模拟解决方案缩短生产周期

作者:Jessica Baum 文章来源:MM《现代制造》 点击数:426 发布时间:2018-10-23
为了达到节省的目的,不使用通常的机器样机而是借助于模拟技术进行测试,一家中型机器制造生产厂家在新的机器和设备上运用数字化双胞胎技术。在机器正式投入运行前,用数字化双胞胎进行测试同样具有说服力。
模拟解决方案缩短生产周期

为了在不扩大生产占地面积且不增加人力资源的情况下达到提高产量的目的,德国设备生产厂家Homag集团(Homag Group)要在机器投入运行前对其进行全面测试。借助于ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案, Homag集团可将真实的部件进行虚拟组合。 现在,Homag集团使用一个能够使机器虚拟投入运行的工具。该公司在研发新的机器和设备时,不再需要首先制造出样机,而是用新机器和设备的“数字化双胞胎”进行测试,测试的结果同样具有说服力。

Eugen Hornberger和Gerhard Schuler于1960年共同创建Hornberger机器制造公司OHG,现在,该公司已经发展成为拥有6000余名职工的世界领先的木材加工业、手工业机器和设备生产集团,即Homag集团。Homag集团是一家全球性企业,总部设立在德国巴登符滕堡州的Schopfloch,并在世界范围内重要的和经济增长迅速的区域总共设有23个销售和技术服务公司。Homag集团为生产住宅家具、办公家具、厨房、镶木地板、层压板地板、窗户、门、楼梯乃至木系房屋的客户制造高新技术机器和设备。Homag集团除了为较小型手工业企业生产单机外,也为高度工业化和个性化的家具生产厂家提供成套生产线。此外,Homag集团还为客户提供全方位的技术服务和相应的全套组合配置控制软件。

生产周期缩短促进了改变

过去,人们批量生产橱柜时须将相应的橱柜零件存入仓库。而今天,人们谈论的是“准时化生产”。这就要求木材加工工人要能够尽可能快的为其客户提供橱柜零件。在这种背景下,Homag集团便面临着缩短生产周期的挑战。除此之外,该集团公司还必须要使一个设备的所有组件处于所谓“结婚”的状态。这样,企业不仅需要大量的空间,还需要大量时间和工作人员。现在生产的生产周期在缩短,这就要求Homag集团必须对其设备的控制和程序化作出改变。首先便要求其借助于现实部件及其供货商提供的外来部组件(如传动调节器),把他们研发成为虚拟模块,之后将虚拟模块提供给供货商使用。为了完成这个艰巨的任务,Homag集团需要一个使机器虚拟投入运行的软件解决方案。优点是:借助机器虚拟投入运行来缩短耗时并改善流程的效益,最后达到降低生产成本的目的。最终,Homag集团找到了ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案这个最佳的工具。借助于该工具人们可在机器投入运行前便能测试其实用性。Homag集团作业处理控制高层主管Michael Zetzsche说,“他们认可我们强大的创新能力,当然希望我们加快流程,这样,他们便能够从相应较短的生产耗时中获益。”Homag集团为大众说明,在不为其配备新的设备或是在不需要进行更多时间和金钱投资的情况下,是如何能够做到加快机器设备投入运行的。

图1 模拟时配置用于测试的设备既很费时,又会大大延缓生产。现在,Homag集团采用模拟技术解决方案可虚拟检验全部测试场景
图1 模拟时配置用于测试的设备既很费时,又会大大延缓生产。现在,Homag集团采用模拟技术解决方案可虚拟检验全部测试场景

占有一台设备将其投入测试的目的不仅非常耗时,而且会大大延缓生产。现在,Homag集团借助于模拟解决方案可虚拟检验全部测试场景。Michael Zetzsche解释说,“我们可在感受不到现实世界与虚拟流程之间有任何限制的情况下,全面演示机器设备虚拟投入运行。” 在此,企业不仅可从集成化的测试中受益,而且能依此分析各单个设备之间的协调互动,分析各单个设备之间的协调通常是要求对包括所有实际部件在内的整个系统进行测试。Homag集团做到了,现实控制装置通过现场总线与虚拟的组件进行组合联想。这样不仅能够实现模拟现实的部件,而且还能够将非常复杂的设备虚拟的投入运行。Michael Zetzsche说,“15年前,我就已经观察到了各种不同的模拟解决方案。但是,这些方案的控制并没有使我信服,这些方案没能够做到使西门子(Siemens)或博世(Bosch)等各个不同生产厂家的控制模块连接起来。”他说,“ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案由于其用户友好性成为我们选择的唯一解决方案。”

模拟解决方案在企业中的应用

现在,ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案在部件范围内已经得到了技术应用。Homag集团已经感受到了采用该解决方案的正面效益。Homag集团在此所遇到的挑战是,如何将ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案在整个集团范围内展开应用。Michael Zetzsche说,“由于长年合作,我们知道ISG公司里有一个大胆而又可靠合作伙伴,该合作伙伴可在我们的IT基础设施里集成复杂的模拟解决方案。”他接着说,“我们明白,ISG软件系统是在市场上找到的首个令人难以置信的忠实模拟细节的解决方案。”Homag集团于2016年秋首次开始与ISG公司进行接洽,在 2017年年初便启动了企业范围内的模拟解决方案项目。2017年5月,Homag集团在Ligna展览会上推介了该项目的首批成果。Ligna展览会是关于木材加工和处理的机器、设备及工具的世界展览会。该项目没有设立一个具体的项目计划时间表,而是在合作伙伴紧密合作的基础上,在双方经得起考验的合作中始终坚持着“干”这个原则。Michael Zetzsche说,“我们的合作团队在以前的项目中已经形成了彼此很好的了解,并且能够相互紧密配合。我们在与ISG公司的合作中特别重视该公司富有想象力的思维和很强的技术咨询能力。一旦我们有了一个新主意,我们确信,ISG公司在落实这个新主意方面一定能够做到使我们完全满意。”在此期间,我们企业在不同的地点的多个业务单位也与ISG软件系统方面实现了合作。为了使企业内部的研发前进,Homag集团设立了一个具有竞争力的团队,该团队独立于企业的业务单位,专门负责推动符合需求的进一步研发工作,并且制定出一个适合于自己的规则。

图2 Homag 集团作业处理控制高层主管Michael Zetzsche说:“我们可在感受不到现实世界和虚拟流程之间任何限制的情况下,全面演示机器设备虚拟投入运行”
图2 Homag 集团作业处理控制高层主管Michael Zetzsche说:“我们可在感受不到现实世界和虚拟流程之间任何限制的情况下,全面演示机器设备虚拟投入运行”

ISG软件系统是一个用户友好型的软件系统,用户可在为期两天的培训中完成对该软件的基础性技术培训。鉴于ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案涉及到具有全部需要的功能的封闭式系统,因此,实际上的控制并不复杂,这是一个明显的优势。ISG软件系统,硬件在环模拟解决方案由各种不同的标准组合件组成,这些标准组合件根据用户需求进行组合。模拟知识库拥有可个性化匹配并通过接口进行集成的全部基本元素。在Homag集团技术知识库里,存有每个组件的模拟,之后这些模拟可根据需求进行组态。在此期间,Homag集团进行了大量研发工作,并且不需要在研发的准备阶段生成相应的样机。更确切的说,Homag集团现在已经能够在产品的研发准备阶段便能够对机械结构进行测试。那么,产品的尺寸和运输是否适合布局呢?如果生产厂家错误的组装了部件或是错误的订购了部件的话,Homag集团能够依据模拟软件立即发现这些错误。

生产效益的提高

如果要做到准时化的生产厨房橱柜,就必须要做到,一台生产设备能够不间断的一个接一个的生产不同尺寸的各种木结构件。在此,如果没有考虑到这些木结构件的外形尺寸的话,就会导致出现冲突,从而直接导致停产。通过生产设备虚拟的投入运行,使现实的和虚拟的机器工作状态协调一致,两者的工作状态的差异在1 ms以内,这样,Homag集团能够在不影响生产的情况下测试正在运行的设备。这样设备生产厂家能够识别软件或者识别开关箱里会导致生产中出错的如电动机或驱动轴的布线错误。Michael Zetzsche说,“在之前的模拟中,驱动器在大多数情况下是理想的。今天,我们的驱动器生产厂家提供他们的驱动器模型,我们在设备的数字双胞胎里采用驱动器模型,在虚拟驱动器里模型的偏差低于1%。我们不再是仅仅拥有一个单纯的模拟,而是拥有一个极其接近于现实设备的数字化双胞胎。在此,驱动器作为数字化双胞胎便能够如同现实的驱动器一样进行组态。”

图3 本文介绍的模拟技术解决方案可在虚拟机上进行的相当多的测试,这样便可使企业实现“准时化生产”,厨房生产领域的企业便是如此
图3 本文介绍的模拟技术解决方案可在虚拟机上进行的相当多的测试,这样便可使企业实现“准时化生产”,厨房生产领域的企业便是如此

Homag集团证明了这样做是可行的,是能够显著缩短生产时间的。为此,ISG公司和Homag集团确定要继续进行合作。Michael Zetzsche说,“对我们来说,ISG公司是一个很强的具有强大推动力的科技研发合作伙伴。”他又说,“我们与ISG公司一起,在几个月内便能实现富有想象力的主意。”Homag集团不仅打算要在软件里进一步集成组件,还打算要利用进一步进行测试的新的接口。为了能够自动化的完成模拟模型,今后,Homag集团还计划要进行技术投资。Homag集团的工作目标是能够虚拟的完成全部进展,目的是不影响企业的持续运转,这对于Homag集团的用户来说是一个巨大的竞争优势。为了能够不受地点限制的在企业的运行中采用模拟,并且能够将在世界范围内的业务单位相互联网,Homag集团计划建立虚拟的云计算连接。在建立一个经常性作业的“虚拟的操作员”连接的同时,也将一个自动化展开测试的技术解决方案考虑在内。对于机器设备生产厂家来说,工业4.0 已经不再是未来的音乐,而是活生生的现实。