仿真、建模、虛擬調試——加速和簡化機器設計開發過程

通過仿真調試可以加速和簡化調試機器的過程。它可以最大限度地降低風險,確保項目的最後期限和質量目標。底層仿真功能為新興的工業物聯網(IIoT)架構提供了數字孿生的基礎。

仿真所需的範圍和詳細程度需要在需求階段定義。雖然在某些情況下,對某些機器部件進行建模就足夠了,但有時需要完整的機器模型。該模型還可能包括基礎設施和材料運輸。

通過模型可以使用C、C ++ 或任何IEC61131-3 編程語言,自動生成整個程序或單個功能塊。這確保了整個硬件在環(HiL)測試、快速原型設計和串行機器生產中的可重用性和靈活性。

可通過仿真定義各種場景來測試模型。隨著測試組件的大小得以確定,模型也得以不斷改進,同時可利用診斷工具和3D 圖形進行驗證。

在仿真調試期間執行的測試,包括從簡單的邏輯序列到複雜的關鍵場景,以確保機器硬件和軟件的整體效率和質量。

開發仿真概念以滿足定義需求,並確定將使用哪些仿真工具。自動化供應商為不同類型的仿真提供了一系列工具,包括自動代碼生成、機器仿真、電氣圖紙、現場總線以及OPC通信。

生成的代碼能夠無縫集成到供應商的硬件和軟件產品組合中。仿真模型可用於執行從功能測試到仿真調試等軟件開發的各個方面。

功能模型接口(FMI)是一個獨立的行業標準,使模型可以使用各種開發工具進行交換和仿真。插件和模型是FMI 背後的原理。一些自動化供應商提供了一種機制,可以根據FMI2.0 標準導入功能模型單元(FMU)。在某些自動化軟件套件中,FMU 可作為功能塊無縫集成。

仿真、建模、虛擬調試——加速和簡化機器設計開發過程

隨著測試組件的大小得以確定, 模型也得以不斷改進,診斷工具和3D圖形支持驗證。本文圖片來源:貝加萊

“開發環境的3D可視化,允許用戶在調試之前可以通過仿真模式調整過程。”



跟蹤系統仿真

作為自動化供應商提供的模塊,越來越多的機器組件正在進入市場。這包括集成的數字孿生功能,它可在投入實際硬件之前,以及根據IIoT 架構要求重新配置已安裝的系統之前,實現仿真運行和性能調試。

例如,在開發自動裝配和生產機械時,重要的是優化梭子和分流器的數量和配置,確保梭子不會碰撞、不會超出仿真界限或違反可配置的速度限制。通常,可能需要梭子的數量比最初預期要少,因為非順序軌道系統比傳統的傳送系統更有效。受益於將產品數據與相應的梭子聯繫起來的軟件,製造企業可以實現符合FDA 標準的追蹤,從而使製造過程可追溯。

面向過程的編程

仿真,從使用面向過程編程創建的應用程序開始,該編程包是機器模塊開發包的一部分。軟件工程師定義了梭子在軌道上的行為規則。當梭子通過仿真觸發點時,規則變為活動狀態。這使運動序列的實現更有效,並且減少了單個梭子所需的編程量。

仿真與高效運營

通過集成的仿真選項,開發人員可以進行測試以確定梭子的最佳數量和速度,從而最大限度地提高生產率。仿真和實際工廠使用相同的軟件。這使得可以隨時在仿真和實際運營之間切換。在這樣的系統中,可以看到梭子如何與諸如機器人之類的附加機械元件相互作用。

仿真、建模、虛擬調試——加速和簡化機器設計開發過程

在仿真和實際工廠中使用相同的系統軟件,這樣在任何時間,都可以在仿真和實際運行之間切換。

3D仿真與機器代碼

在這樣的系統中,可視化工具通常可以顯示所有運動的3D 仿真,以及與系統同步的子系統,例如機器人和計算機數字控制(CNC)軸。機器製造商和運行人員可以通過提前驗證他們的設計和順序編程來加快調試過程。

當仿真基於真實的機器代碼時,不需要額外的軟件或接口。這也使得在同一軟件開發環境中測試、修改和完成代碼變得更容易。

開發環境的3D 可視化,允許用戶在調試之前微調仿真模式中的過程。只需點擊幾下鼠標,優化的機器代碼就會傳輸到目標控制硬件。

在運行時,可視化工具處理傳感器信號,以實時顯示人機界面(HMI)屏幕上的機器運動。此外,3D 可視化也可用於監控制造過程。

仿真功能的集成

由於控制硬件和軟件以模塊化格式與機電系統集成,因此仿真功能也成為系統供應商的責任。供應商應提供不需要第三方仿真包的集成功能。它也應該可以通過正常的編程環境訪問。隨著製造變得更快、更靈活,仿真的作用變得越來越重要。選擇正確的模塊和系統配置,對提升持續適應各種生產方案的能力至關重要。

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本文來自於《控制工程中文版》(CONTROL ENGINEERING China )2019年09月刊《技術文章》欄目,原標題為:用於自動化軟件的先進仿真工具


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