Simulationen sollen das Geschehen der Wirklichkeit so nah wie möglich an der Realität in Form eines Modells abbilden. So nutzen sie Ingenieure und Techniker zur Analyse bereits bestehender Prozesse und Systeme. Sie ermöglichen es, neue Technologien vorab in einem virtuellen Raum zu testen. Dazu zählen auch Robotersimulationen. Die Robotersimulationen ermöglichen es, Robotersysteme zu planen, zu virtualisieren und zu optimieren, bevor sie in der realen Produktion zum Einsatz kommen. So entstehen effiziente, sichere und flexible Automatisierungslösungen. Erfahren Sie jetzt, wie und wo Robotersimulationen eingesetzt werden!
Robotersimulationen sind digitale Werkzeuge, zur Entwicklung roboterbasierter automatisierter Produktionssysteme. Bei der Robotersimulation geht es darum, reale Anwendungen in digitaler Form abzubilden. Sie werden also digital „gebaut“, bevor diese Anwendungen in die physische Produktion integriert werden. Dabei werden auch Bewegungsabläufe, Taktzeiten und Peripherien eingearbeitet. Gesamtheitlich sollen Robotervorgänge in einer virtuellen Umgebung nachgebildet werden, um diese dann testen und analysieren zu können, bevor sie anschließend in einer realen Prozesskette eingesetzt werden. So können Fragen zur Größe oder Platzierung des Cobots bereits im Vorfeld begutachtet werden. Zudem wird ermöglicht, vorab zu untersuchen, welchen Einfluss die verschiedenen Variablen, wie beispielsweise die Größe des Roboters, auf die Prozesse haben könnten. Erweitert werden kann die Robotersimulation durch einen digitalen Zwilling.
Ein digitaler Zwilling bezeichnet eine virtuelle Nachbildung eines bestehenden physischen Produktes, Prozesses oder Systems. Dabei spiegelt diese Nachbildung das Verhalten, die Eigenschaften und die Leistungen des realen Pendants wider. Die Nachbildung wird durch Echtzeitdaten, Simulations- und Modellierungstechniken unterstützt. Der digitale Zwilling dient zur Prognose und Optimierung eines Produktes im gesamten Produktlebenszyklus. In Kombination mit der Robotersimulation werden sie durch realitätsnahe Redaktionen verstärkt und ermöglichen dadurch eine präzise Vorhersage bei den Bewegungen, Kollisionen und Steuerungsabläufen.
Dieser Ansatz kann auch für Schaltschränke gezielt genutzt werden. Der digitale Zwilling im Schaltschrankbau wird aus den Konstruktionsfaen (z.B. EPLAN ProPanel) erstellt und ermöglicht eine präzise Visualisierung der Bauteile, Verdrahtung und Struktur. Dieser digitale Zwilling dient als Grundlage für Simulationen, Test und Optimierungen, noch bevor der physische Schaltschrank gebaut wird.
Für die Entwicklung von Simulationsmodellen werden Daten benötigt, um entweder eine 2D- oder 3D-Simulation zu entwickeln.
2D-Simulationen erfolgen meist über ein PC-Interface und ermöglichen eine Offline-Programmierung und Validierung. Diese ermöglicht allerdings nur eine eingeschränkte Darstellung. Dies liegt daran, dass in einer 2D-Version nur der Roboterarm abgebildet wird. Die 3D-Simulation dagegen basiert auf CAD-Modellen (Computer-Aided-Design) und kann komplette Anlagen, Kollisionen, Erreichbarkeiten und Ablaufzeiten realitätsnah abbilden. Die 3D-Version bezieht alle Komponenten einer Roboteranlage mit ein und nicht nur den Arm. Im Zuge der digitalen Inbetriebnahme lassen sich einzelne Abläufe abschließend simulieren und testen.
Die Robotersimulation bietet zahlreiche Vorteile in der Robotik. Dadurch wird sie zu einem unerlässlichen Werkzeug. Der erste Vorteil der Robotersimulationen besteht darin, dass mit ihr Kosten eingespart bzw. gesenkt werden können. Dank ihr können teure Prototypen und Unmengen an Testphasen reduziert oder teilweise sogar vermieden werden. Dies liegt vor allem daran, dass die Prototypen digital „gebaut“ und getestet werden, was bedeutet, dass weniger Materialien benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Risikominderung und erhöhten Sicherheit. Dank der Robotersimulationen können gefährliche Tests, die zu Schäden oder Gefährdungen von Arbeitern führen könnten, in einem virtuellen Raum durchgeführt werden, wodurch das Verletzungsrisiko ausbleibt. Die Robotersimulationen bringen zudem eine erhöhte Zeiteinsparung mit sich. Dank frühzeitiger Validierung und virtueller Inbetriebnahme kann der Rollout beschleunigt werden. Analysen und Tests, die sonst mehrere Tage in Anspruch genommen hätten, können in wenigen Minuten oder Stunden durchgeführt werden. Dies führt auch zu schnelleren Produktionsstarts.
Die Optimierungsmöglichkeiten sind ebenfalls von Vorteil. In Robotersimulationen können die verschiedenen Szenarien und Parameter getestet werden, um daraus die besten Lösungen zu ermitteln. Auch in der Zugänglichkeit liegt ein weiterer Vorteil. So können Studenten und neue Entwickler mit fortgeschrittenen Robotersystemen experimentieren und lernen – und das zu einem erschwinglichen Preis. Der letzte Vorteil von Robotersimulationen liegt in der KI-Modellentwicklung. Die durchgeführten Simulationen erzeugen synthetische Trainingsdaten, welche für KI-Modelle eingesetzt werden können. Dies ist vor allem dann nützlich, wenn reale Daten fehlen oder nur begrenzt verfügbar sind.
Je nach Anwendungsbereich und Ziel lassen sich verschiedene Arten von Robotersimulationen unterscheiden. Dazu zählen die Physiksimulation, die Kinematik- und Dynamiksimulationen, Sensor- und Umweltsimulationen, Verhaltens- und Logistiksimulationen und die virtuelle Inbetriebnahme.
Physiksimulationen legen ihren Fokus auf die Nachbildung physikalischer Gesetze wie Gravitation, Reibung oder Kollisionen. Dadurch eignen sie sich ideal für die Entwicklung und das Testen von mobilen Robotern und Robotermanipulatoren.
Bei dieser Art liegt die Konzentration auf der Bewegungsplanung und -steuerung. Dabei werden auch die Gelenkbewegungen und Kräfte des Roboters analysiert.
Hier werden sensorische Daten und Umweltbedingungen nachgebildet, um die Wahrnehmung und Navigationsfähigkeit des Roboters zu testen.
In diesen Simulationen sollen die Entscheidungsfindung und das Verhalten von Robotern je nach Situation und Aufgabe dargestellt und analysiert werden.
Diese ermöglicht, Roboterprogramme und die Steuerungen in einer virtuellen Umgebung zu testen und zu bestätigen, bevor diese auf einen physischen Roboter angewendet werden.
Robotersimulationen werden in einer Vielzahl von Bereichen genutzt. In der industriellen Automatisierung helfen sie bei der Planung von Layouten für Produktionslinien, der Programmierung und der Schulung des Bedienpersonals. Im Bereich der Robotik-Forschung und -Entwicklung werden Robotersimulationen zur Entwicklung neuer Robotertechnologien, Algorithmen sowie neuer Anwendungen genutzt. Dank ihnen müssen in diesem Bereich keine physischen Prototypen gebaut werden. Auch in der Bildung kommen Robotersimulationen zum Einsatz. Studenten und Lehrern wird ermöglicht, Robotik kostengünstig und flexibel zu lernen und zu lehren. Der nächste Anwendungsbereich ist die medizinische Robotik. Hier unterstützen sie die Entwicklung und das Testen von chirurgischen und medizinischen Robotern. Der mit bekannteste Anwendungsbereich ist die Weltraumrobotik. Hier werden die Robotersimulationen genutzt, um physische Roboter für extreme und riskante Bedingungen zu testen.
Robotersimulationen bringen zwar viele Vorteile mit sich, dennoch gibt es auch einige Herausforderungen, die zu beachten sind. Die erste Herausforderung liegt in der Genauigkeit der Simulation. Damit die Robotersimulation die richtigen Ergebnisse liefert, muss die reale Umgebung so präzise wie möglich nachgebaut werden. Dieser Nachbau ist komplex und sehr rechenintensiv. Zudem werden für die Erstellung und Verwaltung der realistischen Simulationsmodelle umfangreiche Fachkenntnisse benötigt.
Trotz, dass mit den Robotersimulationen Kosten gesenkt werden können, sind diese dennoch eine Herausforderung. Denn die hochentwickelte Simulationssoftware und die dazu benötigte Hardware können in der Anschaffung kostenintensiv sein. Dies lohnt sich aber langfristig. Auch in den Rechenressourcen und der Echtzeitfähigkeit liegt eine Herausforderung, denn häufig müssen die Robotersimulationen in Echtzeit erfolgen. Dies ermöglicht interaktive Tests und Kontrollen, allerdings führt es auch zu hohen Rechenleistungen. Überdies kann es passieren, dass trotz vorheriger Tests und Analysen die transferierten Verhaltensweisen in der realen Umgebung von denen in der Simulation abweichen.
Robotersimulationen zeigen, wie wichtig virtuelle Abbildungen für Planung, Analyse und Optimierung moderner Produktionsprozesse sind. FLEXIVA nutzt dieses Prinzip gezielt für den Schaltschrankbau: Mit einem digitalen Zwilling können wir Schaltschränke und Baugruppen bereits vor der Fertigung virtuell prüfen, Hardwarekollisionen und Platz für fertigungsrelevante Handgriffe testen. Mit ihnen können Kosten eingespart, Risiken minimiert und Entwicklungszeiten verkürzt werden. Ferner ermöglichen sie auch fortgeschrittene Anwendungen wie das Training von KI-Systemen oder die virtuelle Inbetriebnahme.
Nutzen Sie die Expertise von FLEXIVA, um Ihre Projekte im Bereich des Schaltschrankbaus und Engineerings erfolgreich umzusetzen. Mit unseren erfahrenen Ingenieuren schaffen wir für Sie maßgeschneiderte Lösungen und unterstützen Sie bei der Planung, Fertigung und Installation innovativer Technologien. Auch außerhalb des Schaltschrankbaus stehen wir Ihnen mit unseren Lösungen in den Bereichen Sondergerätebau und Schilderbeschriftung zur Seite.
