NUM bringt die Technologie der digitalen Zwillinge für CNC-Werkzeugmaschinen auf den Markt

Bietet ein virtuelles Mechatronik-Modell der realen Maschinen

Erhebliche Reduzierung der Maschinenentwicklungszeit und -kosten, da Designanalyse, Tests und Leistungssteigerung vor dem Maschinenaufbau erfolgen können

14. September 2020 - Der CNC-Spezialist NUM hat die Technologie der digitalen Zwillinge eingeführt, die es Werkzeugmaschinenherstellern ermöglicht, ihre Markteinführungszeit durch den Einsatz leistungsstarker Industrie 4.0-Simulationstechniken drastisch zu verkürzen.

Ursprünglich als Pairing-Technologie bekannt und erstmals von der NASA in den frühen Tagen der Weltraumforschung eingesetzt, setzt sich die digitale Zwillingstechnologie heute in der Branche rasch als eines der kosteneffektivsten Mittel zur Beschleunigung der Entwicklung von Produkten, Prozessen und Dienstleistungen durch.

Bei Automatisierungsprodukten wie Werkzeugmaschinen ist ein digitaler Zwilling ein virtuelles Modell, das Simulation, Echtzeit-Datenerfassung/-analyse und maschinelle Lernverfahren verwendet, um eine vollständige Bewertung der dynamischen Leistung einer Maschine zu ermöglichen, bevor ein physischer Prototyp gebaut wird. Dieselbe Technologie kann auch für Kundenpräsentationen, virtuelle Inbetriebnahmen und Bedienerschulungen eingesetzt werden - und dass alles lange bevor die eigentliche Maschine überhaupt gebaut wurde.

NUM bietet zwei Versionen der digitalen Zwillingstechnologie an, um den Bedürfnissen der Kunden am besten gerecht zu werden. Beide Versionen sind für den Einsatz mit der leistungsstarken, offenen Architektur der Flexium+ CNC-Plattform von NUM ausgelegt. Die eine Version verwendet eine einfache Flexium+-Steuerung und eine residente Virtualisierungssoftware, die auf dem Industrie-PC des Systems läuft, um die Automatisierung der realen Maschine zu simulieren. Die andere Version verwendet die eigentliche Flexium+-Steuerung, die schließlich in die Maschine integriert wird und über EtherCAT mit einem eigenständigen PC verbunden ist, auf dem eine spezielle Hochgeschwindigkeits-Hardware-Simulationssoftware läuft, welche die Mechatronik der realen Maschine simuliert.

Die Version mit der virtuellen Zwillingssteuerung beinhaltet ein Software-Entwicklungskit zur Erstellung des Software-Modells der Maschine. Das Modell ist ein eigenständiges SPS-Programm, das vordefinierte Komponenten verwendet, um einzelne Maschinenelemente wie Sensoren, Spindeln, Pneumatikzylinder usw. zu simulieren. Es wird in die integrierte SPS der Flexium+-Steuerung geladen. Die Flexium NCK in der Steuerung führt die NC-Programme aus und simuliert die sich ändernden Positionswerte der Maschinenachsen. Um den Anwendern die Visualisierung des Prozesses zu erleichtern, nutzt das Paket von NUM das Softwaretool CODESYS Depictor der Firma CODESYS GmbH, mit dem aus dem durch die Simulation erzeugten IEC 61131-3-Code 3D-Visualisierungen erzeugt werden können.

Die andere Version des Digitalen Zwillings von NUM ermöglicht die Datenerfassung und -analyse in Echtzeit. Sie basiert auf der Hardwaresimulationssoftware ISG-Virtuos, die von der Industriellen Steuerungstechnik GmbH (ISG) hergestellt wurde. Die Flexium+-Steuerung, die in der physikalischen Maschine eingesetzt werden soll, ist über ein EtherCAT-Netzwerk mit einem Standard-PC verbunden und interagiert in Echtzeit mit der Simulationssoftware. Der PC fungiert als virtuelle Maschine im Zwillingsverbund, wobei sich alle simulierten, virtuellen Komponenten hinsichtlich ihrer Schnittstellen, Parameter und Betriebsarten wie reale Komponenten verhalten, um die Struktur und das dynamische Verhalten der realen Maschine genau nachzubilden. Die Bewegungen der Maschine werden mit Hilfe der mitgelieferten 3D-Simulationssoftware realistisch auf dem PC dargestellt.

Die neue digitale Zwillingstechnologie von NUM bietet Werkzeugmaschinenherstellern ein sehr leistungsfähiges und kostengünstiges Mittel, um ihre Entwicklungskosten zu senken und ihre Markteinführung zu beschleunigen. Die Version mit der virtuellen Zwillingssteuerung ist besonders nützlich für die frühe Entwicklungsphase eines Projekts, bevor das CNC-System fertiggestellt ist, während die Echtzeit-Hardware-Simulationsversion den Vorteil hat, dass alle Sequenzierungs- (PLC) und Bewegungssteuerungs-Programme (CNC), die während der

Entwicklung erstellt werden, einfach auf die reale Maschine übertragen werden können, sobald sie verfügbar sind.

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