Een digital twin is een 3D-simulatie van een industriële machine, gebaseerd op het CAD-model, waarmee applicaties virtueel getest en gevalideerd kunnen worden, inclusief PLC-code. Bij machinebouwer TG Packaging in het Belgische Verrebroek leidde deze aanpak, toegepast bij de ontwikkeling van een Smart Track Feeder, tot lagere kosten, betere foutdetectie en real-time monitoring. Dankzij samenwerking tussen meerdere partijen – waaronder SigmaControl – kon de virtuele en fysieke ontwikkeling parallel verlopen, wat de doorlooptijd verkortte.
In een industriële wereld waar AI (Artificial Intelligence), IoT (Internet of Things), Edge- en Cloud computing aan de orde van de dag zijn, begint het leven van een machineprogrammeur steeds interessanter te worden. Daar kan Bart Aernouts van procesautomatiseerder AASYS in Hoogstraten (B.) over meepraten. Tijdens een jaarlijks event waar gebruikers van het Lasal All-In-One engineering pakket van SIGMATEK elkaar ontmoeten, georganiseerd door SigmaControl uit Barendrecht, liep hij Johan Reijers (XR4Industry) tegen het lijf. Precies tijdens de periode waarin Aernouts bezig was met het programmeren van een nieuw te ontwikkelen flexibel invoersysteem van TG-Packaging voor een verpakkingsmachine. Hierbij moesten producten gesynchroniseerd bij de invoer worden aangeboden. Een virtuele simulatie van dat systeem zou de doorlooptijd wel eens een boost kunnen geven.
DEZE ARTIKELEN VIND JE WELLICHT OOK INTERESSANT OM TE LEZEN:
- Windturbine-inspecties met autonome drones en digital twin modelling
- Van 3D-bestanden naar samenwerkende digital twins
- Blauwe Watertuin geautomatiseerd met besturingen van SIGMATEK
Van ketting naar Smart Track
Bij de Smart Track Feeder wordt een product via bijvoorbeeld een toevoerband aangeboden bij de invoer van een verpakkingsmachine die het ingevoerde product vervolgens voorziet van folie, dit op de juiste maat afknipt en aansluitend het product sealt. Volgens Sacha Piot, sales manager van TG Packaging moeten we bij de nieuw te ontwikkelen flexibele invoer denken aan een systeem waarbij de ketting wordt vervangen door een flexibel invoersysteem bestaande uit individuele movers. ”Bij traditionele rondloopsystemen zit je vast aan de vaste steek van de ketting. Daardoor zijn de posities van de movers ten opzichte van elkaar altijd vooraf bepaald. Dat maakt product-omstellingen complex, omdat mechanische aanpassingen nodig zijn.”
Constante snelheid uitdaging
Piot vertelt dat kettingsystemen bovendien een constante lineaire snelheid hebben. Daardoor vormt synchronisatie met andere onderdelen in de lijn — die vaak onafhankelijk en met een andere snelheid werken — een uitdaging. “Voorheen was dit een reden voor machinebouwers om een extra machine aan te bieden of juist voor één type product de applicatie te bouwen. De Smart Track Feeder rekent precies met die beperkingen af: dankzij individueel aangestuurde movers zijn flexibele positionering en synchronisatie nu wél mogelijk.”
Bart Aernouts van AASYS haakt hier op in: “Het moest inderdaad beter, ooit is iemand begonnen met de R&D, had al een testopstelling gemaakt, dus het aansturen van de motoren liep al. Alleen moest de applicatie nog gemaakt en getest worden.”
Digital Twin in de praktijk
Even terug naar de basis; het verschil tussen een digital twin en een klassieke 3D-weergave is dat een 3D CAD-model een generieke, statische, modelmatige weergave vormt. Een digital twin daarentegen is interactief, kan aangestuurd worden door een PLC en bewegingen laten zien. Daarmee biedt een digital twin dus veel meer inzicht in het ontwerp.
Om modelgebaseerd ontwerp en virtuele inbedrijfstelling te ondersteunen, paste SIGMATEK uit Salzburg haar LASAL software-ontwerpomgeving hierop aan. Daarbij zijn alle naar buiten gerichte I/O-object classen aanzienlijk uitgebreid. Deze geavanceerde I/O’s hebben niet langer echte verbindingen nodig aan hun ‘buitenste’ uiteinde. Ze kunnen in verschillende modi werken met vooraf gedefinieerde of gesimuleerde waarden, of waarden die in de digital twin zijn gemaakt. Schakelen tussen deze bedrijfsmodi gebeurt class voor class of allemaal tegelijk voor het hele project; door een parameter in te stellen in de Virtual Commissioning Manager. Zonder de ontwerp-omgeving te verlaten, kunnen software ontwikkelaars hun programma’s eerst testen in de simulatie. Vervolgens kunnen ze de programma’s testen en optimaliseren in de digital twin, evenals een virtuele inbedrijfstelling uitvoeren. Om programma’s op de werkelijk gerealiseerde machine in bedrijf te stellen, hoeven alleen maar de juiste parameters gewijzigd te worden.
Onderdelen bestellen en digitaal testen
Binnen het specifieke Smart Track Feeder-project werd gestart met een step file van het concept ontwerp, waar de 3D-engineer van XR4 Industry een digital twin van kon maken. Deze software kon direct worden ingezet. Bart Aernouts van procesautomatiseerder AASYS: ”Op een gegeven moment is het mechanisch ontwerp klaar en kunnen onderdelen besteld gaan worden. Wanneer alle te monteren componenten op de plank liggen, zijn heel veel zaken nog niet 100 procent. Aanpassingen zijn mogelijk vanaf het moment dat onderdelen in bestelling zijn gegaan. Door de 3D-data in de digital twin te laden, kunnen we direct beginnen met testen. Dus softwarematig is de complete structuur qua simulatie op te zetten, inclusief assen. Vervolgens kunnen alle bewegingen worden getest. Wanneer er een schema is, wordt de hardware direct toegevoegd in de digital twin en kunnen eventuele aandachtspunten vooraf worden herkend.”
Missers vooraf tackelen
Aandachtspunten vooraf herkennen; waarop doelt Aernouts dan? “Mechanische delen die op elkaar dreigen te botsen bijvoorbeeld. Die kunnen in de simulatie duidelijk zichtbaar worden gemaakt. Maar denk ook aan bewegingen die door elkaar geprogrammeerd zijn en in de praktijk gewoon onmogelijk zijn. Die kunnen we middels een digital twin vooraf elimineren.” Johan Reijers van XR4 Industry haakt hier op in:” Bedrijven die tekeningen maken van machines met veel bewegingen er in, zien het eindontwerp in een statische fase. In de werkelijke wereld komen tijdens de beweging ineens componenten tegen elkaar. Met de twin is dan alles ‘dynamisch te valideren’, zodat je zeker weet dat het klopt.” Bart Aernouts vervolgt: ”In de digital twin-software kunnen we simuleren wanneer een mover van de Smart Track Feeder beladen wordt met een product. Dan kleurt deze groen en bij een crash rood. Op deze manier is uit te zoeken hoeveel te beladen movers je kunt inzetten bij welke snelheid. Daarnaast kan zo ook de meest effectieve buffertijd worden aangetoond.”
Binnen een project met 270 fysieke en 60 virtuele assen kan het lastig zijn de pijnpunten te lokaliseren. In de digital twin kunnen afwijkingen in bijvoorbeeld positie opgemerkt worden. Binnen de Lasal engineering software van SIGMATEK kan dat met de Scoop functie. ”Tijdens testen waren de echte movers nog niet klaar maar alles draaide al op mijn pc in de digital twin. Dan zag je hardware-matig de motoren bewegen, verder niets en op mijn laptop wel. We hebben bijvoorbeeld aangepast dat wanneer een beladen mover onderweg is, de route ‘on the fly’ wordt aangepast. Onderweg kan deze mover een nieuwe bestemming krijgen.”
Toekomstmogelijkheden
De toepassingsmogelijkheden van de digital twin zijn nog lang niet uitgeput met de inbedrijfstelling. De twin kan – terwijl de machine draait – worden ingezet om afwijkingen te detecteren, software updates te testen en remote support te bieden. De fout-tolerantie en levensduur van de machine worden hierdoor verhoogd en voorspellend onderhoud wordt ingeschakeld. Bestaande scenario’s kunnen bij de eerste fysieke tests direct worden aangepast. Bart Aernouts ziet ook mogelijkheden voor toekomstige projecten: “Denk bijvoorbeeld aan de afhandeling van producten met een vet- of olieachtig karakter. Na een dag draaien worden toevoerbanden vuil en verandert de wrijving van 30 naar 10 procent. Daar kan je met de digital twin een mooi scenario op loslaten“, zegt hij lachend.
Lees meer over SigmaControl.
