"Helheden er større end summen af dens dele." - Det, Aristoteles vidste i det antikke Grækenland, er mere sandt end nogensinde i en tid med smarte fabrikker og industri 4.0. En maskine er trods alt meget mere end blot en samling af hardware- og softwarekomponenter. Kun når delene arbejder sammen i perfekt harmoni, kan helheden nå sit sande potentiale. For at opnå og bevare denne harmoni kan simulering kan gøre hele forskellen.
Hvilken rolle spiller simulering i opbygningen anlæg og maskiner? "Svaret er enkelt," siger B&R's produktchef for simulering, Isabella Laasch. "Det er nøglen, der åbner op for effektivitet i alle faser i en maskines livscyklus."
Efterhånden som maskiner bliver mere og mere komplekse, bliver samspillet mellem deres mekaniske, elektriske og automationskomponenter stadig sværere at orkestrere. Under hele udviklingen, idriftsættelsen og under drift skal maskinens adfærd testes og tilpasses. At gøre det på et rigtigt fysisk system kan være dyrt, tidskrævende eller i mange tilfælde simpelthen umuligt.
Selv i den første fase af sin livscyklus – udviklingen – gennemgår maskinen flere stadier. Alvorlige defekter kan snige sig ind på ethvert tidspunkt undervejs. "Rule-of-Ten" siger, at omkostningerne ved at rette disse defekter stiger med en faktor 10 for hvert udviklingstrin, de passerer uopdaget. Med andre ord: Jo hurtigere du er i stand til at rette fejl, jo hurtigere og billigere bliver det at udvikle maskinen.
Eventuelle fejl, der ikke bliver fanget under udvikling, vil blive tydelige, når det bliver tid til at idriftsætte prototypen. "Hvis du kommer hele vejen til idriftsættelse, og problemer begynder at dukke op efter hinanden, er det et mareridt," siger Laasch. "Du har allerede haft omkostninger til at bygge en prototype, du skal nu afsætte værdifulde udviklingsressourcer til fejlfinding." Hvis hardwaren er beskadiget, vil der også være yderligere udgifter og potentielle forsinkelser, da der skal ventes på reservedele. I værste fald kan der endda opstå kontraktmæssige bøder, hvis den nye maskine ikke kan leveres til tiden.
"Så det, vi har brug for, er en måde at arbejde på med en digital model af maskinen i alle faser i dens livscyklus," siger Laasch. "Og måden at gøre det på er gennem simulering." Når du replikerer alle aspekter af maskinen i et virtuelt simuleringsmiljø, skaber du en digital tvilling. Ved hjælp af den digitale tvilling bliver det nemt at se under udviklingen, hvordan forskellige komponenter vil interagere senere – eller endda validere hele maskinens opførsel med virtuel idriftsættelse.
 | Philipp Wallner Industry Manager, MathWorks "Modelbaseret udvikling er med til tidligt at sikre, at maskinen fungerer efter hensigten – og derved minimere risikoen for fejl. Simuleringsmodeller danner grundlag for designfasen, virtuel idriftsættelse og digitale tvillinger. En investering i simulering tjener sig typisk tilbage inden for det første år." |
Maskinbyggere har en bred vifte af simuleringsværktøjer at vælge imellem. Nogle specialiserer sig i modellering af maskinhardware, mens andre simulerer fysiske processer. B&R har integreret et komplet udvalg af værktøjer i sit automationssystem gennem mange års samarbejde med virksomheder, der specialiserer sig i simulering.
"Takket være partnere som MathWorks, Maplesoft, machineering og ISG er vi i stand til at tilbyde en bred vifte af simuleringsmuligheder og har den rigtige løsning til alle typer applikationer," forklarer Laasch. "Det vigtigste her er, at vores kunder frit kan vælge det simuleringsværktøj, der passer bedst til deres maskine. Og uanset hvad de vælger, ved de, at det vil fungere problemfrit med det centrale B&R-udviklingsmiljø."
Simuleringssoftwaren fra Maplesoft og MathWorks gør det for eksempel nemt at skabe detaljerede modeller af maskinkomponenter og simulere drejningsmoment og andre kræfter, der er nødvendige for design og dimensionering. Det er nemt at simulere alle typer af forskellige belastningsforhold og udføre test, som på et fysisk system ville tage mange timer og binde mange ressourcer. Med fysisk test er der også risiko for overbelastning og beskadigelse af værdifuld hardware. I simuleringen kan du derimod med det samme se, om maskinen kan klare en given belastning eller ej.
 | Chris Harduwar VP of Business Development, Maplesoft "Når maskinbyggere står over for performance-problemer, har de brug for en hurtig løsning, der ikke tærer på deres fortjenstmargener. Dynamiske, fysikbaserede digitale tvillinger giver dem mulighed for at opdage problemer i deres design og finde ud af, hvordan de løser disse problemer uden yderligere hardwareomkostninger." |
Når det kommer til simulering af processer, er det her værktøjerne fra machineering og ISG kommer i spil. De viser den dynamiske opførsel af en hel maskine i 3D. Alle de dynamiske faktorer, der påvirker materialestrømmen, kan testes i realtid ved hjælp af den digitale tvilling. Maskinbyggeren får øjeblikkelig visuel feedback om, hvordan systemets adfærd påvirkes af forskellige kombinationer af maskinkomponenter. Det bliver også muligt at opdage problemer tidligt, som ellers kunne resultere i nedetid.
Selv efter at maskinen er blevet udviklet og implementeret, er den digitale tvilling ikke færdig med at give værdi. I styreskabet fortsætter den med at køre som en virtuel kopi af maskinen, ved at bruge driftsdata i realtid til at lave nøjagtige prognoser om tilstanden og den resterende levetid for maskinens komponenter. "Hvis den rigtige maskines adfærd afviger fra den digitale tvilling - for eksempel på grund af et slidt leje - opdages forskellen med det samme," forklarer Laasch. De indsamlede data bruges til forudsigende vedligeholdelse, fejldokumentation, fjernvedligeholdelsessystemer med mere.
 | Dr. Georg Wünsch Managing Director, machineering GmbH & Co. KG "Vores iPhysics-simuleringssoftware giver sammenhæng på tværs af ingeniørdiscipliner – fra MCAD, ECAD og automatisering til produktion og eftersalgsservice. Med den ekstra tilslutning af AR- og VR-systemer er komplekse mekatroniske maskiner til enhver tid fuldstændig sikret." |
At have en digital kopi af maskinen åbner også op for nye muligheder for uddannelse af maskinførere og serviceteknikere. Muligheden for at arbejde med HMI eller selve maskinen, før den rent faktisk ankommer til stedet, forkorter deres indlæringskurve dramatisk.
En anden stadig mere populær anvendelse for digitale tvillinger er i digitale showrooms, hvor OEM'er kan præsentere nye maskiner for potentielle kunder til enhver tid, også andre steder end ved events og messer. Ved hjælp af augmented reality-headsets kan publikum opleve den digitale maskine i et realistisk miljø. Alle typer "hvad-hvis"-scenarier kan udforskes under planlægning og udvikling – og leverer al indsigt uden risiko.
 | Dr. Christian Daniel Business Manager - Simulation Technology, ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH "Hvis du konfigurerer simuleringsscenarier som digitale tvillinger ved hjælp af virtuelle, genanvendelige komponenter fra et bibliotek, så kan de også bruges af anlægsoperatøren til produktionsoptimeringer, eftermonteringer og som grundlag for innovative trænings- og servicekoncepter." |
"Den digitale tvilling følger en maskine hele dens levetid," siger Laasch. "Men den spænder også over maskingenerationer – ved at tjene som grundlag for fremtidige opgraderinger og forbedringer." En maskinbygger kan anvende erfaringer opnået under drift til at optimere systemet, ved at bruge simuleringsmodellen til sikkert at teste eventuelle planlagte ændringer. Dette minimerer nedetid ved implementering af opgraderinger og accelererer udviklingen af den næste maskingeneration.
Forfatter: Carola Schwankner, Corporate Communications Editor, B&R
"I samarbejde med partnere som MathWorks, Maplesoft, machineering og ISG tilbyder vi en række simuleringsmuligheder og har den rigtige løsning til enhver applikation. Vores kunder kan frit vælge, hvilket simuleringsværktøj der er bedst egnet til deres maskine. Og uanset hvad de vælger, ved de, at det vil fungere problemfrit med det centrale B&R-udviklingsmiljø."
