Návrh digitálního dvojčete CNC obráběcího stroje
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Diplomová práce se zabývá problematikou návrhu digitálních dvojčat obráběcích strojů a aplikací navržených postupů na případové studii – digitálním dvojčeti obráběcího stroje MCV 754 Quick. Úvodní část diplomové práce mapuje využití digitálních dvojčat v oblasti obráběcích strojů včetně současných hardwarových a softwarových nástrojů pro jejich návrh a tvorbu. Pro zpracování případové studie byl zvolen SW a HW od společnosti Siemens (Mechatronics Concept Designer, SIMIT a další). V druhé části předložené práce je navržen komplexní postup tvorby digitálního dvojčete stroje MCV 754 Quick od tvorby modelu až po jeho virtuální zprovoznění. V práci je kladen důraz na tvorbu celého postupu, do kterého spadá příprava 3D modelu obráběcího stroje, přiřazení jeho fyzikálních vlastností a vazeb, příprava PLC, propojení všech nezbytných prvků (Sinumerik – SIMIT – Mechatronics Concept Designer) a následné řízení virtuálního stroje. Výstupem práce je virtuálně zprovozněný obráběcí stroj, který lze ovládat řídicím systémem Sinumerik 840D sl, a je základem pro další vývoj plnohodnotného digitálního dvojčete, které poslouží k ověření funkčnosti a použitelnosti této nové technologie v průmyslové praxi.
The Master’s thesis deals with design of digital twins of machine tools and application of designed procedure on a case study – digital twin of the machine tool MCV 754 Quick. In the first part are described current roles of digital twins in the field of machine tools and also hardware and software options for creating them. Software and hardware tools by Siemens (Mechatronics Concept Designer and SIMIT) are used for the case study. The complex procedure of creating the digital twin is designed in the second part, starting with preparation of a model, ending with the virtual commissioning of the machine tool MCV 754 Quick. The procedure is described in detail, including preparation of 3D model of the machine tool, assignment of physical properties and joints, preparation of PLC, connection all the elements of the whole system: Sinumerik – SIMIT – Mechatronics Concept Designer and controlling the twin via CNC automation system. Output of the thesis is the virtually commissioned machine tool, capable of being controlled by Sinumerik 840D sl. This is the first step in development of the full-fledged digital twin of machine tool, which can be used for testing the functionality and capability of this new technology in industry.
The Master’s thesis deals with design of digital twins of machine tools and application of designed procedure on a case study – digital twin of the machine tool MCV 754 Quick. In the first part are described current roles of digital twins in the field of machine tools and also hardware and software options for creating them. Software and hardware tools by Siemens (Mechatronics Concept Designer and SIMIT) are used for the case study. The complex procedure of creating the digital twin is designed in the second part, starting with preparation of a model, ending with the virtual commissioning of the machine tool MCV 754 Quick. The procedure is described in detail, including preparation of 3D model of the machine tool, assignment of physical properties and joints, preparation of PLC, connection all the elements of the whole system: Sinumerik – SIMIT – Mechatronics Concept Designer and controlling the twin via CNC automation system. Output of the thesis is the virtually commissioned machine tool, capable of being controlled by Sinumerik 840D sl. This is the first step in development of the full-fledged digital twin of machine tool, which can be used for testing the functionality and capability of this new technology in industry.
Description
Keywords
digitální dvojče obráběcího stroje, virtuální zprovoznění, kyberneticko-fyzikální systémy, Konstruktér mechatronických konceptů, Sinumerik 840D sl, SIMIT, TIA Portal, MCV 754 Quick, digital twin of machine tool, virtual commissioning, cyber-physical systems, Mechatronics Concept Designer, Sinumerik 840D sl, SIMIT, TIA Portal, MCV 754 Quick
Citation
STANĚK, V. Návrh digitálního dvojčete CNC obráběcího stroje [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Výrobní stroje, systémy a roboty
Comittee
prof. Dr. Ing. Vladimír Mostýn (předseda)
prof. Dr. Ing. Jiří Marek, Ph.D., DBA (místopředseda)
doc. Ing. Juraj Uríček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr. (člen)
Ing. Roman Dvořák (člen)
Ing. Ladislav Kárník, CSc. (člen)
Date of acceptance
2019-06-19
Defence
Diplomant na začátku své práce představil digitální dvojče v kontextu své práce. Popsal funkce, pro které je digitální dvojče. Zmínil, že je digitální dvojče vytvořeno pro simulování CNC frézky. Během prezentace představil použitý software a ke každému vysvětlil účel, pro který byl při tvorbě použit. Následně student popsal postup, jakým digitální dvojče vytvářel. Popsal taktéž úskalí při tvorbě digitálního dvojčete, zejména malý výpočtový výkon aktuálně použitého hardwaru. Následně popsal nastavení komunikace mezi jednotlivými prvky. Následně popisuje testování digitálního dvojčete v ručním režimu a následně i v režimu automatickém. Výsledkem práce je virtuálně zprovoznění obráběcí stroj.
Na doplňkovou otázku, zda je možné propojit digitální dvojče OS připojit do větších celků, navrhuje diplomant dvě možnosti řešení. Překládá software, který umožňuje spojovat více virtuálních dvojčat. Zmiňuje taktéž použití cloudového řešení Mindsphere, se kterým je možné propojit i SCADA software. Další řešení zmiňuje připojení přes OPC server a užití softwaru Plant simulation.
Komise pokládá otázku, do jakých detailů jsou zejména pohony navrhovány. Student uvádí, do jakých detailů se digitální dvojče modeluje a zmiňuje nástroje, kterými lze dynamiku řešit. Další doplňková otázka se věnuje silovým poměrům v digitálním dvojčeti. Student vysvětluje, jak fungují silové výpočty v modelu. Další otázkou komise je, zda se dá virtuální dvojče užít pro odladění PLC. Student odpovídá kladně a doplňuje nedostatky jím vytvořeného modelu a potenciál na vylepšení. Další otázka směřuje na bezpečnost přenosu dat mezi reálným strojem a digitálním dvojčetem. Diplomant zmiňuje řešení bezpečného přenosu dat. Další otázka ze strany komise se týká modulárnosti řešení. Student zmiňuje, že na stroj s podobnou kinematikou lze digitální dvojče relativně snadno upravit. Komise hodnotí práci jako velmi komplexní využití aktuálně dostupných prostředků.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení