Come risparmiare sui costi di progetto e migliorare la qualità con i gemelli digitali

Jul 24, 2023

La messa in servizio virtuale di macchine specifiche per il cliente ha la maggiore influenza in termini di miglioramento della qualità del prodotto, dei costi e dei tempi di produzione. Fino ad ora, la creazione di modelli è stata costosa e antieconomica a causa della mancanza di sistemi di blocchi modulari meccatronici. Diamo un'occhiata agli effetti dei gemelli digitali per la messa in servizio virtuale.

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Per questo articolo, l'uso dei gemelli digitali è stato analizzato in diverse valutazioni per quanto riguarda: applicabilità economica, tipo di base temporale di simulazione, linguaggi o strumenti di modellazione e metodologia. Di seguito verranno mostrati gli sforzi e i vantaggi del loro utilizzo per l’esecuzione del progetto di sistemi di produzione agili. Le macchine per gli impianti saranno assemblate da un kit modulare e saranno equipaggiate secondo le specifiche del cliente.

Il campo di applicazione durante l'esecuzione del progetto, a partire dal processo di vendita fino all'inizio della produzione (SOP), richiede specifiche diverse per tali modelli digitali. Nel processo di vendita verrà presa in considerazione la richiesta del cliente relativa al processo di produzione del pezzo, alla capacità richiesta e al layout richiesto. Le specifiche avranno un prezzo, ma i modelli per il processo di proposta utilizzeranno il sistema modulare standard di elementi costitutivi per le singole macchine. Per far fronte alla velocità richiesta della fase di ingegneria dell'applicazione, i modelli utilizzati per la simulazione dovrebbero essere piuttosto semplici e sufficientemente accurati da fornire le informazioni corrette sul tempo di ciclo, sul numero di macchine, sulla corretta configurazione del layout e sulle prestazioni complessive della linea. Con l'ordine di acquisto e l'ingegnerizzazione delle informazioni di progettazione meccatronica verrà sviluppato il Digital Product Twin secondo le specifiche del cliente. Durante l'esecuzione del progetto ci sono diverse tappe fondamentali per la verifica della simulazione e l'ottimizzazione fino al raggiungimento dell'accettazione finale (FAC). Con la finalizzazione del progetto tutti i Digital Twin dovrebbero essere aggiornati e presenteranno la copia virtuale del reale ambito di fornitura.

Il digital process twin è un modello dell'area di lavoro e simula i movimenti degli assi, i tempi improduttivi rilevanti per il processo, il dispositivo di serraggio, il pezzo in lavorazione e gli utensili da taglio necessari. Rispetto ad una messa in servizio PLC, la messa in servizio NC è molto breve ma con evidenti vantaggi in termini di qualità e tempo.

Il Digital Product Twin è un modello ciberfisico con funzionalità prossima al 100% in combinazione con un software emulato (Software in the Loop) o un controllo reale (Hardware in the Loop). Oltre al controller reale, altri prodotti reali come stack di valvole, attori o le interfacce possono essere collegate ad esempio tramite Ethernet o Profibus/Profinet. In confronto, l'applicazione basata su Hardware in the Loop è stata valutata come la soluzione migliore grazie alla sua copia più accurata della realtà. Il controllore della macchina (ad esempio Siemens 840 Dsl) essere collegato direttamente con il bus di campo reale al PC (es. Windows con Twin CAT 3.1) su cui è installato il modello di simulazione della macchina.La simulazione viene eseguita in tempo reale.

Il Digital Production/System Twin rappresenta l'installazione completa di un sistema di produzione/produzione come modello. Lo scopo principale di questa applicazione è analizzare e ottimizzare il flusso di materiale e il calcolo della produttività ottenibile o OEE (efficienza complessiva dell'attrezzatura) per l'intero sistema. Entrambi i parametri – produttività e prestazioni del sistema – sono obblighi contrattuali e richiedono un modello di simulazione per confermare le specifiche. Con una maggiore sensibilità per l'energia e l'ambiente e per i costi di investimento e operativi per questi argomenti, i modelli di simulazione vengono utilizzati per determinare il consumo energetico, i carichi collegati richiesti, il consumo dei mezzi (refrigerante, aria compressa, acqua dell'impianto) nonché le prestazioni dell'aria di scarico e dei filtri.

La maggior parte dei clienti con volumi di produzione elevati rilasciano specifiche di progetto dettagliate per trarre vantaggio dal personale già formato e dalle scorte di pezzi di ricambio esistenti per le loro richieste. Poiché il fornitore del sistema richiede tale specifica, un lavoro di ingegneria piuttosto significativo per i componenti modulari standardizzati della macchina e per il processo di produzione. Per ogni progetto deve essere considerata un'intensa fase di messa in servizio per fornire la qualità richiesta e soddisfare le specifiche di sicurezza. Per evitare una quantità massima di tempi di consegna dipendenti, lo sviluppo del commissioning virtuale e del commissioning come un mix di apparecchiature reali con apparecchiature virtuali ha offerto vantaggi significativi che sono molto vantaggiosi sia per i fornitori che per i clienti. Quanto più accuratamente un modello riflette la realtà, tanto maggiore è la sua qualità, che costituisce una linea guida affinché i Digital Product Twins siano in grado di simulare la realtà.