Produkt-News

B&R Industrie-Automation AG
Digitaler Zwilling revolutioniert Time-to-market

Die Zeitspanne von der Produktidee bis zur Markteinf├╝hrung wird immer k├╝rzer – dieser Trend pr├Ągt M├Ąrkte und Branchen weltweit. Wie viel Zeit zum Programmieren von Maschinensoftware und f├╝r die Entwicklung von Hardware aufgewendet wird, kann zum entscheidenden Wettbewerbskriterium werden – je k├╝rzer, desto besser. Digitale Zwillinge helfen dabei, Software und Hardware f├╝r Maschinen schnell zu entwickeln und zu testen.

B&R Industrie-Automation - digitaler Zwilling
Das physikalische Verhalten des intelligenten Transportsystems ACOPOStrak kann mit einem digitalen Zwilling in Echtzeit simuliert werden, ehe auch nur ein physisches Teil existiert. Die Entwicklung von Soft- und Hardware sowie die virtuelle Inbetriebnahme des Tracks wird dadurch wesentlich einfacher und effizienter.

Nur mit hocheffizienten Prozessen lassen sich die immer enger gesteckten Zeitfenster f├╝r die Entwicklung von Maschinen erreichen. Fehlschl├Ąge m├╝ssen von vornherein ausgeschlossen werden. Bereits der Prototyp einer neuen Maschine muss deshalb schon einwandfrei funktionieren. ÔÇ×Um diese hochgesteckten Ziele zu erreichen, hat sich in vielen Disziplinen eine Methode bew├Ąhrt – die Simulation“, sagt Kurt Zehetleitner, Verantwortlicher f├╝r den Bereich Simulation und modellbasierte Entwicklung bei B&R. In der virtuellen Welt werden anhand eines digitalen Zwillings Produkteigenschaften ├╝berpr├╝ft, ehe auch nur ein physisches Teil existiert.

In der Automobil- und Flugzeugindustrie ist dieser Ansatz f├╝r die Entwicklung der Mechatronik bereits g├Ąngige Praxis. Maschinensysteme werden am Computer modelliert und in der Simulation getestet. Im Maschinen- und Anlagenbau hingegen muss dieses Entwicklungskonzept erst noch Fu├č fassen. Das liegt nicht zuletzt an einer weit verbreiteten Meinung: Simulationsmodelle zu erstellen, sei zeitaufwendig und setze voraus, dass der Entwickler h├Âhere Mathematik beherrsche. Dennoch seien die Simulationsmodelle sehr fehleranf├Ąllig. ÔÇ×Fr├╝her war dies tats├Ąchlich der Fall, aber heutzutage lassen sich Simulationsmodelle einfacher und schneller erstellen“, so Zehetleitner.

Digitaler Zwilling verk├╝rzt Inbetriebnahme
Mit modernen Simulationswerkzeugen k├Ânnen heute mit wenig Aufwand digitale Zwillinge erschaffen werden. Damit wird die Entwicklung von Soft- und Hardware sowie die virtuelle Inbetriebnahme einer Maschine wesentlich einfacher und effizienter. Das physikalische Verhalten einer Maschine kann in Echtzeit simuliert werden. Engp├Ąsse und Optimierungspotenzial lassen sich so sehr fr├╝h in der Entwicklungsphase einer Maschine erkennen. ÔÇ×Simulation steht f├╝r eine unbegrenzte Vernetzung der Entwicklungskomponenten, bietet hohe Flexibilit├Ąt und eine effiziente Ressourcenverwaltung. Diese Eigenschaften erm├Âglichen eine optimale Nutzung des Entwicklungspotenzials und k├Ânnen die Inbetriebnahmezeit der Maschine um bis zu 80% verk├╝rzen“, erkl├Ąrt Zehetleitner.

B&R Industrie-Automation - digitaler Zwilling Bild 2
Der digitale Zwilling bietet dem Anwendungsprogrammierer in Automation Studio einen entscheidenden Vorteil - er kann das virtuelle Modell sofort am PC starten und sich mit der Maschinensteuerung in einer Software- und Hardware-in-the-loop-Konfiguration verbinden.

In der B&R-Entwicklungsumgebung Automation Studio bietet sich dem Anwendungsprogrammierer mit einem digitalen Zwilling ein entscheidender Vorteil: Er kann das virtuelle Modell sofort am PC starten und sich mit der Maschinensteuerung in einer Software- und Hardware-in-the-Loop-Konfiguration verbinden. So k├Ânnen Entwicklung, Verifikation sowie Test der Applikationssoftware genauso im Vorfeld durchgef├╝hrt werden, wie der Test der Performanceanforderungen auf der Steuerung.

F├╝r die Erstellung eines digitalen Zwillings importiert der Entwickler die CAD-Daten einer Maschine in ein Modellierungswerkzeug, zum Beispiel in MapleSim. Er kann die wesentlichen Eigenschaften der CAD-Konstruktion wie Masse und Dichte weiterverwenden und die einzelnen Teile der Konstruktion mit zus├Ątzlichen Eigenschaften versehen, wie die Freiheitsgrade der Bauteile oder die Schnittstelle zur Steuerung.

Modellieren ohne Formeln
Selbst die Umsetzung komplexer Modelle ist mit Werkzeugen wie MapleSim oder industrialPhysics einfach m├Âglich. MapleSim stellt zum Beispiel verschiedene Bibliotheksbausteine wie Massen, Gelenke, Federn und D├Ąmpferelemente zur Verf├╝gung. Damit k├Ânnen die Modelle einfach und intuitiv erweitert und verfeinert werden. Die Modellgleichungen erstellt das System im Hintergrund. Eine B&R-App in MapleSim erm├Âglicht den automatisierten Export des Modells inklusive CAD-Daten in Automation Studio. Dort kann der Anwender die Maschinensoftware hinsichtlich Motorauslastung und Reglereinstellung am digitalen Zwilling testen. Die Bewegung wird ├╝ber die mitgelieferten CAD-Daten im 3D-Format im Visualisierungstool B&R Scene Viewer dargestellt. ÔÇ×Test und Fehlerdiagnose gestalten sich damit f├╝r den Softwareentwickler sehr einfach“, sagt Zehetleitner.

B&R Industrie-Automation - digitaler Zwilling Bild 3
Im Visualisierungstool B&R Scene Viewer k├Ânnen Bewegungen ├╝ber CAD-Daten im 3D-Format dargestellt werden.

Einen ├Ąhnlichen Zugang bietet das Simulationswerkzeug industrialPhysics. Das Werkzeug integriert eine Physik-Engine und kann damit die Physik n├Ąherungsweise simulieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Echtzeittauglichkeit der Simulation. ÔÇ×Gerade mit solchen Systemen ist es heute m├Âglich, Komplettsimulationen von Maschinen und Anlagen zu erstellen. Auch die Verifikation des Echtzeitverhaltens sowie die Systemauslastung auf der Zielhardware im Hardware-in-the-Loop-Umfeld lassen sich problemlos simulieren“, sagt Zehetleitner.

B&R Industrie-Automation - digitaler Zwilling Bild 4
Das Simulationswerkzeug industrialPhysics integriert eine Physik-Engine in das Simulationswerkzeug. Dabei wird die Physik n├Ąherungsweise simuliert, wobei der Schwerpunkt der Simulation auf ihrer Echtzeittauglichkeit liegt.

Automatische Codegenerierung
Neben dem Erstellen eines digitalen Zwillings, spielt die automatische Codegenerierung zum Entwickeln und Implementieren von Maschinenfunktionen am Zielsystem eine wichtige Rolle. Sie sorgt nicht zuletzt daf├╝r, dass sich der Programmieraufwand wesentlich reduziert. Das Werkzeug MATLAB/Simulink eignet sich besonders f├╝r die automatische Codegenerierung. B&R hat eine bidirektionale Schnittstelle zwischen MATLAB/Simulink und Automation Studio entwickelt. Mit Automation Studio Target for Simulink muss der Anwendungsprogrammierer nur wenige Mausklicks t├Ątigen: ÔÇ×Er gelangt innerhalb k├╝rzester Zeit von der Entwicklung eines Modells in Simulink zu einem qualitativ hochwertigen Programmcode auf der B&R-Steuerung – und das inklusive ausgereifter Diagnosem├Âglichkeiten“, sagt Zehetleitner. Mit Automation Studio Target for Simulink l├Ąsst eine hohe Produktqualit├Ąt erzielen und gleichzeitig die Entwicklungszeit f├╝r die Maschinensoftware erheblich reduzieren.

Offene Schnittstellen
Um mit Simulationswerkzeugen arbeiten zu k├Ânnen, sind offene Standards und Schnittstellen n├Âtig. Nur so k├Ânnen Anlagen ohne Aufwand mit Fremdsystemen kommunizieren. Durch die Verwendung existierender Software wird zudem wertvolle Zeit eingespart. B&R bietet dazu Offenheit auf allen Ebenen und in allen Produkten. Mit dem unabh├Ąngigen Industriestandard Functional Mock-up Interface (FMI) ist ein Modellaustausch und die Co-Simulation von Modellen in verschiedenen Entwicklungswerkzeugen m├Âglich. B&R bietet einen Mechanismus zum Importieren von Functional Mock-up Units (FMU) nach dem Standard FMI 2.0 an. ÔÇ×Die FMUs werden nahtlos als Funktionsbausteine in Automation Studio integriert“, so Zehetleitner.

Mithilfe der Simulationswerkzeuge k├Ânnen Modelle auf s├Ąmtlichen definierten Szenarien getestet und virtuell vollst├Ąndig in Betrieb genommen werden. Die komplette Bandbreite von einfachen Logikabl├Ąufen bis hin zu kritischen Situationen lassen sich austesten und sichern so die Effizienz und Qualit├Ąt der Software und damit der ganzen Maschine. Die Zeit f├╝r die Inbetriebnahme an der realen Anlage verk├╝rzt sich mit einem digitalen Zwilling deutlich und die Risiken f├╝r Fehler werden minimiert.

Digitaler Zwilling
Ein digitaler Zwilling ist ein hochgenaues und dynamisches Abbild einer realen Maschine. Anhand von CAD-Daten im 3D-Format wird ein digitales Modell geschaffen, dem alle Eigenschaften und Funktionen der zu entwickelnden Maschine zugewiesen sind – vom Material ├╝ber die Sensorik bis hin zur Bewegung und Dynamik der realen Maschine. So kann das Verhalten der Maschine in Echtzeit simuliert sowie Fehlfunktionen und Optimierungspotenzial erkannt werden, ohne einen kostspieligen Prototyp anfertigen zu m├╝ssen.

B&R Industrie-Automation - Kurt Zehetleitner
ÔÇ×Simulation steht f├╝r eine unbegrenzte Vernetzung der Entwicklungskomponenten, bietet hohe Flexibilit├Ąt und eine effiziente Ressourcenverwaltung", erkl├Ąrt Kurt Zehetleitner, Group Leader - Simulation and Digital Twin bei B&R.


Perfection in Automation
Unseren Leitspruch Perfection in Automation leben wir seit mehr als 35 Jahren. Darunter verstehen wir nicht nur, die besten L├Âsungen in der industriellen Automatisierung zu entwickeln, sondern auch langj├Ąhrige und vertrauensvolle Beziehungen zu unseren Kunden, Partnern, Mitarbeitern und Lieferanten zu pflegen.

Mit unternehmerischem Mut und Weitsicht sind wir rasch zu einem internationalen Konzern gewachsen. Das Gesp├╝r f├╝r Marktentwicklungen und neue Trends hat uns zum Innovations- und Technologief├╝hrer in der Branche gemacht.

Als globales Zentrum f├╝r Maschinen- und Fabrikautomation innerhalb der ABB-Gruppe werden wir unsere f├╝hrende Position im internationalen Marktumfeld weiter ausbauen und unseren Wachstumskurs fortsetzen.

Wir stehen unseren Kunden von der Produktidee ├╝ber die Entwicklung bis hin zum After-Sales-Bereich kontinuierlich mit Rat und Tat zur Seite. F├╝r diese einzigartige Partnerschaft und unsere innovativen L├Âsungen werden wir von unseren Kunden gesch├Ątzt – darauf sind wir stolz.

Integrierte Gesamtl├Âsung f├╝r h├Âchste Wirtschaftlichkeit
Als Branchenf├╝hrer in der Industrieautomation kombiniert B&R modernste Technologien mit fortschrittlichem Engineering. B&R stellt den Kunden verschiedenster Branchen perfekte Gesamtl├Âsungen in der Maschinen- und Fabrikautomatisierung, Antriebs- und Steuerungstechnik, Visualisierung und integrierten Sicherheitstechnik bereit. L├Âsungen f├╝r die Kommunikation im Industrial IoT – allen voran OPC UA, POWERLINK und der offene Standard openSAFETY – runden das Leistungsportfolio von B&R ab. Dar├╝ber hinaus ist die Software-Entwicklungsumgebung Automation Studio Wegweiser f├╝r zukunftsgerichtetes Engineering. Mit seinen innovativen L├Âsungen setzt B&R neue Standards in der Automatisierungswelt, hilft Prozesse zu vereinfachen und ├╝bertrifft Kundenerwartungen. Zu den Kunden z├Ąhlen unter anderem OMV, Coca Cola, Fischer, Audi, BWM und Tetra Pack.

Ausgepr├Ągte Branchenkompetenz
Neben einem gut ausgebildeten Applikationsteam verf├╝gt B&R ├╝ber ausgewiesene Branchenspezialisten, die die Anliegen und Erwartungen der Kunden aus den einzelnen Segmenten wie der Nahrungsmittel-, Verpackungs-, Abf├╝ll-, Kosmetik-, Healthcare- und Pharmaindustrie sowie der Robotik und dem Prozessbereich genauestens kennen. Damit garantiert das Unternehmen tiefgreifende L├Âsungskompetenz ├╝ber alle Industrien hinweg und individuelle Betreuung.

 

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CH-8500 Frauenfeld

Tel. +41 / 52 728 00 55
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