Automatisierte Partitionierung für die Echtzeit-Co-Simulation bei der virtuellen Inbetriebnahme von Produktionssystemen (aCoSi)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497674736

In diesem Vorhaben werden Partitionierungsmechanismen zur Parallelisierung der Modellberechnung von virtuellen Produktionsanlagen in Echtzeit-Co-Simulationen bei der virtuellen Inbetriebnahme untersucht. Besonderer Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf der Betrachtung einer vollständig automatisierten Partitionierung auf Basis von numerischen und informationstechnischen Ansätzen und unter Berücksichtigung numerischer Effekte und auftretender Simulationsfehler. Bei der virtuellen Planung, Auslegung und Inbetriebnahme steigen die Anforderungen an die Aussagekraft virtueller Produktionsanlagen zur umfassenden Abbildung der Interaktionen zwischen Produktionsprozess, Maschine, Steuerungssystem und Bediener. Die Zunahme der Modellkomplexität stellt allerdings die Echtzeitsimulation im Rahmen einer Hardware-in-the-Loop Simulation mit industriellen Steuerungssystemen vor neue Herausforderungen. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des eingesetzten Simulators ist die Parallelisierung der Modellberechnung in sogenannten Co-Simulationsarchitekturen. In Vorarbeiten wurde eine Plattform zur Echtzeit-Co-Simulation mit entsprechenden Co-Simulationsmechanismen entwickelt. Das geplante Vorhaben baut auf diesen Vorarbeiten auf. Zu Beginn des Vorhabens sollen eine automatisierte Partitionierung konzipiert und neuartige Partitionierungsmechanismen erforscht werden. Hierzu werden sowohl numerische als auch informationstechnische Ansätze analysiert und ggf. miteinander verknüpft (hybride Ansätze). Im Anschluss wird die Integration der entwickelten Partitionierungsmechanismen in die Echtzeit-Co-Simulationsplattform untersucht. Hierzu werden die konzipierten Mechanismen implementiert und in die Abläufe der Plattform integriert. Abschließend werden eine Laufzeituntersuchung und eine numerische Bewertung der entwickelten Mechanismen durchgeführt, die Potenziale der erforschten Lösungen aufgezeigt und anknüpfende Forschungsarbeiten definiert. Im Rahmen des Projekts soll erstmalig eine automatisierte Partitionierung unter Berücksichtigung numerischer Effekte in einer Echtzeit-Co-Simulationsarchitektur erfolgen. Der Erfolg des Vorhabens bemisst sich in der signifikanten Verkürzung der benötigten Rechenzeit und damit in der erstmaligen Berechnung hochauflösender und umfassender virtueller Produktionsanlagen unter den Echtzeitanforderungen, die durch eine Einbindung industrieller Steuerungssysteme entstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen