2 نوامبر 2020 توسط ایلکا بلاوت ، فراونوفر-گسلشفت
پلت فرم Fraunhofer ITWM HiL جمع آوری و تولید داده را برای بسیاری از انواع سیگنال و همچنین شبیه سازی پیچیده خطا ، امکان پذیر می کند. الگوریتم های کنترل را می توان در واحدهای کنترل خود یا سیستم های اصلی مشتری ادغام کرد.
روند تولید نسل جدید وسایل نقلیه تجاری و تجهیزات سنگین پیچیده است. این تکنیک سخت افزاری به محققان Fraunhofer-Gesellschaft این فرصت را می دهد تا ماشین ها را به صورت شبیه سازی نرم افزاری تولید کنند و به طور واقعی آزمایش کنند و باعث توسعه سریعتر و مقرون به صرفه بودن ماشین آلات شوند. این فناوری همچنین امکان آزمایش سو ء عملکرد و شرایط بحرانی مرزی را بدون ایجاد خطر برای افراد یا دستگاه فراهم می کند.
تجهیزات سنگین یک منظره آشنا در خیابان های هر شهر است: آنها برای حفاری زمین برای تونل های مترو ، جاده ها و بلند کردن بارهای بسیار سنگین تا ارتفاعات گیج کننده استفاده می شوند. با داشتن وظایفی به این اندازه ، آنها نه تنها باید قوی و قدرتمند باشند بلکه بسیار قابل اعتماد ، دقیق و ایمن نیز عمل کنند. جرثقیل های برجی می توانند احجام سنگین را که صدها متر در هوا باید بالا بروند ، بالا برده و در سکویی در یک طبقه در ساختمان بلندمرتبه با دقت سانتی متر ، در قلب یک شهر پرجمعیت قرار دهند. توسعه تجهیزاتی مانند این و آزمایش نمونه های اولیه یک کار پیچیده و گران قیمت است.
موسسه Fraunhofer برای ریاضیات صنعتی ITWM در کایزرسلاوترن پشتیبانی از یک آزمون تست فوق العاده بر اساس شبیه ساز سخت افزار در حلقه (HiL) را ارائه می دهد. در اصل ، هر دستگاه و کنترل های آن ، می توانند به شبیه ساز نرم افزار متصل شده و به صورت مجازی آزمایش شوند. در صنعت خودروسازی ، HiL در حال حاضر ابزاری استاندارد در توسعه مدل های جدید است. اما هنوز در مورد وسایل نقلیه تجاری اینگونه نیست. با این حال ، محققان Fraunhofer سال ها پیش کشف کردند که صنعت خودروهای تجاری به دلیل کاهش چرخه های نوآوری ، طراحی مدولار و دیجیتالی شدن سیستم های کنترل ، الزامات بسیار مشابهی دارند و بنابراین این مفاهیم را برای آزمایش اتخاذ کرده اند. مدیر پروژه دکتر کریستین سالزیگ توضیح می دهد: “شبیه ساز HiL به ما امکان می دهد تجهیزات سنگین را از انواع مختلف ، از جمله انواع جرثقیل و پمپ های بتن آزمایش کنیم. این به ما کمک می کند تا نمونه های اولیه را بهینه کنیم.” بنابر این یک محیط آزمایش واقعی دیگر لازم نیست.
دوقلوی دیجیتال در دستگاه شبیه ساز
در مرحله اول ، دستگاه مورد آزمایش به عنوان یک مدل نرم افزاری ، شامل تمام مشخصات فنی ، ابعاد ، داده های عملکرد موتور ، مقاومت ساختار پشتیبانی ، توزیع وزن ، زاویه هایی که لبه ها حرکت می کنند ، طول لبه و موارد خیلی بیشتری را در نظر می گیرد. قوانین فیزیکی مکانیک ، هیدرولیک و الکترونیک مانند نیروها ، فشارها و سیگنال های کنترل به عنوان معادلات ریاضی در نرم افزار ادغام شده اند. و بنابراین ، یک دوقلوی دیجیتال ایجاد می شود.
در مرحله بعدی ، شبیه ساز با دوقلوی دیجیتال به واحدهای کنترل الکترونیکی متصل می شود که عملکرد ماشین را کنترل می کنند. یک متخصص کنترل کننده ها و جوی استیک های متعددی را که به واحدهای کنترل متصل هستند نیز کار می کنند. یک گرافیک سه بعدی متحرک تمام حرکات دستگاه را بر روی یک نمایشگر بازتولید می کند.
آزمون شبیه ساز HiL میزان دقت کار واحد کنترل و ماشین با هم و میزان حساسیت عناصر کنترل مانند جوی استیک را نشان می دهد. تجهیزات مدرن سنگین دارای تعداد زیادی سنسور هستند که مقادیری مانند گشتاور و شتاب لبه ها ، فشار ، وزن وارد شده به کابل ها و شیب زمین زیر دستگاه را ثبت می کنند. در اینجا نیز ، شبیه سازی نشان می دهد که آیا ارتباط مبتنی بر سنسور بین دستگاه و واحد کنترل دقیق و فوری است. گسل های فنی را نیز می توان شبیه سازی کرد. به عنوان مثال ، اگر یک کابل در یک مفصل شکسته شود یا فشار در هیدرولیک عنصر بالابر کاهش یابد ، چه اتفاقی می افتد؟
شرایط ایمنی و مرزی
هنگام استفاده از وسایل نقلیه تجاری و تجهیزات سنگین ، ایمنی نقش اساسی را بازی می کند. کریستین سالزیگ می گوید: “تولیدکنندگان می خواهند بدانند که ماشین آنها در شرایط مرزی توانایی چه چیزی را دارد و در چه مرحله ای ممکن است شرایط مهم و یا بحرانی شود.” به عنوان مثال ، شبیه ساز آزمایش می کند چه اتفاقی می افتد اگر بار شروع به نوسان به جلو و عقب کند یا مایعات در یک ظرف حمل و نقل در یک منطقه جمع شوند. همچنین آزمایش می کند که تجهیزات در صورت ناپایداری یا شیب زمین چگونه پاسخ می دهند. به عنوان مثال ، سکوهای تلسکوپی باید تثبیت کننده های خود را در فضاهای محدود قرار دهند. با آزمایشات سخت افزاری ، تولیدکنندگان محصول می توانند ببینند که از چه زاویه ای دوقلوی دیجیتال ناپایدار می شود یا حتی نکته های جدیدی را مطرح می کند.
در یک محیط واقعی با ماشین آلات واقعی ، آزمایشاتی از این دست گران و پرخطر است. شبیه ساز HiL می تواند این کار را بدون به خطر انداختن افراد و آسیب رساندن یا حتی از بین بردن نمونه های گران قیمت انجام دهد.
نمونه سازی سریع برای تجهیزات سنگین
با استفاده از میز آزمون در Fraunhofer ITWM ، تولیدکنندگان می توانند در اوایل مرحله توسعه ، عملکرد و عملکرد دستگاه را ارزیابی ، بهبود و بهینه سازی کنند. دیگر نیازی به انتظار نیست تا اولین نمونه اولیه ساخته شود: همه توابع و بارها را می توان در مرحله طراحی آزمایش کرد. از این فرآیند به عنوان نمونه سازی سریع نیز یاد می شود. بنابراین تولیدکنندگان وسایل نقلیه تجاری قادر به تولید سریع محصولات جدید و همچنین کاهش هزینه های توسعه هستند.
Salzig ، متخصص Fraunhofer به مزایای دیگری اشاره می کند: “برای هر نسل محصول جدید ، تولید کنندگان به دنبال به حداقل رساندن استفاده از مواد ، کاهش مصرف انرژی ، ادغام عملکردهای جدید و کوچک و قابلیت تحرک بهتر دستگاه هستند.” دقیقاً همین نوع بهبودها هستند که آزمایش سخت افزار را در امکان پذیر می کنند. این شبیه سازی به کارشناسان امکان می دهد دریابند که آیا مشخصه مورد نظر یا سطح تحمل بار مشخص با هزینه های کمتری نیز امکان پذیر است یا اینکه می توان با ماشین کوچکتری به همان درجه عملکرد نیز دست یافت. یک جرثقیل متحرک مخصوصاً جمع و جور می تواند بعداً در مکانهایی کار کند که برای مدل قبلی بسیار کوچک است. هنوز هم می تواند همان بارها را برداشته و به همان ارتفاع برسد.
این موسسه در حال حاضر در حال برنامه ریزی برای توسعه بعدی است: یکپارچه سازی فناوری 5G. در سال های آینده ، این نقش به طور فزاینده ای در کنترل بی سیم ماشین ها و دستگاه های صنعتی بازی می کند. Fraunhofer ITWM اکنون در حال کار بر روی رابطی است که شبیه ساز HiL را با ماژول های فرستنده و گیرنده 5G ترکیب می کند.
