Entre as industrias e mercados de todo o mundo, produtos estão movendo de design de conceito para lançamento em mercado em um período de tempo cada vez menor. O tempo de desenvolvimento de um hardware de máquina e seu software pode ser um fator decisivo entre seu sucesso ou fracasso contra a competição. Então, naturalmente - o mais rápido, melhor. Digital twins podem ter um papel importante no desenvolvimento e teste rápido de um hardware e software de máquina.
A única maneira de máquinas atingirem seus calendários de desenvolvimento apertados é com processos altamente eficientes. Erros devem ser descartados desde o começo em vez de corrigidos após o fato. Até o protótipo da máquina deve estar correto na primeira vez. "Para cumprir esses alvos elevados, a simulação é uma abordagem que tem se provado em várias disciplinas diferentes," diz Kurt Zehetleitner, responsável por simulação e desenvolvimento baseado em modelo na B&R. Um digital twin torna possível avaliar as características de um produto antes que qualquer parte dele realmente exista.
Essa abordagem já é pratica comum para desenvolver sistemas mecatrônicos usados nas indústrias de automação e aviação. Sistemas mecânicos são modelados no computador e testados em um ambiente simulado. Essa estratégia de desenvolvimento ainda está ganhando um ponto de apoio em outras áreas da manufatura. Isso pode ser atribuído em grande parte ao equivoco generalizado de que desenvolver modelos de simulação é uma tarefa complicada e longa que só pode ser feita por desenvolvedores com um conhecimento extenso de matemática avançada, e que os próprios modelos são sujeitos e erros. "Esse era o caso no começo," diz Zehetleitner, "mas hoje, criar modelos de simulação é consideravelmente mais fácil e rápido."
Digital twins aceleram o comissionamento.
As ferramentas de simulação atuais tornam a geração de digital twins muito mais fácil. Isso não somente acelera o desenvolvimento de software e hardware, mas também torna possível fazer comissionamento digital. Simular o comportamento físico da máquina em tempo real torna possível a identificação de bloqueios e gera potencial para otimização no começo do desenvolvimento. "Com integração perfeita entre ferramentas de desenvolvimento, a simulação facilita um alto grau de eficiência e gerência de recursos," diz Zehetleitner. "Isso contribui para a melhor utilização dos recursos de desenvolvimento e ajuda a reduzir o tempo de comissionamento em até 80%."
No ambiente de engenharia do Automation Studio, um digital twin dá aos desenvolvedores da aplicação uma vantagem decisiva - eles podem inicializar o modelo digital diretamente no PC e conectar ao controlador da máquina em um software - ou configuração in-the-loop de hardware. O software de aplicação pode ser desenvolvido, verificado e testado previamente, e requisitos de performance podem ser testados no controlador.
Para criar um digital twin, o desenvolvedor importa os dados do CAD para a máquina dentro de uma ferramenta de modelamento, como o MapleSim. Eles podem usar facilmente características importantes do design em CAD, como valores da massa e densidade, e também podem prover componentes mecânicos individuais com propriedades adicionais, como graus de liberdade e uma interface para o controlador.
Modelando sem equações
Com ferramentas como MapleSim e industrialPhysics, até modelos complexos são fáceis de implementar. MapleSim oferece uma biblioteca de elementos de modelamento como massas, junções, molas e amortecedores que fazer o processo de expandir e aperfeiçoar um modelo intuitivo e fácil. O sistema gera as equações para o modelo no fundo. Um aplicativo da B&R no MapleSim permite que o modelo seja exportado automaticamente para o Automation Studio, juntamente com os dados CAD. Lá, usuários podem testar o software da máquina com atenção a carga de motor e configuração de controlador. A ferramente Scene Viewer da B&R usa os dados CAD já provisos para visualizar movimentos em 3D. "Isso torna os testes e troubleshooting muito fáceis para o desenvolvedor de software," diz Zehetleitner.
A abordagem é similar com a ferramenta de simulação industrialPhysics. A ferramenta tem um motor de física integrado que provém uma simulação aproximada de sistemas físicos com enfase em performance em tempo real. "Esse é o tipo de sistema que torna possível simular máquinas inteiras e plantas," diz Zehetleitner. "Você pode até verificar o comportamento em tempo real e a carga de sistema no hardware alvo em um ambiente hardware-in-the-loop."
Geração de código automática
Uma vez que o digital twin foi criado, geração de código automática tem um papel importante no desenvolvimento e implementação de funções de máquina no sistema alvo. Entre os diversos benefícios, ele reduz substancialmente a quantidade de programação requerida. A ferramenta MATLAB/Simulink é particularmente ideal para geração de código automático. A B&R desenvolveu uma interface bi-direcional entre MATLAB/Simulink e Automation Studio. Com Automation Studio Target para Simulink, o trabalho do desenvolvedor é reduzido para apenas alguns cliques do mouse. "Eles podem ir muito rapidamente de criar um modelo no Simulink para rodar códigos de programa de alta qualidade no controlador da B&R," diz Zehetleitner. "Incluindo algumas opções de diagnóstico muito sofisticadas." O Automation Studio Target para Simulink ajuda a aumentar a qualidade do produto e ao mesmo tempo, acelera significativamente o desenvolvimento do software de máquina.
Interface aberta
Quando trabalhando com ferramentas de simulação, interfaces e standards abertos são essenciais para permitir que os diferentes sistemas envolvidos se comuniquem de forma livre e clara. A habilidade de usar software já existente salva tempo precioso. B&R oferece transparência em todos os níveis e produtos. Com o padrão industrial independente Functional Mock-up Interface (FMI), modelos podem ser trocados e co-simulados usando uma variedade de ferramentas de desenvolvimento. B&R oferece um mecanismo para importar Functional Mock-up Units (FMUs) de acordo com o standard FMI 2.0. "FMUs são integrados completamente no Automation Studio como blocos de função," explica Zehetleitner.
Ferramentas de simulação podem ser usadas para testar modelos em todos os cenários definidos e realizar comissionamentos virtuais compreensivos. Testes feitos durante o comissionamento virtual podem se extender de sequências lógicas simples a cenários críticos e complexos, para garantir a eficiência e qualidade geral do software e hardware da máquina. Usar um gêmeo digital reduz a quantidade de tempo necessária para comissionar a máquina real e minimiza o risco de erros.
Autor: Carola Schwankner, Editora de Comunicações Corporativas, B&R
Digital Twin
Um digital twin é uma representação detalhada e dinâmica da máquina real. Dados de CAD tri-dimensionais são usados para criar um modelo digital, ao qual podem ser destinadas todas as características e funções da máquina que está sendo desenvolvida, incluindo materiais e sensores usados, assim como os movimentos e propriedades dinâmicas da máquina real. Isso permite que o comportamento da máquina seja simulado em tempo real para identificar erros potenciais ou áreas para melhoria sem gastar o tempo, dinheiro e risco de um protótipo físico.
