仿真、建模、虚拟调试——加速和简化机器设计开发过程

日期: 2019-11-14

控制工程中文版

在自动化的不同层面,仿真、建模和虚拟调试的应用正变得越来越容易。第三方仿真工具的接口也可以内置到开发软件中。


通过仿真调试可以加速和简化调试机器的过程。它可以最大限度地降低风险,确保项目的最后期限和质量目标。底层仿真功能为新兴的工业物联网(IIoT)架构提供了数字孪生的基础。


仿真所需的范围和详细程度需要在需求阶段定义。虽然在某些情况下,对某些机器部件进行建模就足够了,但有时需要完整的机器模型。该模型还可能包括基础设施和材料运输。


通过模型可以使用C、C ++ 或任何IEC61131-3 编程语言,自动生成整个程序或单个功能块。这确保了整个硬件在环(HiL)测试、快速原型设计和串行机器生产中的可重用性和灵活性。


可通过仿真定义各种场景来测试模型。随着测试组件的大小得以确定,模型也得以不断改进,同时可利用诊断工具和3D 图形进行验证。


在仿真调试期间执行的测试,包括从简单的逻辑序列到复杂的关键场景,以确保机器硬件和软件的整体效率和质量。


开发仿真概念以满足定义需求,并确定将使用哪些仿真工具。自动化供应商为不同类型的仿真提供了一系列工具,包括自动代码生成、机器仿真、电气图纸、现场总线以及OPC通信。


生成的代码能够无缝集成到供应商的硬件和软件产品组合中。仿真模型可用于执行从功能测试到仿真调试等软件开发的各个方面。


功能模型接口(FMI)是一个独立的行业标准,使模型可以使用各种开发工具进行交换和仿真。插件和模型是FMI 背后的原理。一些自动化供应商提供了一种机制,可以根据FMI2.0 标准导入功能模型单元(FMU)。在某些自动化软件套件中,FMU 可作为功能块无缝集成。



随着测试组件的大小得以确定, 模型也得以不断改进,诊断工具和3D图形支持验证。本文图片来源:贝加莱



“开发环境的3D可视化,允许用户在调试之前可以通过仿真模式调整过程。”




跟踪系统仿真

作为自动化供应商提供的模块,越来越多的机器组件正在进入市场。这包括集成的数字孪生功能,它可在投入实际硬件之前,以及根据IIoT 架构要求重新配置已安装的系统之前,实现仿真运行和性能调试。


例如,在开发自动装配和生产机械时,重要的是优化梭子和分流器的数量和配置,确保梭子不会碰撞、不会超出仿真界限或违反可配置的速度限制。通常,可能需要梭子的数量比最初预期要少,因为非顺序轨道系统比传统的传送系统更有效。受益于将产品数据与相应的梭子联系起来的软件,制造企业可以实现符合FDA 标准的追踪,从而使制造过程可追溯。



面向过程的编程

仿真,从使用面向过程编程创建的应用程序开始,该编程包是机器模块开发包的一部分。软件工程师定义了梭子在轨道上的行为规则。当梭子通过仿真触发点时,规则变为活动状态。这使运动序列的实现更有效,并且减少了单个梭子所需的编程量。


仿真与高效运营

通过集成的仿真选项,开发人员可以进行测试以确定梭子的最佳数量和速度,从而最大限度地提高生产率。仿真和实际工厂使用相同的软件。这使得可以随时在仿真和实际运营之间切换。在这样的系统中,可以看到梭子如何与诸如机器人之类的附加机械元件相互作用。



在仿真和实际工厂中使用相同的系统软件,这样在任何时间,都可以在仿真和实际运行之间切换。



3D仿真与机器代码

在这样的系统中,可视化工具通常可以显示所有运动的3D 仿真,以及与系统同步的子系统,例如机器人和计算机数字控制(CNC)轴。机器制造商和运行人员可以通过提前验证他们的设计和顺序编程来加快调试过程。


当仿真基于真实的机器代码时,不需要额外的软件或接口。这也使得在同一软件开发环境中测试、修改和完成代码变得更容易。


开发环境的3D 可视化,允许用户在调试之前微调仿真模式中的过程。只需点击几下鼠标,优化的机器代码就会传输到目标控制硬件。


在运行时,可视化工具处理传感器信号,以实时显示人机界面(HMI)屏幕上的机器运动。此外,3D 可视化也可用于监控制造过程。



仿真功能的集成

由于控制硬件和软件以模块化格式与机电系统集成,因此仿真功能也成为系统供应商的责任。供应商应提供不需要第三方仿真包的集成功能。它也应该可以通过正常的编程环境访问。随着制造变得更快、更灵活,仿真的作用变得越来越重要。选择正确的模块和系统配置,对提升持续适应各种生产方案的能力至关重要。


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本文来自于《控制工程中文版》(CONTROL ENGINEERING China )2019年09月刊《技术文章》栏目,原标题为:用于自动化软件的先进仿真工具



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