Simulare: de la concept la geamăn virtual
Publicat la 04 iunie 2025 în Industry 4.0
Simulare: de la concept la geamăn virtual
Cum pot producătorii să valorifice puterea simulării pentru a reuşi de prima dată o proiectare corectă în lumea reală? Conceptul de utilizare a simulării pentru a inspira proiectarea fabricii există de ani de zile, chiar înainte de apariţia calculatoarelor. Primele exemple de simulare erau modele fizice care le permiteau inginerilor să testeze procese şi proiecte la scară mică înainte de a le extinde. Deşi aceleaşi principii de bază se aplică în continuare, în prezent simularea are loc în mediul virtual. Acest lucru oferă o capacitate mult mai mare de a dezvolta procese complexe pentru a testa efectul variabilelor asupra rezultatelor, iar tehnologiile bazate pe IA au fost esenţiale pentru atingerea acestui nivel de flexibilitate şi sofisticare.Simulare fără limite
Următoarea frontieră în simulare este trecerea la o abordare mai cuprinzătoare. Simularea cu roboţi şi PLC a devenit o obişnuinţă în producţie, fabricile fiind rareori construite fără ca automatizarea şi comenzile să fi fost testate mai întâi într-un mediu virtual. Însă, odată cu apariţia tehnologiilor pentru fabrici inteligente, devin evidente limitele simulării unor maşini sau procese izolate.
Convergenţa IT/OT – integrarea sistemelor de administrare a datelor (IT) în sistemele de operare industrială (OT) – aduce noi provocări pentru simulare. Platformele de simulare cu un singur sistem nu ţin cont de conectivitatea pe care fabricile o doresc în ceea ce priveşte colectarea, împărtăşirea, analiza şi utilizarea datelor. Iată de ce mai multe sectoare de producţie – auto, farmaceutic, cosmetic, pentru a da doar câteva exemple – caută soluţii de simulare care pot reproduce fabrici întregi.
Şi nu trebuie neapărat să se oprească aici. Operaţiunile şi gestionarea lanţului de aprovizionare devin din ce în ce mai interdependente şi mai digitalizate, iar modelele de simulare vor trebui să ia în considerare factori care trec dincolo de zidurilor fabricilor. Variabilitatea materialelor primite şi perturbările din lanţul de aprovizionare, de exemplu, trebuie luate şi ele în considerare.
Există, de asemenea, o nevoie tot mai mare de instrumente de simulare pentru a explora sinergiile dintre diferite unităţi, pentru a examina modul în care mai multe fabrici pot face schimb de date şi pentru a cerceta şi a compara performanţa diferitelor fabrici. În plus, pe măsură ce numeroşi producători se orientează către un model DAMA (Design Anywhere, Manufacture Anywhere – proiectare oriunde, producţie oriunde), ei au nevoie de simulare pentru a stabili cum se pot obţine rezultate constante în diferite unităţi, cu resurse variabile.
Strategii de simulare
Există cinci instrumente de simulare cu un rol important în proiectarea unei fabrici digitalizate: Model-in-the-Loop (MiL – model inclus în buclă), Software-in-the-loop (SiL – software inclus în buclă) şi Hardware-in-the-loop (HiL – echipament inclus în buclă) pentru validarea conceptelor, gemenii digitali pentru imitarea proceselor din lumea reală şi optimizarea scenariilor şi gemenii virtuali pentru monitorizarea şi îmbunătăţirea continuă a fabricilor reale.
1. Model-in-the-Loop (MiL)
MiL este utilizat în etapele de dezvoltare timpurie. Simulează un sistem împreună cu modelul său de mediu pentru a testa algoritmii înainte de a trece la SiL şi la HiL. În acest stadiu, se poate genera o mare parte a software-ului de control. Generarea automată a codului reduce timpul de dezvoltare şi minimizează erorile umane.
2. Software-in-the-Loop (SiL)
SiL testează software-ul de automatizare din spatele proiectului fabricii – de la software-ul încorporat la algoritmi şi bucle de control. Execută software-ul pe o platformă virtuală, permiţând validarea fără echipament fizic. Această testare timpurie contribuie la detectarea erorilor a căror remediere ulterioară ar putea fi costisitoare.
3. Hardware-in-the-Loop (HiL)
Urmează echipamentul fizic. Acesta începe cu un PLC sau cu un controler de mişcare care rulează maşina virtuală. Treptat, se adaugă componente hardware precum motoare, senzori şi sisteme de inspecţie cu cameră video, ceea ce creează un mediu hibrid. HiL este popular în industria auto, în special pentru testarea Sistemelor avansate de asistenţă a şoferului (ADAS).
4. Gemenii digitali
Geamănul digital este replica virtuală a unui produs, proces sau sistem. Oglindeşte comportamentul din lumea reală folosind un model CAD 3D conectat la date reale. De exemplu, geamănul digital al unui robot le permite producătorilor să testeze sarcinile utile, fluxurile de lucru şi alte variabile, pentru a sprijini un proces decizional mai bun.
5. Gemenii virtuali
Gemenii digitali pot evolua în gemeni virtuali care simulează comportamente avansate. Nu există o limită clară, dar de obicei un geamăn digital devine geamăn virtual când echipamentul este conectat şi începe să facă schimb de date în timp real cu fabrica reală. În acel moment, funcţionează continuu în paralel cu operaţiunea reală.
Sysmac Studio: un mediu de dezvoltare integrată
Sysmac Studio, instrumentul de simulare de la OMRON, le oferă inginerilor instrumente avansate pentru programarea, simularea şi monitorizarea PLC-urilor, a controlerelor de mişcare, a sistemelor de inspecţie cu cameră video şi a altor dispozitive de automatizare. Oferă trei beneficii-cheie în plus faţă de alte soluţii de automatizare industrială:
1. Logica de securitate
Securitatea muncii este un aspect al proiectării fabricii care este adesea neglijat de furnizorii de simulări. Companiile se concentrează de prea multe ori doar asupra aspectelor legate de performanţă ale unui sistem sau proces în testarea virtuală, pentru a descoperi apoi probleme de securitate care necesită reproiectarea într-un stadiu mult mai târziu. OMRON este unic prin faptul că platforma sa de simulare 3D încorporează logica de securitate, ceea ce le permite producătorilor să efectueze teste complete de securitate pentru funcţii precum opririle de urgenţă, senzorii de securitate şi barierele de protecţie tip perdea şi să elaboreze strategii optime pentru amplasarea şi programarea uşilor de protecţie a maşinilor, de exemplu.
2. Depanare virtuală
Capacitatea de a depana un proiect de sistem de automatizare într-un mediu virtual este o aplicaţie pe care puţini furnizori de simulări o pot oferi. OMRON a îmbinat randarea de înaltă fidelitate şi simularea şi a creat o aplicaţie de depanare 3D pentru identificarea defecţiunilor – utilizatorii îşi pot conecta virtual senzorii şi pot depana o maşină sau o linie.
3. Biblioteca de funcţii bloc
OMRON a dezvoltat o bibliotecă de funcţii bloc PLC care pot fi utilizate în mediul de simulare, dar şi în lumea reală. Aceste componente software sunt fişiere care pot fi încărcate într-un sistem de control pentru a-i oferi PLC-ului toate funcţiile de care are nevoie pentru a executa aplicaţia respectivă, accelerând astfel procesul de proiectare. Bazându-se pe experienţa vastă a OMRON, sunt acoperite domenii precum sudarea, înfăşurarea, desfăşurarea, uneltele de sertizare, robotica, mişcarea sau inspecţia. Funcțiile bloc sunt disponibile pentru utilizare şi în mediul virtual, permiţând crearea de simulări mult mai detaliate şi mult mai apropiate de realitate.
Beneficiile reale ale simulării virtuale
Simularea este o piatră de temelie a fabricii digitale. Există atât de multe moduri în care poate aduce beneficii reale, de la facilitarea analizei modului de defectare şi a efectelor, care poate ajuta strategiile de întreţinere, până la paralelizarea pentru optimizarea performanţei şi accelerarea timpului de lansare pe piaţă, prin scurtarea ciclurilor de planificare şi de proiectare cu până la 25% şi aşa mai departe.
Pentru industria auto, unde ciclurile de viaţă ale produselor se micşorează şi ciclurile de inovare se accelerează, simularea oferă agilitatea necesară pentru păstrarea competitivităţii. De exemplu, geamănul virtual al unei linii de producţie de baterii pentru vehicule electrice le va permite producătorilor să testeze fluxurile de lucru, să optimizeze manipularea materialelor şi să identifice eventualele blocaje înainte de a investi în echipamente.
În industria cosmetică, unde proiectarea produselor trebuie să ia în calcul tendinţele sezoniere, preferinţele regionale şi disponibilitatea ingredientelor, instrumentele de simulare pot testa diferite formule şi configuraţii de producţie înainte de efectuarea testelor fizice.
Prin intermediul parteneriatelor, OMRON le oferă noi propuneri de valoare producătorilor care doresc să exploreze abordări avansate ale simulării. Combinând competenţele IT şi know-how-ul OMRON din domeniul automatizării industriale, aceste colaborări permit schimbul deschis şi rapid de date în timp real între sistemele IT şi operaţiunile OT, oferind platforme pentru avansarea soluţiilor de simulare.
Contactaţi-ne pentru mai multe informaţii