Digitale tweelingen geven boost aan machine-ontwikkeling

Een kortere time-to-market, efficiëntere engineering, meer functionaliteit en hogere kwaliteit – dat zijn de voordelen van een digitale tweeling (digital twin) voor machinebouwers en integratoren. Festo werkt hard aan het uitrusten van haar automatiseringscomponenten met een digitale tweeling: een digitale representatie, die is gebaseerd op de Asset Administration Shell (AAS) standaard. Het bedrijf heeft de krachten gebundeld met andere internationale automatiseringspartners en de Industrial Digital Twin Association, omdat machinebouwers en integratoren vragen om standaardisatie. De voordelen van digitale tweelingen werden gedemonstreerd op de Hannover Messe aan de hand van een gezamenlijk gebouwde machine voor een etiketteertoepassing.

Digitale tweelingen

kunnen afhankelijk van de toepassing in verschillende stadia van de engineering worden gebruikt. “Machinebouwers en integratoren vragen meer en meer om digitale tweelingen, zodat ze hun machines en systemen sneller kunnen ontwikkelen en tijdens het proces minder fouten maken”, legt Gerhard Borho, directielid Digitalisering bij Festo uit. Stap voor stap blijft het principe van ‘digital first’ zich verder ontwikkelen. Componenten en machines worden zo veel mogelijk virtueel ontwikkeld voordat de hardware wordt geproduceerd; dit geldt ook voor testen en systeemintegratie. Vergelijkbare ontwikkelingen zijn te zien bij digitale fabrieksplanning.

Kortere projecttijden

Kortere ontwikkelingstijden vereisen in toenemende mate gelijktijdige engineering door de machinebouwers. Digitale tweelingen moeten daarom de mogelijkheden van de componenten nauwkeurig nabootsen, zo nodig tot aan het fysieke gedrag toe. Dit verkort aanzienlijk de tijdsduur van klantprojecten en verhoogt de productiviteit. Nog voordat een machineontwikkelaar de machinehardware heeft samengebouwd, kan hij deze simuleren, testen en aanpassen. Machinebouwers kunnen met behulp van het virtuele model bijvoorbeeld optimale, efficiënte handlingsystemen ontwerpen en programmeren. Zo kunnen fouten vroegtijdig worden opgespoord en gecorrigeerd, wat aanzienlijk bijdraagt aan efficiënte en stabiele werking in later stadium.

Digitale tweelingen van automatiseringscomponenten zijn veel meer dan alleen 3D-modellen die virtueel bewegen. Het zijn digitale representaties die allerlei informatie over de componenten bevatten, zoals een duidelijke beschrijving van hun eigenschappen, de onderliggende documentatie, het gedrag – bijvoorbeeld simulatie van hun bewegingen en krachten – en de communicatie ermee, inclusief hun functie in de machine.

Focus op de gehele levenscyclus

De machine-architectuur van Industry 4.0 is volledig gebaseerd op digitale tweelingen. Dankzij hun gestandaardiseerde communicatie-interfaces maken ze het leven van onze klanten gemakkelijker gedurende vrijwel de gehele levenscyclus van een machine: van virtuele opstart en machinebesturing tot data-acquisitie en datagebaseerde diensten met meerwaarde, zoals onderhoud of diagnose. Gedragsmodellen van pneumatische functies werden gebruikt voor de virtuele inbedrijfstelling van de op de Hannover Messe gedemonstreerde etiketteermachine. De verminderde noodzaak voor het zoeken in catalogi of op support-portals, alsmede voor het samenstellen van machinedocumentatie levert nog meer tijdwinst op.

Tot nu toe was er voor elke automatiseringscomponent een veelheid aan data in verschillende formaten, zoals CAD en PDF, of zelfs in de vorm van papieren handleidingen. Dat maakte het gegevensbeheer omslachtig en moeilijk toegankelijk gedurende de hele levenscyclus van een automatiseringsproduct. Dit gebrek aan digitale continuïteit maakte het ook moeilijk om alle objecten volledig in een netwerk op te nemen. Festo werkt daarom met consistente communicatietechnologieën, zoals OPC-UA, die over alle netwerken heen kunnen communiceren. Uiteindelijk wordt de administration shell gebruikt als centrale informatiebron om de digitale tweelingen gedurende de hele levensduur van een component te kunnen gebruiken.

Digitale tweelingen maken de gang van zaken eenvoudiger vanaf de planningsfase en de voorbereiding van concrete ontwerpvoorstellen. “Met intelligente algoritmen kunnen optimale en tegelijkertijd energie-efficiënte componenten worden ontworpen en geconfigureerd”, voegt het directielid Digitalisering van Festo toe.

Voordelen digitale tweelingen bij inbedrijfstelling

Met een virtueel model kan de ontwikkelaar bijvoorbeeld testen of de slede kan worden bewogen, en de encoderdata of het signaal van de eindpositiesensoren bekijken. Als de ontwikkelaar besturingssequenties voor de machine wil maken, kan hij deze eenvoudig aanmaken met behulp van de functies van de componenten, zoals uitschuiven, roteren of grijpen.

Ook andere diensten met toegevoegde waarde kunnen worden geïmplementeerd op basis van digitale tweelingen. De functie voor condition monitoring genereert bijvoorbeeld een bericht wanneer operationele componenten het einde van hun levensduur naderen. De digitale tweeling van de machine kan dan automatisch reserveonderdelen bestellen. Als er op dat moment nieuwere modellen zijn voor de te vervangen onderdelen, kan de klant de virtuele omgeving gebruiken om eerst te testen hoe de nieuwe onderdelen werken voordat hij ze bestelt.

Conditiebewaking kan ook worden gebruikt in combinatie met de simulatiemodellen van digitale tweelingen om predictief onderhoud in te plannen. Bovendien kunnen klanten de digitale tweelingen gebruiken om latere wijzigingen, optimalisaties of herconfiguraties op het virtuele model te ontwikkelen en te testen voordat deze op de machine worden geïmplementeerd. Ook dit versnelt het proces.

Samen met andere leveranciers van componenten heeft Festo de digitale tweelingen van zijn elektrische en pneumatische automatiseringsproducten opgenomen in een use case die machinebouwers en integratoren de mogelijkheid biedt om de voordelen van digitale tweelingen live in de engineering tools van Siemens te ervaren.

Meer informatie bij Festo