バーチャルコミッショニングのワークフロー - Maplesoft Engineering Solutions

バーチャルコミッショニングのワークフロー


現在では、多くの企業が機械設計プロジェクトにバーチャルコミッショニング技術を採用することが可能になっています。バーチャルコミッショニングは、試運転時間の短縮、試運転コストの削減、あるいはより信頼性の高い製品化までの時間短縮のために利用されています。アプリケーションや仕様は様々ですが、典型的なバーチャルコミッショニングのプロセスには多くの共通点があります。


モデルベースのデジタルツイン構築

まず、システムレベルのモデリングツールを使い、モデルベースのデジタルツインを構築します。仮想モデルは、既存の CAD 情報、またはコンポーネントライブラリを使用して実現される設計概念をもとに作られます。このワークフローでは、システムレベルモデリングツールであるMapleSimを使用して、CADモデルから始めるプロセスを示しています。Maplesoftが開発したこのツールは、デジタルツインが検証済みのジオメトリから開始できるように、CADの自動インポートを可能にします。CADモデルがなくても、エンジニアはカスタマイズ可能なドラッグアンドドロップのコンポーネントを使用して開始することができます。これは、プロジェクトが初期のアイデア段階にある場合に便利です。



1. MapleSimでCADモデルをインポートして作業する(ビデオを見る)

CAD情報は、一緒に動く部品を融合させて集合部品を作成するようにグループ化することができます。このプロセスは忠実さを維持しつつ、その後のモデリングを簡素化します(例えば、ボルト、ベアリングなどのすべての慣性は考慮されていますが、それらが取り付けられている本体にまとめられています)。これらのコンポーネントは、モデル作成時に必要な他のすべての標準コンポーネントやカスタムコンポーネントと一緒に使用することができます。

バーチャルコミッショニング(仮想試運転)とは?

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Virtual Commissioning

See how the people, processes, and technologies associated with virtual commissioning affect manufacturing decisions.

デジタルツインの操作と解析

2. MapleSim の 1-D モーション生成アプリケーションを使用してモデルのモーションプロファイルを設計する(ビデオを見る)

デジタルツインをオートメーションソフトウェアに接続する前に、シミュレーションソフトウェアを使ってモデルを調査し、機能検証のためにさまざまな設計解析を行います。この段階でモデルは、油圧アクチュエータ、電動モータ、または事前に定義されたモーションプロファイルなど、さまざまなMapleSimの標準コンポーネントを使用して作動させることができます。

3. ピック&プレース機構に関連するコンポーネントを追加することで、MapleSimでモデルの忠実度を向上させる(ビデオを見る)

これらの動作に対するメカニズムの応答は、さらに分析することができます。MapleSimは、パラメータスイープやモンテカルロ解析(効果を表示したり、特定のパラメータに対する設計の感度を測定したりする)を自動化するためのビルトインアプリを提供するだけでなく、独自のカスタム解析を構築するための完全なプログラミング環境も提供しています。

4. 内蔵のパラメータスイープアプリケーションを使用して、MapleSimで設計パラメータを最適化する(ビデオを見る)

5. MapleSimを使用してピックアンドプレース機構の 1 分あたりのサイクル(CPM)を最大化する(ビデオを見る)

提案された設計でいくつかの解析を行った後、エンジニアは必要なモータの規格を決定し、利用可能な部品のカタログから選択することができます。B&Rが提供するツールを使用しているエンジニアは、MapleSimを使ってSERVOsoft内で直接使うための情報を生成することができます。

B&RのSERVOsoft内のモータ選定のためにMapleSimでシミュレーション結果を準備する(ビデオを見る)

Rockwell Automationのハードウェアおよびソフトウェアを使用しているエンジニアは、MapleSimを使用してMotion Analyzer内で直接使用するための情報を生成することができます。

7. Rockwell Automationの Motion Analyzer でモータ選定をするために MapleSim でシミュレーション結果を準備する(ビデオを見る)

 


オートメーションソフトウェアとの統合

デジタルツインに必要な忠実度は、シミュレーションの要件によって完全に異なります。より忠実度の高いモデルを作成するにはより多くの労力が必要ですが、特定の設計上の疑問に答えることができ、PLC検証のための性能をより現実的に表現することができます。これまでは、高忠実度モデルは、作成が非常に困難だったり、ハードウェア検証でリアルタイムのシミュレーションが必要な場合には使用できませんでした。MapleSimは、シミュレーション速度に最適化されたコードを生成し、さまざまなバーチャルコミッショニングの要件に有用な高忠実度のデジタルツインを可能にします。

モデル入力は、バーチャルコミッショニングプロセスのために、システムをパラメータ化して定義します。挙動の軌跡と負荷は、MapleSimの解析機能で利用可能な逆運動方程式を使用して、設計要件と一緒に定義されます。これらの詳細は、モデルが FMUとしてエクスポートされたときに維持されるモデルへの入力を定義する上で重要な部分を形成します。

8. B&R MapleSim Connectorを使用して、モデルベースの制御コードテスト用に MapleSimモデルを B&R Automation Studioにインポートする(ビデオを見る)

オートメーションソフトウェアは、物理的な試運転まで待たなければならなかった様々なバーチャルコミッショニングのタスクを実行できるようになりました。プラントモデルとPLCコードの両方が仮想環境にあるため、エンジニアは大規模なシミュレーションを行うことができ、さまざまなシナリオでPLCコードをテストする反復テストを行うことができます。エンジニアは、物理システムの機能を損なうような速度の低化、性能の問題、または安全性の懸念を引き起こす可能性のあるコードのバグを探すことができます。エンジニアがパフォーマンスの問題を発見した場合、物理的な試運転中には得られない透明性を持って診断することができます。



 これらの手法は、設計プロセスのはるかに早い段階で問題を切り分けるためのリソース効率の高い技術として機能します。 

この段階で使用されるもう 1 つの手法は、仮想 PLCコードをPLCハードウェアに置き換えることです。リアルタイムシミュレーションの要件があるため、以前は、高忠実度モデルを必要とする多くの状況で利用ができませんでした。エンジニアは、物理ハードウェアを仮想モデルに対してテストできるようになり、物理システムを構築する前に問題をデバッグするための別のテクニックを提供しています。

これらの技術はいずれも物理的なコミッショニングプロセスに伴うリスクを排除するものではありませんが、設計プロセスの初期段階で問題を切り分けるためのリソース効率の高い技術として機能します。物理的な試運転とは異なり、バーチャルコミッショニングは、設計プロジェクトの他の多くのタスクと並行して実行することができます。プラントとコントローラの両方が仮想状態にある間にテストを開始できるため、設計の繰り返しにかかるコストは最小限に抑えられます。



ビデオギャラリー

Using your CAD in MapleSim

1. MapleSim で CAD モデルをインポートして作業する方法
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Designing a Motion Profile in MapleSim

2. MapleSim の 1D Motion Generation アプリを使用してモデルのモーションプロファイルを設計する方法
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Adding Model Fidelity in MapleSim

3. ピック&プレース機構に関連するコンポーネントを追加することで、MapleSim でモデルの忠実度を向上させる方法
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Investigating Parameter Impacts in MapleSim

4. 組み込みのパラメータスイープアプリケーションを使用して、MapleSim で設計パラメータを最適化する方法
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Advanced Analysis with MapleSim

5. MapleSim を使用してピック&プレース機構の 1 分あたりのサイクル(CPM)を最大化する方法
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Motor Sizing with MapleSim and SERVOsoft

6. B&RのSERVOsoft内のモータ選定のためにMapleSimでシミュレーション結果を準備する方法
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Motor Sizing with MapleSim and Motion Analyzer

7. Rockwell Automationの Motion Analyzer でモータを選定するために MapleSim でシミュレーション結果を準備する方法
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Virtual Commissioning with MapleSim and B&R Automation Studio

8. MapleSim の新しい B&R Connector を使用すると、バーチャルコミッショニングがこれまで以上に迅速かつ容易になります。B&R Automation Studio 内で MapleSim モデルを使用する方法を参照して、制御戦略を再び開発することができます。
8. MapleSim の新しい B&R Connector を使用すると、バーチャルコミッショニングがこれまで以上に迅速かつ容易になります。B&R Automation Studio 内で MapleSim モデルを使用する方法を参照して、制御戦略を再び開発することができます。
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