Wikpol jest firmą zajmującą się produkcją zrobotyzowanych linii paletyzacji, depaletyzacji i pakowania zbiorczego. Zastosowanie cyfrowego bliźniaka, czyli wirtualnego środowiska, w którym możliwe jest testowanie różnych scenariuszy pracy maszyn, przyczyniło się do usprawnienia procesów projektowania oraz do doskonalenia tworzonych rozwiązań. Metodę tę wykorzystano między innymi do opracowania projektu i przeprowadzenia symulacji działania elementów inteligentnego systemu transportu na linii produkcyjnej makaronu.
Cyfrowy bliźniak (ang. digital twin), będący komputerową reprezentacją przedmiotu występującego w prawdziwym świecie, pozwala firmom takim jak Wikpol – zajmującym się projektowaniem systemów produkcyjnych – oszczędzić czas oraz uzyskać efektywniejsze i bardziej funkcjonalne rozwiązania. Stworzony w komputerze model ma odpowiadać rzeczywistemu obiektowi. Modelowanie zapewnia komfort praktycznie bezkosztowego testowania nowych wersji lub modyfikacji rozwiązań technicznych.
Wdrażanie najnowszych osiągnięć techniki opartych na cyfrowych bliźniakach jest filarem założeń Przemysłu 4.0. Cyfrowe projektowanie, następnie symulacja i ostatecznie optymalizacja tworzonego produktu przyczynia się do rozwoju technicznego przedsiębiorstw. Z tego właśnie powodu zdecydowaliśmy się na wykorzystanie rozwiązań z obszaru cyfrowego bliźniaka dostarczanych przez Siemensa. – mówi Jarosław Strug, Główny Automatyk Programista w firmie Wikpol.
Cyfrowy bliźniak w projektowaniu
Dzięki zastosowaniu cyfrowego bliźniaka powstające w Wikpolu nowe rozwiązania poddawane są kompleksowym testom. Przekłada się to na konkretne korzyści, jakie firma może zaoferować swoim odbiorcom. Wydajnie, precyzyjnie i niezawodnie pracujące urządzenia sprawiają, że klienci firmy Wikpol mogą dostarczać na rynek bardziej konkurencyjne produkty.
– Cyfrowy bliźniak stanowi odpowiednik maszyny rzeczywistej – w stopniu pozwalającym na osiągnięcie wymaganej funkcjonalności. Jest wykorzystywany u nas zarówno na etapie projektowania, jak też w kolejnych fazach: produkcji, uruchamiania i utrzymania ruchu. Szczególnie istotna w cyfrowym bliźniaku jest możliwość wirtualnego uruchomienia, podczas którego następuje weryfikacja zgodności działania z założeniami projektowymi – mówi Jarosław Strug.
Siemens odpowiadał za wstępne uruchomienie cyfrowych bliźniaków w firmie Wikpol. Dostarczył także sprzęt i oprogramowanie. W ramach wdrożenia udostępniony został komputer IPC Siemens z oprogramowaniem: TIA Portal, PLCSIM Advanced, SIMIT oraz Mechatronics Concept Designer. Siemens ma jeszcze w planach szczegółowe szkolenie inżynierów Wikpolu z wybranych obszarów niezbędnych do pracy.
– Wikpol jest naszym kluczowym klientem wykorzystującym dedykowane rozwiązania Siemensa. Posiada odpowiednią wiedzę i zasoby wymagane do wprowadzania na rynek innowacyjnych produktów, przy których projektowaniu niezbędne jest wykorzystywanie nowoczesnych narzędzi opartych na cyfrowych bliźniakach – mówią zgodnie Jakub Chojnacki i Mariusz Waśkowicz, inżynierowie wspomagający tworzenie cyfrowego bliźniaka w Siemensie.
Tego samego zdania jest opiekun handlowy Wikpol w firmie Siemens, Maciej Gryczewski:
– Zastosowanie technologii cyfrowego bliźniaka pozwoli naszemu partnerowi dostarczać lepiej dostosowane do potrzeb klienta systemy pakowania, paletyzacji i depaletyzacji. Powstające w oparciu o analizę potrzeb i z uwzględnieniem specyfiki produkcji rozwiązania będą doskonalsze technicznie i zoptymalizowane pod względem wydajności wytwarzania i energochłonności.
Zastosowanie cyfrowego bliźniaka w inteligentnym systemie transportu
Cyfrowy bliźniak został użyty między innymi do zaprojektowania transportera Intelligent Belt w linii kompletacji torebek. Wyzwaniem dla projektantów tego urządzenia było pakowanie kilku rodzajów asortymentu i zachowanie wysokiej wydajności dochodzącej do 120 torebek makaronu na minutę.
– Projektowany transporter miał zapewniać ciągły odbiór produktu. Zawierał on dwa sprzężone synchronicznie pasy z wagonikami, na których zamocowane zostały komory odbiorcze. W pewnych okolicznościach, np. nieprawidłowości podczas sterowania układem, istniało niebezpieczeństwo zderzenia się wagoników. Projektanci zdawali sobie sprawę, że przy dużej prędkości działania linii produkcyjnej ryzyko takiego zdarzenia było dość wysokie – wspomina Jarosław Strug.
Konieczne stało się zatem jak najdokładniejsze przetestowanie sterowania jeszcze przed wdrożeniem projektowanej linii produkcyjnej. Testowanie miało na celu sprawdzenie, czy zastosowany układ będzie w pełni zabezpieczony przed niepożądanymi zdarzeniami, a jednocześnie czy spełni wszelkie wymagania funkcjonalne i wydajnościowe. Proces symulacji polegał na stworzeniu modelu cyfrowego bliźniaka, a następnie jego integracji z programem sterującym. Kolejnym etapem były testy programu sterującego i wprowadzanie korekt na bieżąco w układzie sterowania.
Do tego zadania wykorzystany został między innymi Mechatronics Concept Designer oparty na systemie NX, narzędzie SIMIT pozwalające na tworzenie symulacji telegramów do napędów Simatic, wirtualny sterownik PLCSIM Advanced oraz TIA Portal – kompleksowe rozwiązanie do programowania PLC i HMI.
– Dodatek SIMIT, zawierający zintegrowaną bibliotekę obsługującą telegram 105 pozwolił nam na symulacje napędów V90. Dzięki niemu byliśmy w stanie testować kompletny pogram sterujący zawierający pełny hardware wraz z funkcjami technologicznymi. Pozwoliło nam to przenieść 1:1 przetestowany program z symulacji do fizycznego układu – mówi Jarosław Strug.
Korzyści z zastosowania metody digital twin
Wdrożenie cyfrowego bliźniaka w firmie Wikpol pozwoliło inżynierom uniknąć błędów projektowych już na wczesnym etapie budowy maszyny. Pomocne okazało się zwłaszcza testowanie pracy urządzenia w różnych scenariuszach.
Niewątpliwą korzyścią była możliwość sprawdzenia mocno kolizyjnego układu w środowisku wirtualnym. Symulacja tego procesu zapewniła programistom komfort podczas testowania wielu wariantów sterowania. Nasi inżynierowie nie musieli martwić się o możliwe kolizje i ich następstwa w rzeczywistości. Tym samym byli w stanie wyeliminować potencjalne koszty uszkodzonych elementów oraz czas potrzebny do przywrócenia układu do pracy. Ponadto skrócił się sumaryczny czas uruchomienia układu w zakładzie naszego klienta. – mówi Jarosław Strug.
Dzięki dostępnej fizyce w środowisku symulacyjnym wiele czynników można było przewidzieć już w fazie symulacji. Informacja zwrotna dla działu konstrukcyjnego umożliwiła wprowadzenie zmian przed dopuszczeniem produktu do finalnych testów na fizycznym urządzeniu.
Z punktu widzenia klienta końcowego korzyścią było otrzymanie maszyny, która została przetestowana w sposób optymalny, jeszcze na etapie projektowania. W efekcie pozwoliło to na szybsze uruchomienie linii u klienta i rozpoczęcie produkcji.
źródło: Siemens
