Welche Simulationen haben den größten Hebel?
Simulation gehört heute im Maschinenbau ganz selbstverständlich mit dazu. In fast jedem Projekt kommen Modelle für einzelne Bauteile, Bewegungsabläufe, Antriebe oder Steuerungen zum Einsatz. Trotzdem bleibt die reale Inbetriebnahme immer noch aufwendig ist. Änderungen werden zu spät in der Entwicklung notwendig und das reale Maschinenverhalten überrascht dennoch. Das liegt nicht immer daran, dass nicht oder zu wenig simuliert wurde, sondern daran, dass die Simulation falsch eingesetzt wird.
Bei machineering wird Simulation nicht als isolierte Analyse verstanden, sondern als durchgängiges, physikbasiertes Systemmodell, das Entscheidungen im Engineering verifiziert und die virtuelle Inbetriebnahme zur Steigerung der Qualität und der Produktivität ermöglicht. Entscheidend ist daher nicht, dass irgendwie simuliert wird, sondern die richtige Art der Simulation zum Einsatz kommt. Im Folgenden werden wir verschiedene Simulationsmöglichkeiten vorstellen.
Von Einzelmodellen zum Systemverständnis
Mit der bauteilnahen Simulationen wie der Struktursimulation (FEM) für die mechanische Auslegung werden physikalische Kennwerte wie Masse, Steifigkeiten und Grenzkräfte simuliert und bilden damit die Grundlage für realistische Systemmodelle. Ohne diese Werte würden spätere Simulationen nur auf Annahmen beruhen, was Risiken in der realen Inbetriebnahme nach sich zieht.
Bei der Mehrkörpersimulation wird zudem das zeitabhängige Verhalten der Mechanik simuliert. Dabei werden Beschleunigungen, Verzögerungen und die Wirkung dynamischer Kräfte sichtbar. Für das Simulationsverständnis von machineering kommt diese Art der Simulation erst dann zu Einsatz, wenn diese Dynamik auch steuerungsnah wirksam wird. Gerade bei Idealbewegungen wird das sichtbar. Auch wenn rein rechnerisch alles korrekt abläuft, werden während der virtuellen Inbetriebnahme jedoch häufig Fehler sichtbar.
Der größte Hebel bleibt die steuerungsnahe Simulation
Ein immer noch oftmals unterschätzter Faktor ist die realistische Abbildung von Antrieben. Um Antriebe korrekt auszulegen, müssen das Grenzverhalten, mögliche Verzögerungen und Rückwirkungen richtig abgebildet werden. Erst wenn diese Effekte während der Entwicklung berücksichtigt werden, können auch das Regelverhalten und der Lastwechsel frühzeitig bewertet werden. Das führt schließlich zu einer erfolgreicheren Inbetriebnahme.
Der größte Mehrwert entsteht dort, wo die Simulation direkt mit der Steuerung gekoppelt ist. Die klassischen SPS-Simulationen prüfen zwar die Logik, bilden aber nicht das reale Maschinenverhalten ab. Bei der Simulation mit iPhysics läuft der Steuerungscode unverändert gegen ein physikbasiertes Systemmodell. Alle Sensorwerte entstehen aus Bewegung, Trägheit und Kräften. Verschiedene Aktoren wirken auf ein dynamisches Modell. Damit übernimmt die Simulation funktional die Rolle der realen Maschine, lange bevor diese existiert.
Dadurch, dass verschiedene Simulationsarten miteinander kombiniert werden, entsteht eine Systemsimulation mit konsistentem Zeitverhalten und physikalischer Logik. Das Ziel ist es dabei nicht, maximale Detailtiefe zu erreichen, sondern ausreichend Informationen und belastbares Systemverhalten über die ganze Projektphase hinweg zu erhalten.
Simulation nicht isoliert, sondern als System betrachten
Simulation bringt nur dann einen echten Mehrwert, wenn sie nicht isoliert, sondern übergreifend eingesetzt wird. machineering setzt genau an diesem Punkt an. Mit iPhysics entstehen physikbasierte, steuerungsnahe und richtig ausgelegte Modelle.
Dabei entstehen Modelle, die als Basis für sinnvolle Engineering-Entscheidungen und für eine virtuelle Inbetriebnahme bilden.
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