Erfolg mit innovativen Entwicklungsmethoden

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Simulation - Sicherheit im Entwicklungsprozess

Ein durchgängiges Streckenmodell, das die relevanten Vorgänge in einer Maschine möglichst exakt abbildet, ist die Voraussetzung für aussagekräftige Simulationen. Ist diese Anforderung erfüllt, können Designfehler anhand der Simulationsergebnisse bereits in einer frühen Entwurfsphase erkannt und behoben werden, ohne dass dabei eine Risikosituation für Mensch oder Maschine entsteht.

Je später im Designprozess ein Fehler erkannt wird, desto teurer kommt er den Maschinenbauer zu stehen. So können Simulationsmodelle indirekt auch dazu beitragen, Kosten zu sparen. Darüber hinaus sorgt die Reduktion des Einsatzes teurer physikalischer Prototypen und aufwendiger Versuchsaufbauten für zusätzliche Kosten- und Zeiteffizienz. Doch auch nach der Fertigstellung und Auslieferung der betreffenden Maschinenserie können sich Simulationsmodelle als durchaus nützlich erweisen. So kann schnell und flexibel auf veränderte Marktanforderungen reagiert und die Auswirkungen baulicher oder regelungstechnischer Massnahmen können getestet werden.

Automatische Codegenerierung - Durchgängigkeit im Fokus

Model-Based-Design und Simulation sind die eine Seite der Medaille ? die Umsetzung der entworfenen Strukturen auf der Industriehardware die andere. Manch eine Entwicklung, die sich noch in der Simulation perfekt bewährt hatte, musste hier einen unsanften Stopp erfahren. Das heisst aber nicht, dass alle Vorteile, die der Entwickler durch Model-Based-Design und den Einsatz von Simulationsmodellen gewinnt, bei der Umsetzung in die Praxis wieder zunichte gemacht werden.

Die Automatische Codegenerierung kann hier die Lücke im Entwicklungsprozess sauber schliessen. Aus System- und Reglermodellen entstehen auf Knopfdruck fertige Softwareobjekte, welche direkt auf die Industriesteuerung übertragen werden. Zumindest dann, wenn man auf das richtige Werkzeug setzt, das den Benutzer durchgängig unterstützt und den Vorgang der Automatischen Codegenerierung praktisch unsichtbar macht.

Wenige Klicks in einem bestehenden -Simulink-Modell reichen aus; und das -entsprechende Werkzeug der Firma B&R ? «Automation Studio Target for Simulink» ? implementiert vollständig automatisiert das dazugehörige Softwareobjekt auf -der Steuerung. Essentiell ist dabei, dass sich der automatisch generierte Sourcecode absolut identisch mit dem Simulations-modell verhält. Bei B&R wird dies sichergestellt durch die enge Zusammenarbeit mit dem Hersteller von Matlab und -Simulink ? dem US-Unternehmen The -Mathworks.

Rapid Prototyping und Hardware-in-the-Loop

Rapid Prototyping und Hardware-in-the-Loop sind zwei Begriffe, die den Entwicklungsprozess revolutionieren, sie sind zudem eng mit Model-Based-Design verbunden. Hat sich ein modellbasiert entworfener Regelalgorithmus in der Simulation bewährt, so soll er möglichst schnell auf die Zielhardware für den Industrieeinsatz gebracht werden, um dort einem letzten Test unter realen Echtzeitbedingungen ausgesetzt zu werden. Wird dabei für die Umsetzung auf das Mittel der Automatischen Codegenerierung zurückgegriffen, spricht man in diesem Zusammenhang von «Rapid Prototyping».

Während der Aufbau herkömmlicher physikalischer Prototypen mit zusätzlichen Kosten und hohem Zeitaufwand einhergeht, erfordert Rapid Prototyping nur wenige Augenblicke und nahezu keine Benutzereingriffe ? die richtigen Werkzeuge vorausgesetzt. Wenn nun aber Reglerstrukturen mithilfe von Streckensimulationen entworfen und mittels Automatischer Codegenerierung auf die Industriesteuerung übertragen werden können, warum sollte das nicht auch für die Streckenmodelle selbst möglich sein?

Längst verbirgt sich hinter dem Begriff Industriesteuerung kein simpler Mikroprozessor mehr, sondern ein leistungsfähiger Rechner, der durchaus in der Lage ist, auch komplexe Streckensimulationen in Echtzeit zu berechnen. Solche «Hardware-in-the-Loop»-Simulationen erlauben, eine Industriesteuerung oder einen Industrie-PC im Handumdrehen in einen Streckensimulator zu verwandeln, der das Verhalten der realen Anlage in Echtzeit emuliert. Die Einsatzmöglichkeiten sind zahlreich; so kann ein Hardware-in-the-Loop-System etwa zu Ausbildungszwecken oder für den gefahrlosen Test neuer Regler eingesetzt werden. Aber auch ein Parallelbetrieb zur physikalischen Strecke zwecks Fehlerfrüherkennung ist denkbar.

Windkraft - Eine innovative Branche machts vor

Während in den meisten Bereichen des Maschinenbaus die Begriffe Model-BasedDesign, Simulation und Automatische Codegenerierung erst jetzt an Bedeutung gewinnen, sind sie im Bereich der Windenergie bereits gang und gäbe.

Wo liegt der Grund für diesen Vorsprung im Bereich der Entwicklungsmethoden? Auch wenn hier viele Faktoren beteiligt sind, so liegt doch der eigentliche Hauptgrund auf der Hand. Noch mehr als in den Bereichen des klassischen Maschinenbaus geht vom Test neuer Entwicklungen in der Windkraft ein grosses Risiko für Mensch und Umwelt aus. Fehler in der Reglerauslegung oder in der Maschinenführung könnten nicht selten fatale Folgen nach sich ziehen. Zusätzlich wären missglückte Tests an der realen Anlage oft mit exorbitanten Kosten verbunden, sodass man hier gerne auf die Möglichkeiten von modellbasiertem Entwurf und Simulationsmodellen zurückgreift. Ein weiterer Punkt ist die Tatsache, dass es sich bei der Windkraft um eine relativ junge Branche handelt, die erst in den letzten Jahren kräftigen Aufwind erfährt.

Der Erfolg spricht für sich. Während die Windenergiebranche konsequent auf durchgängigen Workflow ? von Model-Based-Design über Simulation hin zu Automatischer Codegenerierung ? setzt, gewinnt sie immer mehr an Bedeutung am Markt. Innovative Entwicklungsmethoden sind hier der Schlüssel zum Erfolg.

Autor

Dipl.-Ing. Philipp H. F. Wallner,

B&R Mechatronic Technologies, A-5142 Eggelsberg

Information

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