Lexikon

Oft auch als Nyquist-Shannon’sches Abtasttheorem bezeichnet, beschreibt das Shannon’sche Abtasttheorem den Zusammenhang zwischen der zeitlich diskreten Abtastung eines Signals und der höchsten, daraus rekonstruierbaren Frequenz. Das Theorem schreibt vor, dass ein Signal mit mindestens dem Doppelten der höchsten zu beobachtenden Frequenz erfasst werden muss, um diese nachzuweisen (SCHRÜFER 1992).

Anmerkung: Für die Beurteilung beispielsweise einer binären Steuerungsreaktion liegt die maximale gesuchte Frequenz bei dem schnellsten Signalwechsel, also der halben Steuerungsfrequenz. Wendet man darauf das Shannon’sche Abtasttheorem an, so bedeutet dies, dass für die Erfassung einer Steuerungsreaktion das Steuerungssignal mindestens mit der Steuerungsfrequenz abgetastet werden muss, um beurteilen zu können, ob die Reaktion der Steuerung korrekt erfolgt ist. Dies muss beim Entwurf von Simulationssystemen für den Steuerungstest berücksichtigt werden.

Nach Schnieder liegt bei einem Rechnersystem Echtzeit vor, wenn für alle seine Prozesse die Bedingungen der Gleichzeitigkeit, Rechtzeitigkeit und Vollständigkeit erfüllt sind. Gleichzeitigkeit bedeutet, dass alle Prozesse zumindest aus Sicht einer erforderlichen Abtastung im Rechner gleichzeitig ablaufen. Rechtzeitigkeit liegt vor, wenn die maximal zulässigen Antwortzeiten der Prozesse nicht überschritten werden. Vollständigkeit liegt vor, wenn alle Prozesse zu jeder Zeit bearbeitet werden, insbesondere unter Einhaltung des Kriteriums der Rechtzeitigkeit (SCHNIEDER 1993).

Die Inbetriebnahme eines technischen Systems erfolgt nach Abschluss der Montage und erfolgreichen Betriebsfunktionsprüfungen. Während der Inbetriebnahmezeit, die sich, je nach Erfordernissen und Vereinbarungen, über einen mehr oder weniger langen Zeitraum hinziehen kann, werden verschiedenartige Betriebsprüfungen bei unterschiedlichen Nennbelastungen durchgeführt. Dabei wird auch die Leistungsfähigkeit des technischen Systems geprüft. Nach geprüfter Leistungsfähigkeit wird der Leistungsnachweis erbracht. Dieser Nachweis bezieht sich einerseits auf das technische System und andererseits auf die Produktion. Mit erfolgreicher Beendigung des Leistungsnachweises geht im Allgemeinen die Verantwortlichkeit für das technische System vom Hersteller auf den Kunden über. Dieser Vorgang wird auch Gefahrenübergang genannt. Danach beginnt der Betrieb des technischen Systems (BAUMANN & LOOSCHELDERS, 1982).

Mit Hardware-in-the-Loop (HIL) wird ein bestehendes Steuergerät an einer Modellierung seiner späteren Umgebung getestet. Damit ist eine frühe Analyse des entwickelten Gerätes möglich. HIL kann als Echtzeitsimulation bezeichent werden. Sie unterscheidet sich von der o.g. Echtzeitsimulation durch die Integration einer realen Komponente, wie beispeilsweise einem Steuergerät oder einem realen Roboter.

Der Hochlauf bezeichnet die Phase im Anschluss an die Abnahme, in der die Anlage beim Nutzer unter ihren nominellen, personellen, organisatorischen und technischen Randbedingungen auf dauerhafte Nennleistung gebracht wird. Während der Hochlaufphase werden im Rahmen der Optimierung und Stabilisierung des Betriebsverhaltens in organisatorischer und personeller Hinsicht auch die erst jetzt zu erkennenden technischen Unzulänglichkeiten und Frühausfälle behoben (ZEUGTRÄGER 1998, WIENDAHL et al. 2002).

Die Materialflusssimulation ist die Abbildung von Materialflüssen innerhalb eines Produktionsbereiches bzw. einer Fabrik. Als Materialfluss werden alle dynamischen Vorgänge und deren Verkettung beim Herstellen, Bearbeiten und Verteilen von Prozessgütern verstanden wie beispielsweise

• Fördern, Stauen, Rutschen
• Fallen, Abprallen an der Bande
• Sortieren, Gruppieren, Aufreihen
• Trennen, Stapeln
• Greifen und Klemmen
• Griff in die Kiste
• Einlegen in die Maschine

Bei der Simulation mit einem mechatronischen Modell (auch Mechatronikmodell) wird eine Maschine oder Anlage in einem die Disziplinen Mechanik, Elektrik und Software übergreifenden Gesamtmodell abgebildet. Das Ziel der sog. Mechatroniksimulation ist die Herstellung oder Verbesserung der Passung zwischen den Disziplinen. Durch die Möglichkeit, ohne Risiko an Menschenleben oder Sachbeschädigungen können im Mechatronikmodell in einer virtuellen Inbetriebnahme umfangreiche Testreihen gefahren werden. Dadurch lässt sich das Zusammenspiel von Mechanik, Elektrik und Software deutlich verbessern. Ein Mechatronikmodell kann vollständig im Rechner abgebildet sein, oder beispielsweise im Falle einer virtuellen Inbetriebnahme in Form einer Hardware-in-the-Loop-Simulation zum Teil mit realer Hardware und simulierten Komponenten erfolgen.

Simulation ist die Nachbildung eines dynamischen Prozesses in einem realen Modell mit dem Ziel, zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind (Quelle: DIN 3633).

So genau wie nötig – So einfach wie möglich

• Materialflusssimulation
• Ablaufsimulation
• Robotersimulation
• Simulation von Steuerungen
• Hardware-in-the-Loop Simulation

siehe auch 3D-Simulation

Für den industriellen Einsatz der Simulation ist zum Einen eine aufwandsarme Modellbildung erforderlich, damit der Aufwand niedrig bleibt. Zum Anderen muss die Modellbildung allerdings so exakt wie möglich erfolgen, damit der Nutzen der Simulation möglichst hoch ist. In der Auflösung dieses Widerspruchs liegt der Schlüssel zu einer wirksamen Simulation.

Unter der Starrkörpersimulation (engl. Rigid-Body Simulation) versteht man die zeitlich kontinuierliche Simulation der Bewegung von Starrkörpern (engl. Rigid-Body). Durch die Zuordnung von physikalische Eigenschaften, lassen sich komplexe Materialflussszenarien mit wenigen Handgriffen simulieren. Durch die Starrkörpersimulation (oder auch Physiksimulation) wird eine aufwändige Programmierung von Simulationsmodellen und -szenarien überflüssig.

Die nachfolgenden Szenen zeigen das Verhalten starrer Körper in der Physiksimulation

http://youtu.be/szaXig7McMk

http://youtu.be/MH2-hOEYPFM

Die Physiksimulation bildet die Basistechnologie von industrial physics, einer mechatronischen Simulationsplattform für Produktionssysteme der Firma machineering.

Mit dem Begriff Produktionsanlauf wird sowohl der Anlauf einer Einzelmaschine verbunden als auch der verkettete Anlauf eines gesamten Produktionssystems für ein Produkt. Im Lebenszyklus ist der Produktionsanlauf im Übergang zwischen der Planungs- und Realisierungsphase zur Betriebsphase angesiedelt. Dabei setzt sich ein Produktionsanlauf jeweils aus einer Inbetriebnahmephase im Verantwortungsbereich des Herstellers und einer Hochlaufphase im Verantwortungsbereich des Betreibers zusammen. Zwischen Inbetriebnahme und Hochlauf liegt die Abnahme mit dem Gefahrenübergang vom Hersteller an den Betreiber.

Der Lebenszyklus von Produktionssystemen setzt sich aus folgenden drei Hauptphasen zusammen: Der Planungs- und Realisierungsphase, der Betriebsphase und der Redistributionsphase (nach WIENDAHL).

Das V-Modell ist ein Vorgehensmodell in der Softwareentwicklung, bei dem der Softwareentwicklungsprozess in folgenden Phasen organisiert wird:

• Systemanalyse
• Software-Entwurf
• Software-Architektur
• Software-Implementierung

Neben diesen Software-Entwicklungsphasen definiert das V-Modell auch die Vorgehensweise zur Qualitätssicherung: 

• Integration der Module und Tests
• Integration des Software-Systems und Tests
• Systemqualifikation und -abnahme

Das V-Modell dient als Entwicklungsstandard für IT-Systeme in der Planung und Durchführung von IT-Projekten. 

Der Vorteil bei der Anwendung des V-Modells liegt in der permanenten Qualitätssicherung während der Entwicklungsphasen. Fehler in der Software-Entwicklung können somit zeitnah erkannt und behoben werden.

Bei einer virtuellen Inbetriebnahme (kurz: VIBN) wird mit Hilfe eines mechatronischen Modells einer Maschine oder Anlage die Inbetriebnahme am Rechner durchlaufen. Je nach Ausprägung des Simulationssystems kann hierbei ggf. die statische und in jedem Fall die dynamische Inbetriebnahme durchgeführt werden. Durch eine virtuelle Inbetriebnahme kann die Passung von Mechanik, Elektrik und Software deutlich verbessert werden und zwar vor der realen Inbetriebnahme im Feld. So wird die Auslieferungsqualität gesteigert und unkalkulierbare Zeitverluste in der Inbetriebnahme vermieden.

Eine umfassende Studie ergab, dass durch den Einsatz einer virtuellen Inbetriebnahme in den frühen Phase sich für die Unternehmen folgende Wettbewerbsvorteile ergeben :

• Einsparung von 75% der Zeitaufwands für die Inbetriebnahme
• Verkürzung der Durchlaufzeit um 15 %
• Steigerung der Qualität um 40 %
• Senkung der Produktionskosten

 virtuelle Inbetriebnahme, machineering GmbH & Co. KG

 * G.Wünsch "Methoden für die virtuelle Inbetriebnahme automatisierter Produktionssysteme"

Die virtuelle Inbetriebsetzung bezeichnet die frühe Entwicklung und Überprüfung von Steuerungsabläufen anhand eines Simulationsmodells.

Mit der frühen Inbetriebsetzung kann für die Konzeptevaluierung bereits im frühen Entwicklungsstadium die sequentielle Richtigkeit eines Gutablaufs in einem einfachen Simulationsmodell geprüft werden. Es wird weder ein Leistungstest noch eine Prüfung auf Störung und des Störungsverhaltens der Anlage möglich.

Die virtuelle Inbetriebsetzung dient einer aufwandsarmen, frühzeitigen Absicherung von Entwicklungen im Konzeptstadium.

Dem gegenüber steht der Begriff der virtuellen Inbetriebnahme.