Simulazione di macchina: analisi virtuale del comportamento cinematico. Elio Bergamaschi

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1 Simulazione di macchina: analisi virtuale del comportamento cinematico Elio Bergamaschi -

2 Simulazione: Progettazione, Costruzione & Test Virtuali Progettista meccanico Disegno Produzione Assemblaggio Messa Messa in servizio in servizio Consegna Test Automazione Sviluppo Software Progettista Automazione Riduzione tempo Tempo di consegna

3 Le tipologie di simulazioni di macchina Virtual Commissioning Logica di funzionamento e messa in servizio Virtualizzazione di macchina e controllore Emulazione spostamenti assi macchina e programmazione off-line Simulazione di lavorazione tramite macchina virtuale Verifica di interfacciamento macchina/percorso utensile Interazione della logica di macchina e calcolo traiettoria utensile

4 Virtual Commissionig o Messa in Servizio Virtuale: La sfida Collegare i controllori reali ad un sistema mechatronico «virtuale» Obiettivi: Avere uno strumento utile in fase di prevendita Verificare il corretto funzionamento meccanico e software Anticipare lo sviluppo software (in ufficio meglio che dal cliente) Test completo con il controllore reale Sistema mechatronico virtuale: Assieme 3D della macchina e Cinematica Emulazione degli attuatori e dei sensori Comunicazione con il controllore tramite bus di campo Alcuni Benefici: Poter documentare la fase di prevendita della macchina Possibilità di test più estese che non sulla macchina reale Meno errori / meno correzioni da fare sul campo Anticipare la consegna Ambiente di training operatori

5 Virtual Commissioning La nuova metodologia di progettare un sistema L utilizzo del SW per la progettazione virtuale rappresenta un nuovo approccio al progetto di sistema che comprende la fase meccatronica ed è basata su concetti di progetto funzionali. L ambiente SW di progetto meccatronico permette di abbinare la geometria 3D del progetto, arricchita con la simulazione e la cinematica della macchina. Questo non comprende solo la fisica multi-body ma include anche l integrazione del comportamento relativo all automazione tipico dei prodotti mechatronici. Infine l ambiente garantisce una connessione tra la progettazione meccanica classica (upstream) e quella elettrica/automazione (downstream) attraverso una gestione globale dei requisiti, la modellazione funzionale, ecc

6 Virtual Commissioning (Virtual/Real) Processi di messa in servizio virtuale: l architettura Piattaforma PLM Estesa alla competenze trasversali MCAD Requisiti Avanprogetto ECAD / Fluid Automation Virtual commissioning start-up Portare il modello 3D model fino ai controllori a bordo macchina Validazione SW (programma macchina CN o PLC) come parte delle attività di progetto meccanico. Migliora la conoscenza del comportamento reale della macchina Ottimizza le performance della macchina affinando il programma PLC inizialmente abbozzato Può essere uno strumento di vendita e di proposizione della macchina SW di emulazione sensori /attuatori Simulatore di rete Progetto Automazione Controllore (CN o Motion)

7 Esempio pratico di virtual commissioning Macchina cartonatrice Esempi attività per la messa in servizio Debug sequenze e logica Debug HMI Regolazione Corse Assi (meccaniche e software) Posizione Fotocelllule Test Cambio Formato

8 Virtual Commissioning Bidirezionale (Virtual/Real) L esempio del Centro Tecnologico di Piacenza Macchina Utensile + Simulatore + CN

9 Virtualizzazione macchina utensile e controllore Piattaforma PLM Estesa alla competenze trasversali Avanprogetto di macchina Simulatore CN MCAD Interfaccia CN Cinematica Verifiche Area di Lavoro Validazione cinematica assi e degli accessori a bordo macchina Simulazione del CN su PC: Programmazione offline Programmazione in parallelo: triplo fattore di produttività (ex. calcolo percorso utensile con CAM, esecuzione part programm in macchina e programmazione diretta ISO) Prova in virtuale del percorso utensile senza la visualizzazione del pezzo in lavorazione Parametri CNC & Valori

10 Virtualizzazione macchina utensile e controllore L architettura Comportamento della DLL del Simulatore M&A Runtime attraverso TCP Server Applicazione API sul Controllore con una componentetcp client Simulatore Mechatronica & Automazione Network L applicazione «custom» basata su API (C Sharp) del Controllore (supporto di TCP client). La funzione principale è «accedere» ai parametri / valori del CN Il Simulatore del CN su PC processa gli stessi parametri come un vero CN ma senza la parte PLC I valori vengono «spinti» attraverso il TCP Client sul PC del Simulatore del Controllore verso il TCP Server sulla macchina del Simulatore M&A. Simulatore del Controllore

11 Macchina (Utensile) Virtuale La simulazione della cinematica della macchina e del percorso utensile Percorso Utensile corretto alla prima lavorazione in macchina (reale). Individua i potenziali errori di lavorazione Eliminazione dei numerosi e costosi tentativi di correzione direttamente in macchina (reale) Facile creazione del programma NC specifico

12 Simulazione di lavorazione tramite Macchina Virtuale Piattaforma PLM oltre I processi di Engineering Requisiti cliente Avanprogetto -> Proposta OEM & test lavoraz. virtuale NX CAM VM Test Lavoraz.Virt. Offerta La macchina viene venduta con uno scopo di lavorazione Test di Lavorazione Virtuale L OEM deve sapere prima di prendere l ordine se può lavorare il pezzo commissionato dal cliente nei tempi di prod. e nei valori di finitura superficiale E una simulazione che si colloca appena dopo la configurazione di prodotto e ancora prima dello sviluppo e non implica calcoli FEM Layout 3D Macchina

13 I vari livelli di simulazione di lavorazione Generico Basato sulla traiettoria descritta dall utensile Solo CN proprietari Macchina Virtuale Simulazione Macchina Guidato percorso Verifica Percorso Utensile Parte & Utensile Tutti CN Simulazione Macchina Guidato G-code Simulazione Macchina Guidato Controllore Logica CN Logica CN/Interfaccia Specifico Macchina Ambiente di lavorazione specifico per un controller

14 Architettura della Macchina Virtuale Attraverso il Kernel del CN è possibile simulare il comportamento reale della macchina utensile Modello macchina utensile 3D con cinematica definita Caratteristiche e dati reali della macchina utensile fornite dal Controllo NC CAM Programmazione NC Post-processing Simulazione integrata Logica CN Controllore Virtuale Verifica Movimenti utensile e asportazione truciolo Simulazione macchina G-code driven Simulazione macchina Controller driven

15 Simulazione di Macchina guidata dal Controllore Esempio di implementazione al Centro Tecnologico di Piacenza Modulo CAM + Simulatore Assieme 3D Macchina Cinematica macchina Percorso Utensile Post Processor

16 Simulazione di Macchina Virtuale con interfaccia del CN Esempio di applicazione Logica CN/Interfaccia specifico su Centro di Lavoro

17 Utilizzo alternativo delle simulazioni di macchina Ambito Ingegneria di Vendita Verifica Corse Assi (Simulatore M&A) Verifica Percorso Utensile (Macchina Virtuale) Livello base di Virtual Commissioning Simulatore CAM

18 Soluzioni Siemens per il Virtual Commissioning Differenti scopi, differenti strumenti, tutti supportati Scopo Use Case Soluzione Siemens Macchine & Access. Automazione NX MCD Fabbrica Digitale Logistica, Flussi di Materiali Plant Simulation Celle di produzione Cinematiche, Robots Process Simulate Questa soluzione non è trattata in questa presentazione Questa soluzione non è trattata in questa presentazione

19 Soluzioni Siemens per la simulazione di lavorazione Differenti scopi, differenti strumenti, tutti supportati Scopo Use Case Soluzione Siemens Ciclo di Lavoro Creazione Percorso Utensile NX CAM Prevendita Macchina Verifica Percorso Ut./Macchina Mach Simulation Check Ut./Cinem./CN Verifica Cinematica/Percorso Virtual Machine

20 Grazie! -