ISG-virtuos

Software

Begründung: siehe LP. --Icodense 22:10, 23. Jun. 2022 (CEST)


ISG-virtuos (auch: virtuos)

Logo ISG-virtuos
Basisdaten

Entwickler ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
Erscheinungsjahr 2005
Aktuelle Version ISG-virtuos 3 (2020)
Betriebssystem Windows7, Windows10, Linux
Kategorie Systemplattform für digitale Zwillinge und VIBN / Echtzeitsimulationssoftware / Hardware-in-the-Loop Simulation / Digitaler Zwilling
Lizenz Entwickler- und Runtimejahreslizenzen, Ausbildungslizenzen
deutschsprachig ja
Sonstiges Echtzeiterweiterungen Windows: TwinCAT2, TwinCAT3.1, RTX, VxWorks, Intime. Linux: RTLinux. B&R Automation RT

Feldbussysteme CANopen, EtherCAT, EthernetIP, FOCAS, PROFIBUS, PROFINET, B&RVorlage:Infobox Software/Wartung/Sonstiges

[1]

ISG-virtuos (auch: „virtuos“) ist eine offene Softwareplattform[1] zur Realisierung digitaler Zwillinge für den vollständigen Lebenszyklus einer Produktionsanlage.[2]

Im Speziellen findet die Plattform Anwendung bei der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN).[2]

GeschichteBearbeiten

Die Grundlagen für ISG-virtuos wurden am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart unter der Leitung von Günter Pritschow gelegt. Die Idee war, unter Berücksichtigung der Maschinendynamik eine virtuelle Maschine für den NC-Steuerungstest aufzubauen. Die Besonderheit dabei: das Simulationsmodell sollte im Kommunikationstakt des Antriebsbusses (≤ 1 ms) berechnet werden, um die Steuerung ohne Anpassung gegen die virtuelle Maschine testen zu können. Dies wurde federführend von Sascha Röck in Form von mehreren Prototypen umgesetzt.

Im Jahr 2005 begann die ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, virtuos zunächst unter der Leitung von Röck und Ulrich Eger zu entwickeln. Ziel war, der absehbar steigenden Nachfrage in den Bereichen „Digitale Fabrik / Digitale Produktion“ und „Virtuelle Anlage / Virtuelle Maschine / Virtuelles Engineering“ mit einem Simulationswerkzeug zu begegnen, das die durchgängige Echtzeitsimulation von Produktionsanlagen in allen Phasen des Maschinenentwicklungszyklusses ermöglichen sollte. Die erste Version von virtuos wurde 2005 auf der EMO Hannover präsentiert.

Programmaufbau und FunktionsumfangBearbeiten

ProgrammaufbauBearbeiten

Die Software basiert auf einem mechatronischen Modell, das – je nach Aufgabenstellung – folgende Modellierungsansichten auf denselben digitalen Zwilling erlaubt:

  • Block diagram: Sicht auf die Verhaltensmodellbeschreibung in Form einer blockschaltbasierten Modellierung / Verhaltensbeschreibung
  • 3D Creator: Sicht auf das Geometriemodell mit 3D-basierter Visualisierung / Modellierung / Projektierung
  • Control Panels: Steuerung / Test / Analyse der Funktionen mit virtuellen Control Panels
  • Simulation Manager: Sicht auf die Konfiguration des (Echtzeit-)Simulators und Auswahl der Laufzeitumgebung (Windows, Real-Time Targets unter TwinCAT, B&R Automation RT, RT Linux)

Forschung und LehreBearbeiten

ForschungBearbeiten

Forschende Unternehmen und Institute setzen das offene System in den letzten Jahren u. a. in folgenden öffentlichen Projekten ein:

MRiLS (2020 – 2023)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Bildung und Forschung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Teilprojekts ist die Erforschung neuartiger Mixed Reality in the Loop Simulationsmodelle, welche sich automatisch aus den bereits im Engineering entwickelten Simulationsmodellen (MiLS, SiLS, HiLS) erstellen. Durch die Integration des Menschen in das Simulationsszenario sind neuartige Simulationsschnittstellen zu erforschen und die Erweiterung bestehender Simulationsbibliotheken notwendig.

"SmartAdditiv" (2020 – 2022)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen, automatischen Steuerung für additive Fertigung unter Berücksichtigung des Materialverhaltens im Druckkopf: SmartAdditiv. Durch die Modellierung des dynamischen Materialverhaltens im Druckkopf kann erstmals der Volumenstrom präzise gesteuert werden. Kombiniert mit einer Echtzeit-Bahnplanung auf der CNC-Steuerung wird erstmals eine gleichmäßige Ausbringung erreicht, d. h. Bahngeschwindigkeit / Extrusionsgeschwindigkeit = konstant.

"V-TDE" (2019 – 2021)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen, testgetriebenen, virtuellen Engineering-Prozesses: V-TDE (virtual test driven engineering). Die grundlegende Idee ist aus der "testgetriebenen Programmierung", einer Methode der agilen Softwareentwicklung bereits bekannt. Der nun vollständige digitalisierte Engineering-Prozess ermöglicht es, eine ähnliche Vorgehensweise im Engineering von Maschinen und Anlagen zu nutzen.

"CosBE" (2018 – 2021)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer durchgängigen simulationsbasierten Entwicklungsplattform. Diese stellt durch ein durchgängiges, mitwachsendes und skalierbares Simulationsmodell einen "Digitalen Zwilling" über den gesamten Entwicklungsprozesses hinweg zur Verfügung. Somit werden erstmals alle Informationen aller Simulationsmodelle in der passenden Ausprägung, Modellgenauigkeit und Modelltiefe untereinander berücksichtigt. Virtuelle Komponenten und Baugruppen werden entsprechend den real verfügbaren Komponenten und Baugruppen in einem neuartigen "TwinStore" hinterlegt. Die Realisierung als simulationswerkzeugoffenes System (MiL, SiL und HiL-Simulationen) wird erstmals eine realistische Simulation von Komponenten, Maschinen und Anlagen ermöglichen.

"iSrv"(2017–2020)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Teilprojekts „Wiederverwendbare Bausteine für die Generierung von Verhaltensmodellen“ ist, einen Beitrag zu simulationsbasierten Methoden für technologiebasierte Dienstleistungssysteme zu erarbeiten und dem Konsortium bereitzustellen. Insbesondere auf Basis von intelligenten virtuellen Komponenten, die stellvertretend als Referenz für reale Maschinenkomponenten dienen, sollen neue Serviceleistungen für cloudbasierte Lösungen ermöglicht werden. Mit Hilfe von iSrv sollen Prozessdaten erfasst, analysiert und Handlungsbedarf abgeleitet werden. Der Fokus der Serviceplattform liegt auf der Abstrahierung der Komplexität durch Kapselung wiederverwendbarer Komponenten in Baukästen. Diese durch ISG bereitzustellenden Bausteine ergänzen die Daten aus der laufenden Produktion, die über einen Cloud-Connector transferiert werden, um relevante Informationen aus virtuellen Modellen der Fertigungskomponenten als Referenz für die Datenanalyse. Hierdurch sollen KMU in die Lage versetzt werden, Technologien zur proaktiven Wartung zu nutzen, die bisher auf Grund ihrer Komplexität größeren Unternehmen vorbehalten sind.

„Co-Simulation“ (2017–2019)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Co-Simulationstools zur Integration und Echtzeit-Synchronisation von hochspezialisierten Simulationswerkzeugen und -bibliotheken. Das zu entwickelnde Echtzeit-Simulationstool verbindet hierbei die bereits bestehenden Simulationswerkzeuge und -bibliotheken, um erstmals eine vollständige Abbildung der gesamten Produktion in harter zeitdeterministischer Steuerungsechtzeit zu ermöglichen.

„Online changes“ (2017–2019)Bearbeiten

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Im Rahmen des Projektes soll eine neuartigen HiL-4.0-Simulation entwickelt werden, mit der erstmals ein einziges, kontinuierlich erweitertes Simulationsmodell als „dynamisches Pflichtenheft“ über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage genutzt wird. Der Lösungsweg besteht in der Entwicklung von zwei neuartigen Technologien, die erstmals eine online Änderung des Simulationsmodells („Online change“) sowie eine Wiederholung von kritischen Zuständen und Ergebnissen („Snapshot Technologie“) ermöglichen.

LehreBearbeiten

Im Bereich der Ingenieursausbildung an Hochschulen und Universitäten wird der Entwicklung hin zum Einsatz von Simulations- und virtuellen Techniken zunehmend durch adäquate Lehrveranstaltungen Rechnung getragen. ISG bietet in diesem Umfeld Hochschullizenzen an.

Publikationen, Vorträge, VeröffentlichungenBearbeiten

PublikationenBearbeiten

  • Hardware in the Loop Simulation of Production Systems Dynamic Röck, S.: Journal of Production Engineering Research & Development, Volume 5, Issue 3 (2011), Page 329, Springer 2011.
  • Effizient Automatisieren mit Virtuellen Maschinen Scheifele, D., Eger, U., Röck, S., Sekler, P.: Tagungsband 12. IFF-Wissenschaftstage, 16.–18. Juni 2009, Magdeburg.
  • Simulation und Realität – die Symbiose. Maschinenentwicklung nach dem Hardware-Simulation-Symbiosis (HSS) Ansatz Röck, S., Scheifele, D., Sekler, P.: Computer & Automation, Heft 6, (2008), S. 36–40.
  • Echtzeitsimulation von Produktionsanlagen mit realen Steuerungssystemen Röck, S.: Jost-Jetter Verlag, 2007, ISBN 3-939890-24-3.
  • Potentiale der Hardware-in-the-Loop Simulation für Maschinen und Anlagen Scheifele, D., Eger, U., Röck, S., Sekler, P.: SPS/IPC/Drives 2007, Messe 27.–29. Nov. 2007, Nürnberg. Berlin: VDE Verlag GmbH, 2007, S. 555–565.
  • Virtual machines on a physical bus Rüdele, H., Röck, S., Eger, U.: Industrial Ethernet – Vogel Druck & Medienservice GmbH & Co. KG, April 2006, S. 20–22.

VorträgeBearbeiten

  • Digitale Wertschöpfung - Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) als Enabler Daniel, C.; Vortragsprogramm sps connect 2020; Online, 24.-26.11.2020
  • Projektierung Digitaler Zwillinge für die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) Scheifele, S.; Vortragsprogramm sps connect 2020; Online, 24.-26.11.2020
  • TwinStore: Online Plattform für Komponentenmodelle zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) Scheifele, C.; Vortragsprogramm sps connect 2020; Online, 24.-26.11.2020
  • Mechatronische Simulation von Maschinen und Anlagen Scheifele, D.; Ramp up - Anlaufmanagement in der Automobilbranche; Frankfurt, 21. März 2012.
  • Virtuelle Maschinen und Anlagen für die virtuelle Inbetriebnahme Scheifele, D.; Strategietag Virtuelle Inbetriebnahme, Qesar GmbH; Bensheim, 23. März 2011.
  • Konfigurierbares offenes Steuerungssystem für die Prozessoptimierung und Simulation Pritschow, G., Scheifele, D.; Internationale CIRP-Konferenz "Process Machine Interactions"; Vancouver/Kanada, 10./11. Juni 2010.
  • Effizient Automatisieren mit virtuellen Maschinen Röck, S., Scheifele, D., Sekler, P.; IFF Wissenschaftstage; Magdeburg, 16.–18. Juni 2009.
  • Anwendungen der Hardware-in-the-Loop Simulation in der Produktionstechnik Müller, V., Scheifele, D.; Kongress SPS/IPC/DRIVES 2008, Nürnberg.

VeröffentlichungenBearbeiten

  • Simulationsplattform für Automatisierungslösungen In: ZWF Jahrg. 115 (2020) Special, S. 32
  • Virtuelle Anlagen aus dem Baukasten In: Industrial Production 9/2020, S. 70
  • SMART OPTIMIEREN statt investieren In: DIGITAL ENGINEERING Magazin 08-2018, S. 16
  • Digitale Zwillinge aus virtuellen Baugruppen In: open automation Nr. 5/17 (2017), S. 20
  • Simulation reduziert Inbetriebnahmezeiten In: Verfahrenstechnik 11/2014 (2014), S. 48
  • Notebook stemmt tonnenschwere Maschinen und Anlagen In: VDI nachrichten Nr. 47 (2011), S. 14
  • Virtuelle Maschine läuft mit realer Steuerung In: VDI nachrichten Nr. 48 (2008), S. 23

Rezeption (Auswahl)Bearbeiten

Wolfgang Klingauf von der Fachzeitschrift Werkstatt + Betrieb schrieb 2013, dass ISG-virtuos "ein Simulationswerkzeug sei, „das Maschinen- und Anlagenherstellern sowie deren Kunden deutliche Zeit- und Kostenvorteile“ biete.[3]

Im Fachmagazin Industrial Production der Weka Group wird auch darauf verwiesen, dass mit der dritten Version das Tool "vorgelagert im Rahmen der Ablaufsimulation und nach der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) zu Schulungs-, Maintenance-, Test- und Servicezwecken eingesetzt werden" kann.[4] Im Magazin Konstruktion & Entwicklung der Schlüterschen Verlagsgesellschaft wurde in einem Advertorial vom November 2020 darauf hingewiesen, dass sich mit dem Tool vollständige Produktionsszenarien simulieren lassen. Die dritte Version würde durch eine 3D-basierte Modellierungs- und Projektierungstechnologie mit automatisierter Beschreibung des digitalen Zwillings die Usability beträchtlich erhöhen und Modellierungszeiten reduzieren.[5]

Im Beitrag Modeling and implementation of a digital twin of material flows based on physics simulation im Journal of Manufacturing Systems wird angemerkt, dass ISG-virtuos die Erstellung von physikalischen Simulationen von Fördersystemen ermöglicht und sich auf die virtuelle Inbetriebnahme konzentriert. Kritisch angemerkt wird, dass erst nach manueller Auswahl Parameter an das Fördersystem übertragen werden können.[6]

Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology bei der ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, stellte im Juli 2021 in der Fachzeitschrift IT&Production dar, dass die Simulationsplattform ISG-virtuos applikationsspezifische Simulationsszenarien "aus virtuellen Komponenten und zusammengesetzten Baugruppen" aufgebaut werden, um ihre Vorbilder abzubilden. Nutzer hätten dabei die Möglichkeit, Ihre Produktstruktur in Form virtueller Komponenten und Baugruppen abzubilden und in einer Bibliothek zwecks Wiederverwendung abzulegen. Echte Komponenten würden bei der Simulationsplattform ISG-virtuos in ihre digitale Repräsentanz überführt.[7]

Das AUTOCAD Magazin druckte im September 2021 ein Advertorial der ISG ab, in dem geschrieben wird, dass mit ISG-virtuos Maschinen- und Anlagenbauer Simulationsmodelle insbesondere für virtuelle Inbetriebnahmen realisieren würden. Mit der Software ließen sich aber auch entlang des gesamten Lebenszyklus einer Anlage viele unterschiedliche Szenarien zu simulieren, etwa für Mitarbeiterschulungen und Servicefälle.[8] Inka Krischke berichtete im November 2020 in Computer & Automation, dass die Software neben dem entwicklungsbegleitenden Simulationsmodell auch zur Schulung, zu Maintenance-, Test- und Servicezwecken eingesetzt werden kann.[9]

Lorenz Halt vom KI-Fortschrittszentrum »Lernende Systeme und Kognitive Robotik« am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung stellt sein Projekt zur Einbindung ROS-basierter Steuerungen in das Simulationstool »ISG-virtuos« vor und meint, dass ISG-virtuos eine Simulationsplattform vom Vertrieb über das digitale Engineering bis in die Betriebsphase für den gesamten Lebenszyklus einer Automatisierungslösung sei und erlauben würde virtuelle Anlagenmodelle und Steuerungen schnell und einfach in einen Ablauf einzubinden.[10]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. ISG präsentiert Simulationssystem als offene Plattform für digitale Zwillinge vogel.de
  2. a b ISG zeigt Neuerungen ihrer Simulationsplattform für digitale Zwillinge industrie.de
  3. Wolfgang Klingauf: Ein Schritt weiter in der virtuellen Welt werkstatt-betrieb.de, 5. September 2013
  4. Andreas Mühlbauer: ISG-Komponentenmodelle für eine beschleunigte VIBN, industrial-production.dem, 2. November 2020: ISG Industrielle Steuerungstechnik stellt zur SPS zwei Neuerungen vor (Übernahme der Pressemitteilung des Unternehmens)
  5. Von A-Z: Vollständige Produktionsszenarien simulieren konstruktion-entwicklung.de, 4. November 2020: „ISG präsentiert die grundlegend überarbeitete Entwicklungsplattform ISG-Virtuos 3, mit der sich jetzt vollständige Produktionsszenarien simulieren lassen.“ (Advertorial)
  6. Moritz Glatt, Chantal Sinnwell, Li Yi, Sean Donohoe, Bahram Ravani, Jan C. Aurich: Modeling and implementation of a digital twin of material flows based on physics simulation. In: Journal of Manufacturing Systems (= Digital Twin towards Smart Manufacturing and Industry 4.0). Band 58, Januar 2021, S. 231–245, doi:10.1016/j.jmsy.2020.04.015.
  7. Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology bei der ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH: Simulationsplattform für digitale Zwillinge IT&Production, 8. Juli 2021
  8. SPS 2021: So lassen sich Anlagen und ganze Fabriken in Echtzeit simulieren autocad-magazin.de, 28. September 2021 (Advertorial)
  9. Inka Krischke: ISG: Beschleunigung dank vorgefertigter Komponentenmodelle, Computer & Automation, 30. November 2020 (Abdruck der Pressemitteilung des Unternehmens)
  10. Lorenz Halt: Anbindung von intelligenter Steuerung für die virtuelle Inbetriebnahme ki-fortschrittszentrum.de