MapleSim jest zaawansowanym narzędziem do modelowania, służącym do obliczania sił fizycznych działających na złożone systemy mechaniczne. Producentem narzędzia jest firma Maplesoft specjalizująca się w programach matematycznych. Współpraca z B&R sprawia, że łatwiej niż kiedykolwiek można połączyć te modele ze środowiskiem Automation Studio firmy B&R i samą maszyną w postaci cyfrowego bliźniaka. Chad Schmitke z Maplesoft oraz Kurt Zehetleitner z B&R wyjaśniają natychmiastowe korzyści uzyskiwane przez konstruktorów maszyn, a także długoterminowe następstwa korzystania z tej fascynującej technologii.
Dużo się obecnie słyszy o symulacji i cyfrowych bliźniakach. Co się za tym kryje?
Chad Schmitke, Maplesoft:
Podekscytowanie jest zrozumiałe. Technologie te są odpowiedzią na część największych wyzwań, przed jakimi stają konstruktorzy maszyn, i prawdopodobnie wprowadzą one trwałe zmiany w sposobie opracowywania maszyn. Z racji coraz większego udziału sztucznej inteligencji w obszarach, które wcześniej obejmowały wyłącznie układy mechaniczne, oprogramowanie sterujące staje się szczególnie ważne dla działania maszyny. W miarę jak maszyny stają się coraz bardziej złożone i możliwe do dostosowania, potrzeba coraz bardziej wyszukanych metod testowania i oceny.
I tutaj jest miejsce na symulację?
Schmitke:
Dokładnie. Projektanci nie chcą ponosić wszystkich kosztów tworzenia fizycznego prototypu, mając nadzieję, że będzie dobrze. Dzięki temu, że można oprzeć dobór osprzętu oraz testowanie oprogramowania na realistycznej symulacji, a nawet przeprowadzić wirtualne uruchomienie z użyciem bliźniaka cyfrowego, można już na wczesnym etapie przekonać się, że maszyna będzie robić to, do czego została zaprojektowana.
Czyli największy nacisk zostanie położony na projektowanie i programowanie?
Schmitke:
Zdecydowanie taki będzie punkt wyjścia, jednak już możemy rzucić okiem na kolejny etap, który właśnie się rozpoczyna. Ludzie będą wykorzystywać stworzone przez siebie modele do uzupełniania wyrobów o cechy stanowiące wartość dodaną. Odkryją oni nowe sposoby na wykorzystanie danych uzyskanych od maszyny w czasie rzeczywistym do zadań takich jak diagnostyka, konserwacja zapobiegawcza czy zaawansowane sterowanie.
Czy tematy takie są często poruszane w Pańskich rozmowach z klientami?
Schmitke:
Pojawia się sporo nietuzinkowych pomysłów na temat tego, dokąd zmierza technologia. Jednak najczęściej słyszę od klientów, szczególnie małych i średnich przedsiębiorstw, że nie mają pewności od czego w praktyce zacząć. Chcą oni wiedzieć, jak zacząć tę przygodę, jakie są pierwsze kroki, które pozwolą im od razu dostrzec korzyści.
W jaki sposób B&R oraz Maplesoft odpowiadają na takie obawy?
Kurt Zehetleitner, B&R:
Kiedy przychodzi czas tworzenia oprogramowania dla maszyn, nasi klienci zwykle zabierają się od razu za programowanie. Wstępny etap modelowania systemu jest czymś nowym, a MapleSim to naprawdę wygodny sposób na rozpoczęcie takich prac. Dzięki naszej współpracy stworzyliśmy pakiet B&R MapleSim Connector, który usprawnia komunikację pomiędzy narzędziami i pozwala naszym klientom zgłębiać ten nowy obszar w sposób, który bardzo szybko przynosi rzeczywiste rezultaty.
Schmitke:
Maplesoft ma bogate doświadczenie w zakresie opracowań teoretycznych, przydatne gdy chodzi o upraszczanie symboliki i konstruowanie zwięzłych zestawów równań. Dlatego jesteśmy w stanie wygenerować wyjątkowo zwarty kod, a dzięki naszej współpracy z B&R można zastosować go do symulacji sprzętowych i symulacji oprogramowania. Dlatego jest to naprawdę dobre połączenie wiedzy B&R na temat sprzętu opracowywanego przez jej klientów oraz naszego doświadczenia w modelowaniu takich systemów.
Czy może nam Pan powiedzieć coś więcej na temat B&R MapleSim Connector?
Zehetleitner:
Pakiet MapleSim Connector zawiera MapleSim oraz aplikację B&R do MapleSim, która służy do automatycznego eksportu modelu oraz danych CAD do Automation Studio. Jest także możliwość eksportu do naszego narzędzia do modelowania SERVOsoft. Jest to więc powiązanie, które sprawia, że współdziałanie pomiędzy tymi narzędziami jest płynne i maksymalnie pomocne dla naszych klientów. Można je pobrać ze strony B&R i będzie ono umieszczone na płycie instalacyjnej DVD przyszłych wersji Automation Studio. Dzięki MapleSim i Automation Studio, klienci zmagający się z rozwojem oprogramowania zyskują naprawdę przystępne rozwiązanie, upraszczające organizację pracy i umożliwiające bezproblemową współpracę specjalistów z różnych dyscyplin technicznych.
Jest to więc dobry sposób dla konstruktorów maszyn, aby rozpocząć pracę z technologią cyfrowych bliźniaków?
Schmitke:
Zgadza się. Wprowadzenie modelu opracowywanego systemu do wydajnego narzędzia programistycznego, takiego jak Automation Studio, otwiera bardzo ciekawe możliwości. Można przetestować sterownik w czasie rzeczywistym bez żadnego ryzyka, a następnie zainstalować go bezpośrednio w maszynie. Jest to element, który zupełnie wywróci do góry nogami tradycyjne podejście do oprogramowania maszyn. W przeszłości wkładano sporo wysiłku w stworzenie modelu, a można było dzięki niemu co najwyżej dobrać silnik i w zasadzie to było wszystko. Teraz mamy otwartą drogę do tak wielu możliwości. Można z pełnym przekonaniem programować, ponieważ można na własne oczy przekonać się, że wszystko będzie działać. Można spokojnie uruchomić urządzenie, ponieważ wszystko już zostało przetestowane wirtualnie. Sprzyja to doskonaleniu pracy konstruktorów, gdyż swobodzie działania w fazie koncepcyjnej towarzyszą nowe możliwości wykorzystania informacji zwrotnych pozyskiwanych z maszyny.
Czy mógłby Pan opisać, jak wygląda usprawniona współpraca pomiędzy MapleSim i Automation Studio?
Zehetleitner:
Programista rozpoczyna od importu istniejących danych CAD do MapleSim w celu stworzenia modelu bez konieczności opracowywania jakichkolwiek równań kinematycznych. Z tego punktu tylko kilka kliknięć prowadzi do stworzenia kodu C i zaimportowania go do Automation Studio, gdzie można uruchomić środowisko symulacyjne lub rzeczywisty osprzęt, prawie jak każdy inny blok funkcji. Gdy już dane CAD zostaną w taki sposób zaimportowane, programista może zobaczyć obraz 3D w programie Scene Viewer firmy B&R. Cyfrowy bliźniak pokaże mu od razu, czy wszystko działa prawidłowo. A ponieważ konstrukcja mechaniczna nieuchronnie zmienia się w trakcie realizacji projektu, mogą oni stale aktualizować swój model, co pozwala uniknąć przykrych niespodzianek podczas uruchamiania oprogramowania na rzeczywistej maszynie.
W jaki sposób konstruktorzy maszyn skorzystają z tych wszystkich nowych możliwości?
Zehetleitner:
Ze względu na rosnącą złożoność i zmienność problemów wynikających z coraz bardziej dynamicznego i adaptacyjnego charakteru maszyn, inżynierowie określający przewidywany sposób działania komponentów nie mogą polegać jedynie na własnej intuicji. Stąd rosnące znaczenie aplikacji umożliwiających dobór komponentów i wirtualne uruchomienia. W przypadku naszego systemu transportowego ACOPOStrak, posiadanie bliźniaka cyfrowego ułatwia ustalenie dokładnej liczby wózków, które zmaksymalizują wydajność.
Schmitke:
Będzie to jedynie punkt wyjścia dla rozwoju rozwiązań w takich dziedzinach, jak konserwacja zapobiegawcza, zaawansowana kontrola i strojenie. Jeżeli przykładane momenty, nie pasują do przewidywań modelu, wiemy, że na przykład coś może być nie tak z danym mechanizmem. Można także zbadać scenariusze alternatywne. Można się przyjrzeć danemu zestawowi parametrów i zadać sobie pytanie: „Jaki najszybszy cykl mogę osiągnąć przy tym profilu ruchu i nadal zmieścić się w granicach momentu obrotowego mojego silnika?”. Dalej ograniczeniem jest już tylko wyobraźnia: A jak to rozwiązanie wpisuje się w proces sprzedaży? Przyszłość stoi otworem.
Co jeszcze może przynieść ta współpraca w przyszłości?
Schmitke:
Mamy nadzieję, że to ekscytujące zagadnienie stanie się bodźcem i zachętą dla naszych klientów. Otrzymają oni łatwy dostęp do narzędzia, które daje pewność poprawnego działania, i w ramach którego mogą polegać na wsparciu ekspertów zarówno Maplesoft, jak i B&R. Później trzeba będzie zapoznać się z informacjami zwrotnymi i ustalić priorytety funkcji, którymi należy zająć się w pierwszej kolejności. Istotne pozostaje pytanie: „W jaki sposób możemy ułatwić klientom korzystanie z informacji pochodzących z ich modelu do stworzenia przez nich systemu sterowania z wartością dodaną?”.