) pontossága, és el kell köteleznie magát a szükséges információk rendelkezésre bocsátása mellett. A hibák vagy eltérések azt eredményezik, hogy a virtuális üzembe helyezés nem hoz hasznos információkat. Ilyen helyzetben bármilyen levont következtetés alkalmazhatatlan vagy félrevezető lehet, amikor a valóságba ültetik azt.
2. Rendszerelemzés és -meghatározás: Kezdje a termelési rendszer céljainak és funkcióinak világos megértésével. Ezután következhet a gépekre és vezérlőrendszerekre vonatkozó összes rendelkezésre álló műszaki dokumentáció, specifikáció és követelmény.
3. Modellépítés: Készítsen pontos 3D modellt a gyártórendszerről a CAD-adatok és a Visual Components e-katalógusban található modellek kombinációjának felhasználásával. (A Visual Components e-katalógusban több mint 3000 alkatrész érhető el). Ezután integrálja a kinematikai, elektromos és egyéb releváns adatokat, hogy létrehozza a tervezett gép vagy berendezés részletes digitális ábrázolását.
4. Vezérlési logika integrálása: Csatlakoztassa a PLC-t és a robotvezérlőt a digitális modellhez. Ez lehetővé teszi a vezérlési szekvenciák, reakciók és a rendszer általános viselkedésének virtuális tesztelését. (A Visual Components a legelterjedtebb robotmárkákhoz és PLC rendszerekhez biztosít csatlakozási lehetőséget, mint például a KUKA, DOOSAN Robotics, ABB, Fanuc, OPC UA, Beckhoff, Siemens SIMIT és Siemens S7.)
5. Szimuláció és tesztelés: Futtassa a modellt különböző működési forgatókönyveken keresztül, hogy tesztelje a teljesítményét, és ahol lehetséges, validálja valós adatokkal. Ennek magában kell foglalnia mind a normál műveletek, mind a kivételes vagy hibás helyzetek tesztelését, hogy a rendszer képes legyen kezelni a váratlan problémákat.
6. Finomítás: A szimulációs futtatások eredményeinek felhasználásával azonosítsa és javítsa ki a vezérlési logika esetleges eltéréseit vagy hiányosságait. Ezután futtassa le újra a teszteket, hogy ellenőrizze a modell pontosságát. Ismételje meg, amíg a virtuális modell a kívánt módon nem működik.
7. Biztonsági és megfelelőségi ellenőrzések: Biztosítani kell, hogy a vezérlési logika és a rendszertervezés a szükséges módon működjön, és megfeleljen a vonatkozó ipari szabványoknak és biztonsági előírásoknak. (A robotbiztonság olyan terület, amelyre különösen nagy figyelmet kell fordítani.) Ezek az ellenőrzések és tesztek különösen fontosak a szigorú biztonsági és megfelelőségi követelményekkel rendelkező iparágakban.
8. Fizikai üzembe helyezés: A virtuális üzembe helyezés drámaian lerövidíti, de nem teszi szükségtelenné ezt a lépést. A feladatok a következők, a tesztelt és ellenőrzött vezérlési logika átvitele a modellből a valós rendszerbe, valamint a rendszer szoros figyelemmel kísérése a kezdeti műveletek során, hogy a rendszer a várt módon viselkedjen.
9. Folyamatos fejlesztés: A fizikai rendszer adott ideig való működtetése után gyűjtse össze a visszajelzéseket és működési adatokat. Hasonlítsa össze ezeket a virtuális üzembe helyezésből származó előrejelzésekkel, és végezze el a bevezetés utáni felülvizsgálatot az esetleges hiányosságok vagy javítandó területek azonosítása érdekében. Használja fel az ebből származó felismeréseket a modell/digitális iker és a vezérlési logika további finomításához.
10. Dokumentáció: Ne feledje, hogy a virtuális üzembe helyezés nem egyszeri folyamat. A fizikai rendszeren végzett változtatások vagy optimalizálási igények esetén bármikor újra elvégezhető. Dokumentálja a virtuális üzembe helyezési folyamat minden lépését, a kezdeti tervezéstől a végső megvalósításig. Ez támogatja a hibaelhárítást, a jövőbeli rendszerfrissítéseket vagy a skálázást.

Esettanulmányok

A további információk iránt érdeklődő olvasók itt három valós példát találnak olyan vállalatokról, amelyek sikeresen alkalmazták a virtuális üzembe helyezést a Visual Components használatával.

• Egy gyár pontos digitális modelljének létrehozása
• Egy automatizált cella digitális modelljének megalkotása
• Csomagolási műveletek szimulálása

Miért a virtuális üzembe helyezés a jövő?

A gyártás digitális átalakulása folyamatban van, és ez magában foglalja a gépek és berendezések tervezését és megvalósítását is. Az érzékelők, a vezérlések és a szoftverek szerves részét képezik az Ipar 4.0-nak, és a jövőbeni gépeket gyorsabbá, pontosabbá és megismételhetőbbé, valamint sokoldalúbbá teszik.

Mivel ezek a funkciók lehetőséget kínálnak a gyártóknak a pazarlás csökkentésére és az árrés növelésére, a gyorsabb megvalósításra irányuló nyomás csak növekedni fog. A virtuális üzembe helyezés ezért kulcsfontosságú, ahhoz, hogy a versenytársak előtt tudjon maradni, és maximalizálni tudja a tőkeköltségek megtérülését.

Ha már készít digitális ikreket, de ezt a modellt nem használja fel virtuális üzembe helyezésre, lehet, hogy itt az ideje újragondolni a működését. Ha még mindig a szerelőcsarnokban végzi az üzembe helyezést, és még mindig lemarad a FAT határidőkről, itt az ideje, hogy átgondolja, mit csinál.

A Visual Components mindkét esetben rendelkezik a szükséges eszközökkel és szakértelemmel. A “Visual Components használata a virtuális üzembehelyezéshez” című tananyag részletes információkat tartalmaz.