ISG-virtuos
| ISG-virtuos (auch: virtuos)
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| Basisdaten
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| Maintainer | Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 639: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) |
| Entwickler | ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH |
| Erscheinungsjahr | 2005 |
| Aktuelle Version | 2.2 (2014) |
| Betriebssystem | Windows7, Linux |
| Programmiersprache | Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 639: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) |
| Kategorie | Echtzeitsimulationssoftware / Hardware-in-the-Loop Simulation |
| Lizenz | Entwickler- und Runtimejahreslizenzen |
| deutschsprachig | ja |
| Sonstiges | Echtzeiterweiterungen Windows: TwinCAT2, TwinCAT3.1, RTX, VxWorks, Intime. Linux: RTLinux
Feldbussysteme CANopen EtherCAT, EthernetIP, FOCAS, PROFIBUS, PROFINET |
| www.isg-stuttgart.de/virtuos | |
ISG-virtuos (auch: „virtuos“) ist eine Software zur Echtzeitsimulation von Maschinen und Anlagen. Die Software wird anstelle einer Maschine an die Steuerung angeschlossen, die Kommunikation zwischen Sofware und Steuerungssytem erfolgt unter zeitrealen Bedingungen über Standard-Feldbusse (Hardware-in-the-Loop Simulation). Verwendet wird die Software hauptsächlich zur Durchführung von virtuellen Tests und Inbetriebnahmen sowohl in der Ablauf- (SPS) als auch in der Bewegungssteuerung (MC, RC, CNC).
Geschichte[Bearbeiten]
Die Grundlagen für virtuos wurden am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart unter der Leitung von Günter Pritschow gelegt. Die Idee war, unter Berücksichtigung der Maschinendynamik eine virtuelle Maschine für den NC-Steuerungstest aufzubauen. Die Besonderheit dabei: das Simulationsmodell sollte im Kommunikationstakt des Antriebsbusses (≤ 1 ms) berechnet werden, um die Steuerung ohne Anpassung gegen die virtuelle Maschine testen zu können. Dies wurde federführend von Sascha Röck in Form von mehreren Prototypen umgesetzt.
Im Jahr 2005 begann die ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, virtuos zunächst unter der Leitung von Röck und Ulrich Eger zu entwickeln. Ziel war, der absehbar steigenden Nachfrage in den Bereichen „Digitale Fabrik / Digitale Produktion“ und „Virtuelle Anlage / Virtuelle Maschine“ mit einem Simulationswerkzeug zu begegnen, das die durchgängige Echtzeitsimulation von Produktionsanlagen in allen Phasen des Maschinenentwicklungszyklusses ermöglichen sollte. Bereits im gleichen Jahr wurde die erste Version von virtuos vom 14.-21.09.2005 auf der EMO Hannover präsentiert.
Alleinstellungsmerkmal[Bearbeiten]
Mithilfe der Hardware-in-the Loop-Simulation wird das Maschinen-/Anlagenverhalten in harter Echtzeit (Steuerungstakt <1ms) berechnet.
Verfügbarkeit[Bearbeiten]
Die kommerzielle Software wird in Form von Entwickler- und Runtimelizenzen von der in Stuttgart ansässigen ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH vertrieben. Die Auslieferung der Software erfolgt per Download.
Programmaufbau und Funktionsumfang[Bearbeiten]
Programmaufbau[Bearbeiten]
Die unter Windows 7(Win32 und Win64) und Linux lauffähige Software besteht aus den Komponenten virtuosM, virtuosV und virtuosS:
virtuosM[Bearbeiten]
- grafische Modellierung und Parametrierung des Maschinen-/Anlageverhaltens
- Monitoring der Simulationsdaten
- Aufbau von Bedienpanels für die Benutzerinteraktion
virtuosV[Bearbeiten]
- 3D-Visualisierung der virtuellen Maschinen und Anlagen
- Übernahme von CAD-Modellen für komplette Maschinen bzw. Komponenten
- Kamerafunktion; Strukturierungs- und Skalierungsfunktionen
virtuosS[Bearbeiten]
- Echtzeitrechenkern für das zeitdeterministische Berechnen der Modelle
Funktionsumfang[Bearbeiten]
- E/A-Logiksimulation
- Kinematiksimulation offener und geschlossener kinematischer Ketten
- Simulation von Antriebs- und Regelsystemen, Servoantriebe, Frequenzumrichter, Positionierantriebe
- Dynamiksimulation von Mehrkörpersystemen
- Materialflusssimulation mit Schnittstellen zu Handhabungs- und Bearbeitungssystemen
- Simulation komplexer Werkzeugmagazine
- Abtragssimulation
- automatische Generierung von Verhaltensmodellen und 3D-Modellen aus XML-Beschreibungen (ext. Engineeringtools)
Versionen[Bearbeiten]
Aktuelle Version[Bearbeiten]
Version 2.2 (2014)
Versionstabelle[Bearbeiten]
| V2.2 (2014) |
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| V2.1 (2014) |
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| V2.0 (2013) |
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| V1.6 (2011) |
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| V1.5 (2010) |
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V1.3 (2008) |
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| V1.2 (2007) |
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Verbreitung im Markt[Bearbeiten]
Aktuell sind weltweit gut 300 Lizenzen im Einsatz.
Anwendung findet virtuos v.a. im Maschinen- und Anlagenbau. Sieben der zehn größten Maschinenbauer nutzen virtuos zur Simulation ihrer Maschinen und Anlagen, seit 2013 ist ein vermehrter Einsatz bei den KMU zu verzeichnen.
Unter anderem setzen z.B. die folgenden Unternehmen virtuos ein:
| Beckhoff | Bosch | Bystronic glass | chiron | DAIMLER |
| DÜRR | EISENMANN | elumatec | Erhardt+Abt | Gleason |
| GROB | HEITEC | HELLER | HOMAG AG | IMA |
| KAUTEX | KNOLL Feinmechanik | KraussMaffei | KUKA | MAG |
| MESSER | NUMCAD | SMS MEER | technowood | ThyssenKrupp |
| umicore | WEEKE |
Auch in den Laboren diverser Hochschulen werden die Studenten mithilfe von virtuos auf Simulations- und virtuelle Techniken geschult (siehe Punkt „Forschung und Lehre - Lehre“).
Forschung und Lehre[Bearbeiten]
Forschung[Bearbeiten]
Forschende Unternehmen und Institute setzen das offene System aktuell in folgenden öffentlichen Projekten ein:
Intelligentes Maschinenfenster „iWindow“ (2014–2017)[Bearbeiten]
Gefördert durch Bundesministerium für Bildung und Forschung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Sichtfenster, wie sie aktuell an Werkzeugmaschinen vorzufinden sind, durch intelligente Maschinenfenster zu ersetzen. Das intelligente Maschinenfenster vereint die reale Welt mit der virtuellen und soll auf diese Weise den Maschineninnenraum visualisieren. Als Grundlage des intelligenten Maschinenfensters soll entweder ein transparentes Display oder ein Standardmonitor dienen. Unabhängig von der Methode der Maschineninnenraumvisualisierung soll das intelligente Maschinenfenster Fenster und Bedienoberfläche zugleich sei, um die Interaktion mit der Maschine zu ermöglichen.
Robin 4.0 (2014–2016)[Bearbeiten]
Gefördert durch Bundesministerium für Bildung und Forschung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Robustheit durch Integration, Interaktion, Interpretation und Intelligenz; Simulationsgestützte Datenanalyse und flexible Benutzerinteraktion.
ReApp (2014–2016)[Bearbeiten]
Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Wiederverwendbare Roboterapplikationen für flexible Roboteranlagen basierend auf ROS; Weiterentwicklung der virtuos Simulationssoftware zu cloud-basierten Simulations-/Testservices.
Steuerungstestverfahren (2014–2016)[Bearbeiten]
Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Entwicklung eines softwarebasierten Verfahrens zum automatisierten Test von Maschinensteuerungen auf Basis von virtuellen Maschinen („virtuelle Steuerungstestbench“); Entwicklung der abstrahierten HMI-Schnittstellen, des echtzeitfähigen, zeitdeterministischen Fehlergenerators und des blockdiagrammbasierten Test-Frameworks.
ReBorn (2013–2016)[Bearbeiten]
Gefördert durch EU über THEME FoF.NMP.2013-2 FoF.NMP.2013-2. Innovative Wiederverwendung modularen Equipments basierend auf integriertem Fabrikdesign.
Lehre[Bearbeiten]
Im Bereich der Ingenieursausbildung an Hochschulen und Universitäten wird der Entwicklung hin zum Einsatz von Simulations- und virtuellen Techniken zunehmend durch adäquate Lehrveranstaltungen Rechnung getragen. Die von einigen Hochschulen, u.a. der Hochschule Esslingen unter Federführung von Prof. Karl-Heinz Kayser, gegründete gemeinnützige Genossenschaft MechTrain eG hat es sich zum Ziel gesetzt, ihren Mitgliedern und den von ihnen unterrichteten Studenten eine Plattform zum Erfahrungs- und Informationsaustausch sowie zum Austausch und Erwerb jeglicher Form von Lehr- und Ausbildungsmaterialien im Bereich virtueller Techniken anzubieten. Die Genossenschaft bietet Informationen und Hilfen zum Aufbau von Laborübungsplätzen, in denen durch den Einsatz von Simulationsmethoden für Anwendungsfälle reale Maschinentechnik durch eine deutlich günstigere, wartungsfreie und sichere simulierte Maschinentechnik ersetzt werden. virtuos stellt in diesem Umfeld Hochschullizenzen zur Verfügung.
Mitgliedschaft in Organisationen[Bearbeiten]
- VDMA
- Kompetenznetzwerk Mechatronik BW e.V.
- PLCopen
- OSADL
- PROFIBUS
- SERCOS
- EtherCAT
- Industrial Consortium SimTech e.V.
Publikationen, Vorträge, Veröffentlichungen[Bearbeiten]
Publikationen[Bearbeiten]
- Heavy-duty omni-directional Mecanum-wheeled robot for autonomous navigation: System development and simulation realization.Liu, X., Scheifele, Ch., Xu, W., Stol, K. A.: Mechatronics (ICM), 2015 IEEE International Conference on, pp. 256-261. IEEE, 2015.
- Wiederverwendbare Simulationsmodelle für die domänen- und disziplinübergreifende Produktentwicklung Voss, V.: Jost-Jetter Verlag, 2012, ISBN 3-939890-98-7.
- Hardware in the Loop Simulation of Production Systems Dynamic Röck, S.: Journal of Production Engineering Research & Development, Volume 5, Issue 3 (2011), Page 329, Springer 2011.
- Effizient Automatisieren mit Virtuellen Maschinen Scheifele, D., Eger, U., Röck, S., Sekler, P.: Tagungsband 12. IFF-Wissenschaftstage, 16.-18. Juni 2009, Magdeburg.
- Simulation und Realität – die Symbiose. Maschinenentwicklung nach dem Hardware-Simulation-Symbiosis (HSS) Ansatz Röck, S., Scheifele, D., Sekler, P.: Computer & Automation, Heft 6, (2008), S. 36–40.
- Echtzeitsimulation von Produktionsanlagen mit realen Steuerungssystemen Röck, S.: Jost-Jetter Verlag, 2007 ISBN (10) 3-939890-24-3.
- Potentiale der Hardware-in-the-Loop Simulation für Maschinen und Anlagen Scheifele, D., Eger, U., Röck, S., Sekler, P.: SPS/IPC/Drives 2007, Messe 27.-29. Nov. 2007, Nürnberg. Berlin: VDE Verlag GmbH, 2007, S. 555–565.
- Virtual machines on a physical bus Rüdele, H., Röck, S., Eger, U.: Industrial Ethernet – Vogel Druck & Medienservice GmbH & Co. KG, April 2006, S. 20–22.
Vorträge[Bearbeiten]
- Mechatronische Simulation von Maschinen und Anlagen Scheifele, D.; Ramp up - Anlaufmanagement in der Automobilbranche; Frankfurt, 21.03.2012.
- Virtuelle Maschinen und Anlagen für die virtuelle Inbetriebnahme Scheifele, D.; Strategietag Virtuelle Inbetriebnahme, Qesar GmbH; Bensheim, 23.03.2011.
- Konfigurierbares offenes Steuerungssystem für die Prozessoptimierung und Simulation Pritschow, G., Scheifele, D.; Internationale CIRP-Konferenz "Process Machine Interactions"; Vancouver/Kanada, 10./11.06.2010.
- Effizient Automatisieren mit virtuellen Maschinen Röck, S., Scheifele, D., Sekler, P.; IFF Wissenschaftstage; Magdeburg, 16.-18.06.2009.
- Anwendungen der Hardware-in-the-Loop Simulation in der Produktionstechnik Müller, V., Scheifele, D.; Kongress SPS/IPC/DRIVES 2008, Nürnberg.
Veröffentlichungen[Bearbeiten]
- „Zuverlässige Simulation von Maschinen“ In: Produktion Nr. 51-52 (2014), S. 35
- „Anlagensimulation“ In: automotive IT 11 2014 (2014), S. 48
- „Simulation reduziert Inbetriebnahmezeiten“ In: Verfahrenstechnik 11/2014 (2014), S. 48
- „Virtuelle Maschine ermöglicht schnelle Inbetriebnahme“ In: MM Maschinenmarkt Nr. 41 (2013)
- „Ein Schritt weiter in der virtuellen Welt“ In: WB Werkstatt+Betrieb Nr. 9 (2013)
- „Notebook stemmt tonnenschwere Maschinen und Anlagen“ In: VDI nachrichten Nr. 47 (2011), S. 14
- „Flugsimulator für Spritzgießmachinen“ In: kunsstoffe Nr. 4 (2011), S. 39
- „Virtuelle Maschine läuft mit realer Steuerung“ In: VDI nachrichten Nr. 48 (2008), S. 23
- „Simulation und Realität – die Symbiose“ In: Computer & AUTOMATION 06-2008 (2008), S. 36
Weblinks[Bearbeiten]
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