Virtuelle Inbetriebnahme mit NX 11 Mechatronics Concept Designer

Inhalt:
Im Bereich der Fertigungsautomation wird zunehmend eine flexible Produktion mit hoher Vari-antenvielfalt verlangt, bis hin zur Fertigung eines komplett individuellen Produkts mit der Losgröße eins. Ermöglicht wird dies durch eine vollständige horizontale und vertikale Vernetzung von dezentralen, intelligenten Komponenten. Diese lässt die Komplexität ansteigen, was wiederum geeigneter Test- und Inbetriebnahmesysteme bedarf. Abhilfe schafft an dieser Stelle die virtuelle Inbetriebnahme. Bereits bei der Planung und Konstruktion der Fertigungsanlage wird mit geeigneten Werkzeugen ein digitaler Zwilling erschaffen und in Betrieb genommen. Hierdurch können Fehler in einem frühen Projektstadium erkannt und beseitigt werden. Zudem wirkt dies dem Problem entgegen, dass ein Programmierer zur Inbetriebnahme des Steuerungsprogramms auf die Fertigstellung eines Prototyps der Fertigungsanlage warten muss. Des Weiteren können mit Hilfe des digitalen Zwillings Machbarkeitsstudien durchgeführt werden, ohne dabei reale Hardware zu benötigen. Nicht zuletzt ist es möglich, dem Kunden die Fertigungsanlage zu präsentieren, bevor diese real besteht. Ein Werkzeug zur virtuellen Inbetriebnahme ist der Mechatronics Concept Designer (MCD). Dies ist ein noch neues Zusatzmodul zum populären CAD-System Siemens PLM NX. Mit Hilfe verschiedener Arten von simulierten Aktoren und Sensoren lassen sich reale Anlagen virtuell abbilden. Teil des Systems ist auch eine Physik-Engine, zur möglichst realitätsnahen Simulation des physikalischen Verhaltens. Hiermit lässt sich zum Beispiel unmittelbar das Verhalten von Objekten in Abhängigkeit von der Gravitation simulieren, ohne dass der Ersteller der Simulation diese Logik programmieren muss. Um den Studierenden den Teilaspekt virtuelle Inbetriebnahme von Industrie 4.0 näher zu bringen, soll im Rahmen der Lehrveranstaltung Automatisierungssysteme ein reales System zunächst virtuell und im Anschluss real in Betrieb genommen werden. In der Laborveranstaltung zur Vorlesung Automatisierungssysteme sollen die Studierenden als Kernziel die Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) erlernen. Hierzu wird zukünftig ein Tischmodell einer Sortieranlage eingesetzt. Die Studierenden erhalten einen fertigen digitalen Zwilling dieses Systems, mit dem sie zuerst ihr SPS-Programm testen, bevor sie es im Anschluss an der realen Anlage validieren. Die Studierenden sollen den digitalen Zwilling nicht selbst erstellen, da dies nicht das Kernziel der Lehrveranstaltung ist, sondern die Vor- und Nachteile der virtuellen Inbetriebnahme kennenlernen. Bei der Erstellung des digitalen Zwillings wird das CAD-Modell, ausgehend von den statischen 3D-CAD-Daten des jeweiligen Systems, mit Hilfe des MCDs dynamisiert. Aktoren und Sensoren werden entsprechend modelliert und per digitalen Signaladaptern, die die Zuordnung zwischen dem virtuellen Sensor und dem SPS-Signal festlegen, an die Steuerung angeschlossen. Diese Anbindung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.