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TwinStore von ISG Industrielle Steuerungstechnik

Digitaler Zwilling als Verkaufsargument
TwinStore von ISG Steuerungstechnik als Online-Plattform für Komponentenmodelle

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Die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) ist ein der realen Inbetriebnahme vorgelagerter Gesamttest des Automatisierungssystems mithilfe eines Simulationsmodells. Das Simulationsmodell, der sogenannte Digitale Zwilling, besteht aus virtuellen Komponenten und Baugruppen, die die realen Systeme mit ihren Schnittstellen und Parametern abbilden. ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH in Stuttgart entwickelt solche Digitalen Zwillinge und stellt sie im TwinStore zur Verfügung.

Christian Scheifele, ISG GmbH, Samir Belgharda, Sick AG, und Jonas Hesse, Kautex Maschinenbau GmbH

Die virtuelle Inbetriebnahme bezeichnet den der realen Inbetriebnahme vorgelagerten Gesamttest des Automatisierungssystems mithilfe eines Simulationsmodells der Anlage. Das Simulationsmodell (digitaler Zwilling) besteht aus virtuellen Komponenten und Baugruppen, die die realen Systeme mit ihren Schnittstellen und Parametern abbilden. Die digitalen Zwillinge der eingesetzten Komponenten und Baugruppen enthalten die für eine VIBN wesentlichen Verhaltensmerkmale der realen Systeme. Das Komponentenverhalten wird dabei so nachgebildet, dass es am Feldbus keinen Unterschied zum realen Verhalten gibt. So wird in einer Hardware-in-the-Loop-Simulation (HILS) über den industriellen Echtzeit-Feldbus die reale Steuerungshardware in Betrieb genommen. Dank VIBN werden Entwicklungsprozesse und Inbetriebnahmen signifikant beschleunigt, die Qualität erhöht und Inbetriebnahmekosten gesenkt.

Digitale Abbilder realer Komponenten

Zunehmend suchen Komponentenhersteller nach Lösungen zur Bereitstellung von digitalen Abbildern ihrer realen Komponenten. Ziel ist es, dass Kunden damit ihre Automatisierungskonzepte virtuell validieren und Steuerungssysteme im Entwicklungsprozess anhand einer VIBN eingehend testen und optimieren können. Simulationswerkzeuge für die VIBN bieten mittlerweile vielfältige Schnittstellen zur Einbindung bestehender Teilmodelle bei der Modellierung eines digitalen Zwillings einer Maschine oder Anlage. In diesem Beitrag wird anhand eines Best Practice die TwinStore-Plattform vorgestellt: Zur Durchführung einer VIBN stellt die Sick AG der Kautex Maschinenbau GmbH über den TwinStore digitale Zwillinge seiner Komponenten bereit.

Mit der Bereitstellung digitaler Abbilder ihrer realen Komponenten schaffen sich Komponentenhersteller ein entscheidendes Verkaufsargument für ihre realen Hardwarekomponenten. Sie stellen Anwendern bereits validierte Simulationsmodelle ihrer Komponenten zur Verfügung, mit welchen diese Konzeptvalidierungen bis hin zur VIBN mit stark reduziertem Modellierungsaufwand durchführen können. Simulationsexperten erhalten die Möglichkeit, spezifische Modellbibliotheken für z.B. hochauflösende Prozesssimulationen bereitzustellen. Hierbei entstehen im Kontext des digitalen Zwillings neue Geschäftsmodelle. Digitale Zwillinge sind im Sinne der digitalen Fabrik vielfältig über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage einsetzbar: Von ersten Konzeptstudien über die virtuelle Inbetriebnahme bis zur Schulung des Betreiberpersonals und der Unterstützung bei Servicefällen in der Betriebsphase.

Digitale Austauschplattform

Der TwinStore (www.twinstore.de) bildet eine digitale Austauschplattform für Komponenten- und Anlagenlieferanten sowie Anlagenbetreiber zum Austausch von Simulationsmodellen für die virtuelle Auslegung und Absicherung im Rahmen einer VIBN. Über den TwinStore stellen Komponentenhersteller oder Simulationsspezialisten bereits implementierte und validierte Simulationsmodelle direkt für den Einsatz in Projekten des Maschinen- und Anlagenbauers oder Systemintegrators bereit. Letztere haben die Möglichkeit, ihren Kunden plattformbasiert eigene Bibliotheken, z.B. für Schulungszwecke oder Servicefälle anzubieten. TwinStore bildet somit eine digitale Austauschplattform für Komponenten- und Anlagenlieferanten sowie Anlagenbetreiber. Der TwinStore enthält vorgefertigte digitale Zwillinge verschiedener virtueller Komponenten und Baugruppen, bespielsweise für Antriebstechnik, Sensorik, Robotersysteme, Fördertechnik und Greifsysteme zur Einbindung in virtuelle Anlagen.

In der hier vorgestellten Applikation stellt der Komponentenlieferant Sick über den TwinStore ein digitales Abbild seines Sicherheitsschaltgeräts Sick UE 410-MM3 zur Verfügung. Für den Provider von Simulationsmodellen entstehen durch die Bereitstellung der digitalen Abbilder neue digitale Geschäftsmodelle und ein entscheidendes Verkaufsargument für seine Hardwareprodukte.

Kautex setzt in seiner Blasformmaschine vom Typ KBS120 zur Produktion von Hohlkörpern aus Kunstoff (z.B flache Teile, Tanks, Fässer) auf eine virtuelle Inbetriebnahme und setzt im Schutzkreis der Maschine das Sicherheitsschaltgeträt UE 410-MM3 von Sick ein. Bei der virtuellen Inbetriebnahme steht die Überprüfung und Optimierung des Bedienkonzepts und des SPS-Programms sowie der HMI der Maschine vor der realen Inbetriebnahme zur Reduzierung der Inbetriebnahmedauer vor Ort im Fokus. Aus dem digitalen Produktkatalog im TwinStore bezieht Kautex das Simulationsmodell von Sick und bindet dieses Modell zur VIBN seiner Automatisierungslösung ein. Hierbei reduziert Kautex nicht nur Modellierungszeiten, sondern erhöht aufgrund der hohen Realitätstreue der vom Komponentenhersteller validierten (Teil-)Modelle gleichzeitig auch die Aussagekraft der Simulation. Kautex kann im Virtuellen gefahrlos mit dem Komponentenmodell experimentieren und unterschiedliche Realisierungskonzepte prüfen. Mit dem TwinStore hat Kautex Zugriff auf Komponentenmodelle mit gesicherter Funktionalität und einem höheren Detaillierungsgrad. Aus einer Produktfamilie wird in virtuellen Testläufen die für den spezifischen Anwendungsfall ideale Komponentenvariante identifiziert. Über den TwinStore entsteht damit eine neue Feedback-Möglichkeit zwischen dem Komponentenhersteller und seinem Kunden.

Die TwinStore Community

Die Digitale Fabrik verfolgt die Vision der Verfügbarkeit eines digitalen Zwillings der realen Maschine oder Anlage samt maßgeschneiderter digitaler Werkzeuge und Methoden über den gesamten Lebenszyklus. Der TwinStore bildet eine digitale Austauschplattform für Simulationsmodelle, auf der z.B. Komponentenlieferanten digitale Zwillinge direkt zur Verfügung stellen und vertreiben können, wie im Fall der Unternehmen Sick und Kautex. Die weitere Ausgestaltung der Austauschplattform TwinStore erfolgt im Rahmen der TwinStore Community. In der TwinStore-Community engagieren sich Komponentenherstellern, Simulationsspezialisten, Maschinen- und Anlagenbauer, Systemintegratoren und Anwender einer VIBN. Neben der Ausgestaltung der TwinStore-Plattform erfolgt im Rahmen der Zusammenarbeit eine Normierung und Standardisierung von Simulationsmodellen in TwinStore Packages, die Erarbeitung eines Zertifizierungsvorgehens und damit einer Qualitätssicherung für geprüfte Simulationsmodelle sowie die Erarbeitung digitaler Geschäftsmodelle für den Austausch von Simulationsmodellen. ge

Weitere Details zum TwinStore:
http://hier.pro/w0e1n

Dazu ein Video:
http://hier.pro/SPFMV

Diese Lösung ist nominiert für den Automation Award 2020 – hier geht es direkt zur Abstimmung:
https://wirautomatisierer.industrie.de/automationaward/

Kontakt:
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
Gropiusplatz 10
70563 Stuttgart
Tel: +49711 22992-44
info@isg-stuttgart.de

www.isg-stuttgart.de


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