Inhoudsopgave
De Smart Track Feeder is een flexibel invoersysteem van TG-Packaging voor een verpakkingsmachine. Met behulp van servomotoren en besturing van SIGMATEK wordt elke mover individueel aangestuurd en gepositioneerd. Dit ongeacht wat zijn voor of achterligger aan het doen is.
Een digital twin is een 3D simulatie van een industriële machine, gebaseerd op het CAD model, waarmee applicaties virtueel getest en gevalideerd kunnen worden inclusief PLC code. Bij machinebouwer TG Packaging in het Belgische Verrebroek leidde deze aanpak, toegepast bij de ontwikkeling van een Smart Track Feeder, tot lagere kosten, betere foutdetectie en real time monitoring. Dankzij samenwerking tussen meerdere partijen waaronder SigmaControl kon de virtuele en fysieke ontwikkeling parallel verlopen, wat de doorlooptijd verkortte.
Hoe een digital twin de ontwikkeltijd van de Smart Track Feeder verkortte
Van ketting naar Smart Track
Bij de Smart Track Feeder wordt een product via bijvoorbeeld een toevoerband aangeboden bij de invoer van een verpakkingsmachine die het ingevoerde product vervolgens voorziet van folie, dit op de juiste maat afknipt en aansluitend het product sealt.
Volgens Sacha Piot, sales manager van TG Packaging moeten we bij de nieuw te ontwikkelen flexibele invoer denken aan een systeem waarbij de ketting wordt vervangen door een flexibel invoersysteem bestaande uit individuele movers.
”Bij traditionele rondloopsystemen zit je vast aan de vaste steek van de ketting. Daardoor zijn de posities van de movers ten opzichte van elkaar altijd vooraf bepaald. Dat maakt product omstellingen complex, omdat mechanische aanpassingen nodig zijn.”
Piot vertelt dat kettingsystemen bovendien een constante lineaire snelheid hebben. Daardoor vormt synchronisatie met andere onderdelen in de lijn die vaak onafhankelijk en met een andere snelheid werken een uitdaging.
“Voorheen was dit een reden voor machinebouwers om een extra machine aan te bieden of juist voor één type product de applicatie te bouwen. De Smart Track Feeder rekent precies met die beperkingen af: dankzij individueel aangestuurde movers zijn flexibele positionering en synchronisatie nu wél mogelijk.”
Tegelijkertijd zijn er nieuwe uitdagingen ontstaan met de integratie met andere onderdelen in de lijn. Doordat verschillende onderdelen onafhankelijk van elkaar en op verschillende snelheden werken, wordt synchronisatie binnen de machine steeds complexer. Hierdoor wordt het belangrijk om bewegingen, interacties en gedrag van de verschillende onderdelen goed op elkaar af te stemmen.
Hier komt een digital twin in beeld. Een digital twin is een interactief model van een machine dat aangestuurd kan worden door een PLC en bewegingen, botsingen en interacties kan laten zien. Daarmee biedt een digital twin veel meer inzicht in het ontwerp.
Bewegingen, botsingen en interacties van de machine konden hierdoor dynamisch getest en gevalideerd worden binnen een virtuele omgeving, zodat gecontroleerd kon worden of alles correct samenwerkte.
Bart Aernouts van procesautomatiseerder AASYS:
”Op een gegeven moment is het mechanisch ontwerp klaar en kunnen onderdelen besteld gaan worden. Wanneer alle te monteren componenten op de plank liggen, zijn heel veel zaken nog niet 100 procent. Aanpassingen zijn mogelijk vanaf het moment dat onderdelen in bestelling zijn gegaan. Door de 3D data in de digital twin te laden, kunnen we direct beginnen met testen. Dus softwarematig is de complete structuur qua simulatie op te zetten, inclusief assen. Vervolgens kunnen alle bewegingen worden getest.”
Een guide voor virtual commissioning
Aandachtspunten vooraf herkennen; waarop doelt Aernouts dan?
“Mechanische delen die op elkaar dreigen te botsen bijvoorbeeld. Die kunnen in de simulatie duidelijk zichtbaar worden gemaakt. Maar denk ook aan bewegingen die door elkaar geprogrammeerd zijn en in de praktijk gewoon onmogelijk zijn. Die kunnen we middels een digital twin vooraf elimineren.”
Johan Reijers van XR4Industry haakt hier op in:
”Bedrijven die tekeningen maken van machines met veel bewegingen erin, zien het eindontwerp in een statische fase. In de werkelijke wereld komen tijdens de beweging ineens componenten tegen elkaar. Met de twin is dan alles ‘dynamisch te valideren’, zodat je zeker weet dat het klopt.”
Bart Aernouts vervolgt:
”In de digital twin software kunnen we simuleren wanneer een mover van de Smart Track Feeder beladen wordt met een product. Dan kleurt deze groen en bij een crash rood. Op deze manier is uit te zoeken hoeveel te beladen movers je kunt inzetten bij welke snelheid. Daarnaast kan zo ook de meest effectieve buffertijd worden aangetoond.”
Binnen een project met 270 fysieke en 60 virtuele assen kan het lastig zijn de pijnpunten te lokaliseren. In de digital twin kunnen afwijkingen in bijvoorbeeld positie opgemerkt worden.
”Tijdens testen waren de echte movers nog niet klaar maar alles draaide al op mijn pc in de digital twin. Dan zag je hardwarematig de motoren bewegen, verder niets en op mijn laptop wel.”
De toekomst van ontwikkelen
Door gebruik te maken van een digital twin konden verschillende engineeringfases parallel uitgevoerd worden waardoor de ontwikkeltijd van de Smart Track Feeder met ongeveer 45% verkort werd.
Doordat bewegingen, interacties en gedrag van de machine al vroeg gevalideerd konden worden, ontstond meer zekerheid binnen het engineeringproces en werden onverwachte problemen tijdens commissioning beperkt.
Daarnaast werden fouten, botsingen en programmeerproblemen eerder zichtbaar waardoor volgens betrokken engineers tot wel 50% minder herstelwerk nodig was tijdens commissioning.
De digital twin gaf engineers meer grip op bewegingen, synchronisatie en interacties binnen een complexe machineomgeving met honderden assen.
Ook bood de simulatieomgeving de mogelijkheid om buffertijden, movercapaciteit en gedrag van de machine onder verschillende scenario’s vooraf te optimaliseren.
Toekomstmogelijkheden
De toepassingsmogelijkheden van de digital twin zijn nog lang niet uitgeput met de inbedrijfstelling. De twin kan terwijl de machine draait worden ingezet om afwijkingen te detecteren, software updates te testen en remote support te bieden. De fout tolerantie en levensduur van de machine worden hierdoor verhoogd en voorspellend onderhoud wordt ingeschakeld.
Bestaande scenario’s kunnen bij de eerste fysieke tests direct worden aangepast.
Bart Aernouts ziet ook mogelijkheden voor toekomstige projecten:
“Denk bijvoorbeeld aan de afhandeling van producten met een vet of olieachtig karakter. Na een dag draaien worden toevoerbanden vuil en verandert de wrijving van 30 naar 10 procent. Daar kan je met de digital twin een mooi scenario op loslaten.”
