Controllo delle macchine nelle realtà virtuali
La elumatec AG ha creato un sistema per la messa in funzione virtuale del suo software di controllo. Questo riduce notevolmente i tempi di collaudo del software sui centri di lavoro. La piattaforma CNC NUM Flexium+ è stata configurata per gestire il sistema.
“I nostri programmatori possono ora testare sul gemello digitale tutto ciò che hanno sviluppato per gestire la macchina, dopodichè possono applicare il loro programma alla macchina reale”, dice Felix Schlachter, responsabile dello sviluppo software di elumatec AG. Riassumendo il risultato di un progetto in cui è stato creato un sistema per la messa in funzione virtuale del centro di lavorazione di barre SBZ 151 di elumatec. Gli elementi centrali sono la piattaforma di simulazione ISG-virtuos e il sistema di controllo NUM Flexium+.
L’azienda e i suoi prodotti
La elumatec AG di Mühlacker costruisce e sviluppa troncatrici, fresatrici, cianfratrici per angoli e centri di lavorazione CNC per la lavorazione di profilati, sistemi di gestione e misura, attrezzature per il montaggio e logistica e software. I circa 700 dipendenti in tutto il mondo supportano circa 30.000 clienti e generano un fatturato annuo di circa 125 milioni di euro. Nel settore dei centri di lavorazione da barra (SBZ), l’azienda è specializzata in macchine che rifiniscono profili in alluminio, plastica o acciaio. Controllate dal CNC, eseguono operazioni come la fresatura, la foratura, la filettatura, l’intaglio e la segatura con un elevato standard di qualità. Il centro di lavoro a 5 assi SBZ 151 si è dimostrato particolarmente apprezzato, con oltre 60 macchine vendute ogni anno. La serie, disponibile dal 2006 e continuamente evoluta, viene utilizzata nella costruzione classica di strutture in metallo, così come nelle aziende industriali e nel settore automobilistico; altri settori di utilizzo sono la costruzione di veicoli ferroviari, carrozzerie e rimorchi, nonché la costruzione di mobili per ufficio e la costruzione di navi. Le macchine lavorano principalmente profili con lunghezze dai 6 ai 15 metri. I pezzi da lavorare solitamente provengono direttamente dalle officine di stampaggio e vengono trasformati in pezzi finiti sui centri di lavorazione.
“La sfida nella lavorazione di questi profili, consiste nel garantire una qualità costantemente elevata abbinata ad un’ alta velocità nella lavorazione dei profili”, sottolinea Felix Schlachter. Per raggiungere questo obiettivo, l’SBZ 151 blocca i profili sul tavolo di lavoro e una testa mobile completa di cambio utensili automatico e magazzino utensili effettua le lavorazioni.
Indipendentemente dalla lunghezza, ogni profilo ha esigenze diverse per la manipolazione, il serraggio e la lavorazione. Per questo motivo, gli ingegneri applicativi di elumatec verificano, per ogni potenziale cliente, se tutte le sue esigenze possono essere realizzate sul profilo dello stesso su una macchina standard.
“Se questo non è possibile, adattiamo le macchine al prodotto finale per il cliente”, dice Felix Schlachter. In alcuni casi, questo può essere fatto con attrezzature aggiuntive o solo con aggiustamenti al software di controllo. Grazie alla possibilità di parametrizzazione nel sistema CNC NUM Flexium+, la maggior parte delle regolazioni può essere realizzata cambiando i parametri corrispondenti, senza modificare il software di serie. “Questa è la flessibilità che offriamo. Consegniamo l’SBZ specificamente ottimizzato per il cliente, ma per noi è una macchina standard”, sottolinea Schlachter.
Finora, le regolazioni o le modifiche del software alla elumatec richiedevano lunghi test sulla macchina reale. Con il nuovo sistema per la messa in funzione virtuale, questo viene in gran parte realizzato in ufficio. Il sistema si basa su una simulazione cinematica del modello CAD dell’SBZ 151 sulla piattaforma di simulazione ISG-virtuos e sul suo collegamento al sistema di controllo reale.
“Nel nostro sistema mappiamo i componenti di controllo uno ad uno. Insieme all’unità del computer di controllo, interconnettiamo tutto ciò che viene fatto virtualmente attraverso il bus di sistema. Facciamo credere a questo vero controllore che il bus di sistema sia completamente equipaggiato come se fosse collegato ad una macchina”, spiega Felix Schlachter. Di fatto, però, non ci sono azionamenti o I/O reali collegati all’EtherCAT, ma piuttosto un altro PC che li simula. “Questo ci permette di programmare come se fossimo sulla macchina, senza dover adattare la programmazione“, aggiunge lo sviluppatore del software. Da un lato, questo solleva i programmatori perché possono programmare senza il rischio di un crash reale, e dall’altro, i programmi funzionano anche sulla macchina reale immediatamente.
Il team di sviluppo di elumatec ha sviluppato il sistema in stretta collaborazione con NUM. Da 20 anni elumatec lavora con i controlli NUM e utilizza nell’SBZ 151 quasi tutta la gamma di prodotti del sistema CNC Flexium+ di NUM, dagli azionamenti al computer di controllo. A questo proposito, è stato grazie ai molti anni di stretta collaborazione, oltre alla presentazione convincente del progetto di elumatec, che NUM ha apportato alcune modifiche strutturali a Flexium+, tra cui il collegamento della piattaforma di simulazione ISG-virtuos.
Gemello digitale al posto della macchina reale
“Per noi è importante avere l’SBZ 151 come gemello digitale e non avere sempre bisogno della macchina in forma fisica”, sottolinea Felix Schlachter riguardo al futuro del progetto. “Questo sarà ampliato”, aggiunge. Tutto ciò che è disponibile sulla macchina e tutto ciò che elumatec ottiene da NUM a livello hardware, verrà simulato in futuro.
Le applicazioni potenziali del gemello digitale e della messa in servizio virtuale sembrano enormi. Per esempio, la risoluzione dei problemi su macchine che funzionano in produzione presso il cliente è molto interessante. “Riceviamo tutti i dati rilevanti dal cliente, li riproduciamo in ISG-virtuos e tracciamo virtualmente come si verifica l’errore. Questo è effettivamente molto pratico e funziona bene”, spiega Schlachter. Inoltre, i nuovi dipendenti possono essere addestrati sul gemello digitale senza bloccare la macchina reale. Anche gli studi per determinare i tempi di lavorazione di determinati profili possono essere eseguiti virtualmente, importando i dati del profilo CAD nella piattaforma di simulazione, dove la lavorazione avviene virtualmente in tempo reale.
“Nel caso di attrezzature aggiuntive, progetti speciali o anche collegamenti con robot, il gemello digitale ci dà anche un vantaggio in termini di tempo”, dice Felix Schlachter. “Possiamo iniziare a sviluppare il software subito dopo aver progettato con il modello digitale, senza aspettare che un progetto speciale venga costruito fisicamente.”
Automazione e interfaccia standard
Le connessioni dei robot in particolare avranno un ruolo maggiore in futuro, dato che la domanda di questi ultimi sta aumentando. “Ma al momento utilizziamo i robot solo in casi individuali speciali, ma è disponibile un’interfaccia integrata nella macchina standard.“ Così, elumatec è aperta a progetti di automazione di terzi, come nel caso recente dell’integrazione di un SBZ 151 in una cella robotica per il carico e lo scarico automatico della macchina. Dal punto di vista del controllo, la cella robotizzata funge da master che interagisce con il controllore SBZ. L’intero sistema viene azionato tramite il controllore della cella, che a sua volta richiede al controllore SBZ di elaborare determinati ordini, ad esempio. In questo progetto, elumatec ha potuto sfruttare la flessibilità del CNC NUM a livello software per adattare i processi di collegamento dei robot e sviluppare infine un’interfaccia robot standardizzata. “Ora sappiamo come funziona il collegamento dei robot e possiamo interagire con loro. Abbiamo creato un documento che descrivere quali segnali forniamo all’interfaccia del robot. Questo significa che tutto è standardizzato in modo che possa essere implementato in un tempo di progetto ragionevole”, riassume Felix Schlachter. In caso di modifiche alla connessione, il gemello digitale sarà utilizzato per garantire un’elevata qualità del software.
(Settembre 2022)