Methodology for virtual commissioning based on object-oriented behavioral models with a selectable modeling depth
Final Report Abstract
Die Modellerstellung bei der Virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) ist sehr aufwändig und kompensiert daher häufig den Nutzen einer kürzeren Inbetriebnahmezeit. Gesamtziel des Vorhabens ist somit eine Methodik zur VIBN von maschinenbaulichen Anlagen auf Basis von objektorientierten Verhaltensmodellen. Mit dieser soll die Zeit der Modellerstellung signifikant verkürzt werden. Den Kern der Methodik bilden die Modellierung des Anlagenverhaltens mit variablem, adaptivem Abstraktionsgrad und die Entwicklungssystematik für maschinenbauliche Anlagen. Durch die Wahl einer geeigneten Modellierungstiefe ist eine Zeitersparnis möglich, da die Modelle anforderungsgerecht erstellt werden. Eine Methode zur Modellierung von Verhaltensmodellen mit variabler Modellierungstiefe unterstützt den Anwender bei der Modellerstellung. Es werden drei Modellierungstiefen mit unterschiedlichem Abstraktionsgrad festgelegt: 1) Die idealisierte Funktion beschreibt die Modelle mit dem höchsten Abstraktionsgrad. Sie bildet die Systemfunktionalität auf logische Weise ab. 2) Bei Modellen der prinzipiellen Machbarkeit wird auch das Zeitverhalten abgebildet. 3) Das systemspezifische Verhalten bildet zusätzlich Effekte ab, wie z.B. Reibung. Ein Entscheidungsbaum unterstützt bei der Wahl der geeigneten Modellierungstiefe. Dabei können innerhalb des Verhaltensmodells Systemelemente mit unterschiedlicher Modellierungstiefe verwendet werden. Um bei der Simulation die Rechenzeit zu verringern, werden adaptive Einheiten erstellt. Diese bestehen aus Kombinationen von Systemelementen unterschiedlicher Modellierungstiefe. Mithilfe einer Umschaltlogik werden die detaillierten Modelle nur dann berechnet, wenn sie benötigt werden. Die Rechenzeit konnte auf diese Weise um 48 % verringert werden. Ein weiterer Teil der Methodik ist die Entwicklungssystematik für maschinenbauliche Anlagen. Diese beschreibt die Integration der VIBN in den modellbasierten Entwurf des Anlagenentstehungsprozesses. Die Systematik besteht aus einem Vorgehensmodell, das den Einsatz der Methoden (z.B. anforderungsgerechte Wahl der Modellierungstiefe, adaptive Umschaltung der Modellierungstiefe) bestimmt. Durch die Entwicklungssystematik werden Testspezifikationen definiert und Anforderungen an die Verhaltensmodelle der maschinenbaulichen Anlage abgeleitet. Die Prozessbeschreibung zum Aufbau objektorientierter Verhaltensmodelle leitet den Entwickler durch den Modellierungsprozess. Die aufgabenspezifische Ausprägung (z.B. Neuentwicklung, Variantenkonfiguration) des Vorgehensmodells bestimmt den Umfang der zu bearbeitenden Phasen. Durch die Integration der VIBN in den modellbasierten Entwurf können die Modelle, die bei dem Entwurfsprozess der Anlage entstehen, sowohl für den Entwurf als auch für den Steuerungstest der Anlage genutzt werden. Es wurde ein Konzept für eine durchgängige Entwicklungsumgebung entwickelt, die insbesondere die Modellintegrationen und die adaptive Modellumschaltung unterstützt. Die in dem Vorhaben entwickelte Methodik und ihre Bestandteile wurden an einem Laborkonzept zur flexiblen Industrieautomatisierung hinsichtlich Anwendbarkeit, Effektivität und Effizienz verifiziert. Für diesen Demonstrator wurden die Modellbibliothek erweitert, ein adaptiv umschaltbares Gesamtmodell erstellt, Testspezifikationen definiert sowie die durchgängige Entwicklungsumgebung getestet.
Publications
- Methodology for Selecting the Modeling Depth of Object-Oriented Behavioral Models. World Academy of Science, Engineering and Technology, Issue 67, Zurich, July 2012
Lochbichler, M.; Schmüdderrich, T.; Brökelmann, J.; Trächtler, A.
- A Procedural Model for the Virtual Commissioning on the Basis of Model-based Design. 23rd CIRP Design Conference, 11.-13. März 2013, Ruhr-Universität Bochum, Bochum, 2013
Schmüdderrich, T.; Trächtler, A.; Brökelmann, J.; Gausemeier, J.
(See online at https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-30817-8_3) - Methodik zur anforderungsgerechten Wahl der Modellierungstiefe von Verhaltensmodellen zur virtuellen Inbetriebnahme. VDI Tagung Mechatronik, 06.-08. März 2013, Tagungsband Mechatronik 2013, S. 43-48, Aachen, 2013
Schmüdderrich, T.; Lochbichler, M.; Brökelmann, J.; Trächtler, A.
- Approach for Scenario-Based Test Specifications for Virtual Commissioning. International Design Conference – Design 2014, 19.-22. Mai 2014, Dubrovnik, 2014
Schneider, M.; Gausemeier, J.; Schmüdderrich, T.; Trächtler, A.
- Virtual Commissioning by Means of an Adaptive Selection of the Modeling Depth. ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress & Exposition, 14.-20. November 2014, Montreal, 2014
Schmüdderrich, T.; Trächtler, A.
(See online at https://dx.doi.org/10.1115/IMECE2014-37964)
