VIRTUAL COMMISSIONING

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Il virtual commissioning fa riferimento all'utilizzo di modelli virtuali che simulano, in 3D, i sistemi meccanici, elettrici e dei software di controllo e che consentono di validare l'operatività di un sistema di produzione prima della sua implementazione fisica.

Una delle sfide più grandi nel panorama industriale è la crescente domanda di prodotti complessi e personalizzati che richiede l’implementazione di nuovi processi di produzione anche essi flessibili. In modo particolare sono le macchine a diventare l’elemento chiave di questa flessibilità: si richiedono, infatti, macchine utensili adattabili e flessibili per prodotti diversi o condizioni di lavoro diverse. Per soddisfare questi requisiti si sta diffondendo sempre di più il concetto di sistemi modulari, facilmente riconfigurabili tanto per i macchinari quanto per i processi.

Tuttavia questa esigenza si scontra con la difficoltà di implementazione di una nuova macchina: durante le prime fasi di progettazione di nuovi processi di produzione né il cliente né il produttore di una nuova macchina utensile conosce l’efficacia risultante della configurazione della macchina utensile scelta. Di conseguenza è necessario implementare nuovi processi di progettazione basati su metodologie fortemente orientate alla simulazione.

La metodologia del “Virtual Commissioning” rappresenta una delle tematiche più sfidanti associata alla Smart Factory e nasce per far fronte a tutti quei contesti i prodotti che sono realizzati su commessa, ma può facilmente essere impiegata verso i prodotti di serie. Avere, in tali casi, a disposizione un modello di simulazione della macchina permette al cliente di poter interagire con la progettazione al fine di valutare tutti gli avanzamenti di lavoro e nello stesso tempo poter suggerire modifiche di layout e di funzionalità già in fase di simulazione, senza aver implementato il prodotto.

In quest’ottica la messa in servizio di un macchinario o un processo rappresenta, un passaggio importante della fase di progettazione, in quanto rende evidenti, se ve ne sono, problemi nei sistemi e nei componenti progettati, prodotti ed installati. Ma scoprirlo in questa fase è molto spesso di difficile gestione, pur essendo questa metodologia la pratica comune tra la maggior parte di costruttori di macchinari o processi. Diventa pertanto necessario implementare un nuovo approccio che offra la possibilità di monitorare costantemente la fase di sviluppo prima ancora di giungere alla messa in servizio. I software di simulazione offrono in questo panorama un valido supporto a velocizzare e tracciare tutte le fasi di sviluppo critico del prodotto.

In tutto il settore manifatturiero i clienti hanno requisiti fondamentali da rispettare

Speed
Flexibility
Quality
Efficiency

I benefici della simulazione avanzata

Gli obiettivi della simulazione avanzata, nell’ottica di Virtual Commissioning, sono diversi a seconda delle applicazioni e delle strategie di progettazione. Alla base vi è l’esigenza di una integrazione ottimale della simulazione in quello che è il flusso di lavoro specifico dell’azienda.

  • Riduzione del tempo di messa in servizio
  • Ottimizzazione dei processi
  • Aumento della qualità del software (programmi di PLC e robot)
  • Minimizzazione dei rischi
  • Validazione delle singole fasi di integrazione
  • Controllo dei subappaltatori (meccanici, elettrici e robotica) attraverso la condivisione di modelli

Il  Virtual Commissioning permette di simulare anche il controllo meccanico e quello elettronico per cui il modello che ne risulta è alter-ego completo della macchina che non solo permette di aiutare in fase di preventivazione e collaudo, ma abilita anche nuove metodologie di sviluppo del software e degli algoritmi. Non si non si tratta altro che costruire un gemello digitale della propria macchina o processo su cui poter fare anche delle analisi e delle considerazioni che sarebbe difficile fare, durante il funzionamento.

L’idea che è alla base di questa visione è quella di connettere un modello digitale del sistema reale direttamente con il controllore reale (e si parla pertanto di Hardware in the loop) oppure con un suo modello di simulazione. Il modello serve a simulare il comportamento del sistema da vari punti di vista e nello stesso tempo permette agli sviluppatori del software di controllo di implementare gli algoritmi prima ancora di avere a disposizione il processo o il macchinario effettivamente assemblato.

Il modello virtuale può essere in questo modo messo in relazione alla macchina reale tenendo conto della geometria, della struttura cinematica e delle sue prestazioni. La specifica simulazione della macchina non riguarda solo il modello virtuale, ma anche la simulazione del sistema di controllo.

Questo abilita molto di più che una simulazione: è la creazione dei Digital Twins o gemelli digitali. I gemelli digitali vengono creati nel stesso software CAD di modellazione che progettisti e ingegneri utilizzano nelle prime fasi di sviluppo del prodotto con la differenza che il gemello digitale viene conservato anche per fasi successive del ciclo di vita del prodotto, ad esempio per verifica e manutenzione.

Il concetto del gemello digitale richiede tre elementi: l’esistenza di un prodotto fisico nello spazio reale, un suo gemello digitale nello spazio virtuale e le informazioni possono essere collegate. I sensori collegati al prodotto fisico sono infatti in grado di raccogliere dati e inviarli al gemello digitale, e la loro interazione può aiutare a ottimizzare le prestazioni del prodotto. Ad esempio, sensori potrebbero rilevare quando l’olio motore di un’auto ha bisogno di essere cambiato, ed il doppio digitale della vettura potrà fare delle analisi sulla base di queste nuove informazioni indica le nuove informazioni, che possono essere visualizzati su uno smartphone o integrati in un sistema PLM del produttore. Ed il concetto di gemello può essere esteso anche alle linee di assemblaggio e altri sistemi di fabbrica.

Il futuro che ci aspetta è quindi molto interessante e ricco di sorprese, ma apre la strada ad una nuova era di approfondimenti e di studi per sfruttare al meglio le potenzialità di quanto la tecnologia può offrire.

Dal Design alla Simulazione

Le diverse fasi del ciclo di vita della macchina o dell’impianto utilizzano un modello di simulazione comune per abbreviare i tempi di sviluppo e aumentare la qualità.

FromSimulationToVirtualCommissioning

L'ingegneria integrata riduce i tempi dalla prima idea alla realizzazione della macchina

TodayFuture

Quali aspetti considerare prima di iniziare il Virtual Commissioning

Un progetto di virtual commissioning di successo è quello che consente di ottenere risparmi tangibili nello sforzo di ingegnerizzazione e nei tempi di messa in servizio fisica. Per garantire grandi benefici dal primo progetto, è importante considerare i seguenti fattori:

1. Collaborazione già nelle prime fasi: i tecnici meccanici, elettrici (controlli) e robotici sono abituati a collaborare in officina durante l’installazione fisica. La virtual commissioning richiede la collaborazione nelle fasi precedenti del progetto, prima che l’attrezzatura fisica sia stata installata. Oltre alle modifiche nella pianificazione ordinaria e nell’allocazione della capacità, è importante garantire che il PLC e il codice HMI, i programmi del robot e le procedure di sicurezza siano pronti in tempo.

2. Gestione del progetto – Poiché richiede una combinazione di dipendenti di diverse discipline, installazione del software e preparazione dei dati, la virtual commissioning di successo dovrebbe essere considerata un progetto strategico. Si raccomanda di preparare tutti gli stakeholder, avvalersi delle proprie capacità e indirizzare la loro attenzione a supporto delle attività di commissioning virtuali. Si consiglia inoltre di assegnare un project manager esperto che sia ben accettato dai reparti elettrici (controlli) e meccanici.

3. Lavoro di squadra – Si consiglia di dedicare un laboratorio fisico per il team di commissioning virtuale. Il lavoro di squadra è cruciale per il successo di un progetto di commissioning virtuale, in quanto le interfacce tra meccanica ed elettrica sono convalidate. Gran parte del lavoro di preparazione può essere svolto da team distribuiti geograficamente. Insieme a ciò, si consiglia vivamente di eseguire il progetto di commissioning virtuale in un’unica posizione.

4. Ombrello manageriale : la virtual commissioning sta diventando una pratica standard e molti produttori lo eseguono regolarmente. Tuttavia, per i primi uno o due progetti, si consiglia vivamente di ottenere un forte coinvolgimento e supporto alla gestione, che potrebbe aiutare a superare gli ostacoli. Ciò è particolarmente importante quando viene eseguita la virtual commissioning per o per conto di un cliente esterno.

5. Supporto del fornitore di software – La virtual commissioning promette una grande opportunità per i produttori. La selezione di un fornitore di software esperto e affidabile è importante per il successo del progetto ed è fondamentale per superare le sfide tecnologiche.

Come misurare il ROI del Virtual Commissioning

Il ROI può essere calcolato in base alla natura dell’implementazione di virtual commissioning. E’ importante identificare il valore atteso prima di impegnarsi nel progetto.

Alcuni esempi di metodi per il calcolo del ROI sono i seguenti:

  • Riduzione del tempo di engineering totale in ufficio e produzione. Misurare il tempo attuale vs progetti precedenti
  • Riduzione dell’ammontare di errori di produzione. Conteggiare il numero di errori e compararli con i progetti precedenti.
  • Riduzione dell’ammontare di test che evidenziano problem sulla sicurezza. Misurare il tempo necessario all’approvazione dell’avvio della produzione dovuto a problemi della sicurezza.
  • Riduzione degli sprechi di parti prototipo. Calcola il risparmio effettivo a causa della riduzione dei danni alle parti del prototipo.
  • Time to volume. Misura la riduzione del tempo nel volume di produzione e i suoi benefici economici.

Come scegliere il partner ideale per il software di Virtual Commissioning

Il virtual commissioning può portare enormi benefici alla tua organizzazione se implementato con successo, ma potrebbe anche diventare un esperimento costoso se le cose vanno male. Il perfetto fornitore di software di virtual commissioning dovrebbe essere in grado di fornire un ottimo strumento software con prestazioni grafiche ad alta fedeltà, simulazione basata su segnali reali, rilevamento di collisioni affidabile e potenti funzionalità di simulazione di eventi discreti. Dovrebbe inoltre supportare un’ampia varietà di marchi PLC e HMI e consentire una transizione graduale tra ambienti virtuali e fisici. D’altra parte, assicurati che il tuo fornitore di software abbia una lunga e vasta esperienza di comprovato successo con progetti di commissioning virtuali e una struttura di supporto clienti affidabile.

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