High Level Emulation
Die High Level Emulation ermöglicht es, die physikalischen und steuerungstechnischen Prozesse einer Anlage realitätsnah nachzubilden und somit bereits vor der tatsächlichen Inbetriebnahme umfangreiche Tests und Optimierungen durchzuführen.
- Realitätsnahe Simulation
- Effiziente Planung und Entwicklung
- Früherkennung von Problemen
High-Level-Emulation in Verbindung mit Digitalen Zwillingen
Die fortschreitende Digitalisierung in der Industrie führt zu immer komplexeren Anlagen und Prozessen. Um diese effektiv zu planen, zu steuern und zu optimieren, gewinnen moderne Technologien wie die High-Level-Emulation (HLE) und Digitale Zwillinge zunehmend an Bedeutung. Diese Kombination ermöglicht es Unternehmen, ihre Systeme virtuell abzubilden und zu testen, bevor sie in der realen Welt umgesetzt werden.
Was ist High-Level-Emulation?
High-Level-Emulation ist ein Verfahren, bei dem das Verhalten komplexer Systeme auf einer abstrakten Ebene nachgebildet wird. Im Gegensatz zur Low-Level-Emulation, die jedes einzelne Hardware-Element simuliert, konzentriert sich die HLE auf die funktionalen Aspekte und die Interaktion zwischen den Systemkomponenten. Dies ermöglicht eine schnellere und ressourcenschonendere Emulation, die dennoch ausreichend genau ist, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
Der Digitale Zwilling als Schlüsselkomponente
Ein Digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell einer realen Anlage oder eines Prozesses. Er repliziert die physikalischen Eigenschaften, Verhaltensweisen und Funktionen seines realen Gegenstücks. Als High-Level-Emulation kann der Digitale Zwilling nicht nur statisch, sondern auch dynamisch agieren. Er simuliert die physikalischen und steuerungstechnischen Prozesse der Anlage und ermöglicht so eine realitätsnahe Nachbildung des Systems.
Vorteile der Ausprägung des Digitalen Zwillings als High Level Emulation
- Realitätsnahe Simulation: Durch die Nachbildung der physikalischen und steuerungstechnischen Prozesse können Unternehmen das Verhalten ihrer Anlagen unter verschiedenen Bedingungen testen.
- Effiziente Planung und Entwicklung: Neue Systeme oder Änderungen können virtuell getestet werden, was Entwicklungszeit und -kosten reduziert.
- Früherkennung von Problemen: Potenzielle Fehler oder Ineffizienzen können identifiziert und behoben werden, bevor sie im realen Betrieb auftreten.
- Schulung und Training: Mitarbeiter können in einer sicheren Umgebung geschult werden, ohne das Risiko von Schäden oder Ausfällen in der realen Anlage.
Integration mit Leitsystemen wie SAP EWM
Ein wesentlicher Aspekt der High-Level-Emulation mit Digitalen Zwillingen ist die nahtlose Integration mit bestehenden Leitsystemen, beispielsweise dem SAP Extended Warehouse Management (EWM). Durch die Emulation verhält sich die logische Schnittstelle zum Leitsystem genau so, wie bei der Echtanlage. Dies ermöglicht:
- Validierung von Schnittstellen: Sicherstellen, dass die Kommunikation zwischen Systemen reibungslos funktioniert.
- Testen von Geschäftsprozessen: Abläufe können simuliert und optimiert werden, bevor sie live gehen.
- Minimierung von Risiken bei der Inbetriebnahme: Reduktion von Ausfallzeiten und Fehlern beim Hochlauf der Echtanlage.
Anwendungsbeispiele
- Lagerverwaltung: Emulation von Materialflüssen und Lagerprozessen, um Fehler in den Systemen zu beheben, Engpässe zu identifizieren und die Effizienz zu steigern.
- Produktionslinien: Virtuelle Inbetriebnahme neuer Produktionsanlagen, um Abläufe vorab zu optimieren und somit einen schnelleren Ramp Up und somit kürzere Time-to-Market zu erreichen.
- Intralogistik: Testen von Transportsystemen wie Förderbändern und Robotern in einer virtuellen Umgebung.
Zukunftsperspektiven
Die fortschreitende Entwicklung in den Bereichen Künstliche Intelligenz und Machine Learning wird die Möglichkeiten von HLE und Digitalen Zwillingen weiter ausbauen. Adaptive Systeme könnten künftig autonom Optimierungen vorschlagen oder sogar selbst durchführen.
Nutzen
Die High-Level-Emulation als Ausprägung des Digitalen Zwillingen bietet Unternehmen erhebliche Vorteile bei der Planung, Umsetzung und Optimierung ihrer Anlagen und Prozesse. Durch die realitätsnahe Simulation können Risiken minimiert, Kosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden. Die Integration mit Leitsystemen wie SAP EWM stellt sicher, dass die virtuellen Tests und Optimierungen direkt auf den realen Betrieb übertragbar sind.
Unternehmen, die diese Technologien frühzeitig implementieren, positionieren sich erfolgreich für die Herausforderungen der Industrie 4.0 und schaffen sich einen Wettbewerbsvorteil in einer zunehmend digitalisierten Welt.
Von der Planung bis zur laufenden Produktion
Praxisbeispiel
Ausgangssituation
Im Anschluss an die Auslegung der Anlage wird die Steuerung des MES-Leitsystem geplant. Einen Großteil des MES-Systems kann bei einer Inbetriebnahme ohne Digitalen Zwillings erst getestet werden, wenn die anderen Gewerke bereits mit einer konstanten Leistung produzieren. Eine Verkürzung der Inbetriebnahmezeit des MES-Systems führt also direkt zu einen früheren SOP(Start of Production) und damit einer kürzeren Time to Market. Mit Hilfe der High Level Emulation eines Digitalen Zwilling ist genau das möglich!
Einsatz
Der Digitale Zwilling wird daher beim Aufbau des MES-Leitsystems erweitert. Auf den oberen Ebenen der Automatisierungspyramide (siehe Abbildung 1) wird der Digitale Zwilling durch ein Kopie des MES-Systems abgebildet. Ist ein ERP System vorhanden, wird auch hier ein Testsystem in den Digitalen Zwilling integriert. Ab der logischen Schnittstelle zu den unterlagerten Gewerken wird die Fabrik mit ihren verschieden steuerungs- und physikalischen Prozessen dann durch eine Emulation abgebildet. Diese basiert auf einer realistischen physikalischen Mehrkörpersimulation mit Geschwindigkeit, Kollisionen, Reibung und vielen weiteren Variablen. Hierbei setzen wir auf dem digitalen Zwilling der Simulation auf. Der bestehende Digitale Zwilling wird mit den zu diesem Zeitpunkt neuen Informationen und Prozessen angereichert. Das Verhalten entspricht anschließend der aktuellen Planung der späteren Echtanlage. Somit kann das MES-System bereits weit vor dem SOP virtuell in Betrieb genommen werden.
Vorteile
Mit der High Level Emulation des Digitalen Zwillings können verschiedene Tests und Optimierungen des MES-Systems bereits vor der Inbetriebnahme erfolgen und es entstehen folgende Benefits:
- kürzere Time-to-Market (TTM)
- geringere Inbetriebnahmekosten
- Höherer ROI der Anlage
- Funktionstest der Schnittstellen
- Optimierung von Strategien und Prozessen bereits vor Inbetriebnahme
- maximalen Risikominimierung vor dem Go-Live
- Durchführung verschiedener Teststufen vorab:
- Funktionstest
- Massen-/ Integrationstest
- Sondersituationen
- Factory-Acceptance-Tests
- die Anlagenbetreiber können vor dem Go-Live die Umgebungen testen
- Schulungen der Bediener sind bereits vor dem Go-Live möglich
- Validierung der Abläufe bei Erweiterungen und/oder Modernisierung
Weiteres Potenzial
Ist im Anschluss auch die Planung der Shopfloorebene rund um die SPS festgelegt, kann auch die Low Level Emulation erstellt werden. Wenn Sie sich einen Überblick über die verschiedenen Anwendungsgebiete eines Digitalen Zwillings machen wollen sind Sie hier richtig.