Dijital ikiz, bir makinenin, robot hücresinin ya da üretim hattının bilgisayardaki sanal kopyasıdır ve gerçek sistemle veri alışverişi yaparak onunla aynı durumda tutulur. Üretimde dijital ikiz için çerçeve tanımlayan ISO 23247, dijital ikizi gözlemlenebilir bir üretim unsurunun, o unsurla eşzamanlı tutulan ve amaca uygun dijital temsili olarak tanımlar. Kısacası dijital ikiz, sahada denemesi pahalı ya da riskli olan şeyi önce bilgisayarda denemenizi sağlar.
Bir paletleme hücresinin kurulduğunu düşünelim. Robot, çit ve konveyör yerine oturuyor. İlk denemede robotun paletin uzak köşesine yaklaşık 150 mm yetişmediği anlaşılıyor. Ekip robotu yükseltmek için yeni bir kaide yaptırıyor, çiti yeniden çiziyor ve devreye alma haftalarca uzuyor. Aynı sorun hücrenin sanal modelinde bir öğleden sonra görülebilirdi.
Dijital ikiz, simülasyon ve dijital gölge arasındaki fark
Dijital model, dijital gölge ve dijital ikiz, sanal model ile gerçek sistem arasındaki veri bağlantısıyla ayrılır. Kritzinger ve arkadaşlarının 2018'de IFAC'ta yayımladığı sınıflandırma bu ayrımı sıkça kullanılan bir biçimde ortaya koyar.
| Kavram | Veri bağlantısı | Örnek |
|---|---|---|
| Dijital model (simülasyon) | Yok, model elle beslenir | Kurulmadan önce tasarlanan robot hücresinin sanal modeli |
| Dijital gölge | Tek yönlü, gerçek sistemden modele | Makinelerden gelen verinin sanal hat üzerinde canlı gösterilmesi |
| Dijital ikiz | Çift yönlü, model gerçek sistemi de etkiler | Modelde test edilen ayarın hatta otomatik uygulanması |
Günlük kullanımda bu üçünün hepsine "dijital ikiz" denir. Bir robot hücresi projesinde işinize en çok yarayan, kurulumdan önceki simülasyon modelidir. Hücre kurulup makine verisi modele bağlandıkça bu model gölgeye, gerekirse ikize dönüşür.
Robot hücresi kurmadan önce simülasyonda ne doğrulanır?
Bir robot hücresinin simülasyonunda robotun erişimini, çarpışma riskini, çevrim süresini ve yerleşimi doğrularsınız. Bunların her biri sahada fark edildiğinde mekanik değişiklik, yeni parça siparişi ve gecikme demektir.
- Erişim. Model, robotun ulaşması gereken her noktaya gereken tutucu açısıyla yetişip yetişmediğini nokta nokta gösterir.
- Çarpışma. Model, robot kolunun, tutucunun ve taşınan parçanın çite, fikstüre ya da konveyöre değip değmediğini her harekette kontrol eder.
- Çevrim süresi. Model, robotun bir çevrimi hedeflenen sürede bitirip bitirmediğini ve süreyi hangi hareketin uzattığını gösterir.
- Yerleşim ve güvenlik mesafesi. Model, çitin, ışık perdesinin ve operatör alanının hücreye sığıp sığmadığını ve forklift yolunun açık kalıp kalmadığını yerleşim planı üzerinden gösterir.
Örneğin iki robotun aynı palete ürün dizdiği bir hücrede, robotların birbirini beklediği anları simülasyonda görür ve hareket sırasını buna göre düzenlersiniz. Bu kontrollerin hepsi bir robot hücresi projesinde tasarım tamamlanmadan önce yapılır.
Simülasyondaki çevrim süresi ne kadar güvenilir?
Simülasyondaki çevrim süresi, robot üreticisinin sanal kontrol ünitesi kullanıldığında gerçeğe yakın çıkar. ABB RobotStudio, FANUC ROBOGUIDE ve KUKA.Sim gibi üretici yazılımları robotun gerçek kontrol yazılımının davranışını taklit eder, hızlanma ve yavaşlama bu yüzden doğru hesaplanır.
Simülasyonun bilemediği şeyleri ayrıca hesaba katın. Tutucunun açılıp kapanma süresi, vakumun oluşma süresi, sensörün sinyal vermesi ve konveyörün parçayı getirme süresi gerçek ekipmanın teknik föyünden ya da ölçümden alınmalıdır. Örneğin simülasyon bir çevrimi 6,0 s gösteriyorsa ve tutucu her çevrimde iki kez 0,3 s bekliyorsa gerçek çevrim 6,6 s olur.
Offline programlama ve sanal devreye alma
Simülasyon modeli kurulduktan sonra iki iş için daha kullanılır. Offline programlamada robot programını bilgisayarda yazar ve robota yüklersiniz. Sanal devreye almada ise hücrenin PLC programını gerçek makineler yerine sanal model üzerinde test edersiniz.
Offline programlama, robotun program yazılırken üretimden alınmasını gerektirmez. Örneğin çalışan bir hatta yeni bir ürünün programını modelde hazırlarsınız ve robot yalnızca son düzeltmeler için kısa bir süre üretimden çıkar. Sanal devreye alma ise kapı kilitleri, sensör sırası ve hata durumları gibi mantık hatalarını sahaya gitmeden yakalar. Robot programlamanın endüstriyel robotla cobot arasındaki farklarını cobot ile endüstriyel robot karşılaştırmasında ayrıntılı ele aldık.
Dijital ikiz nasıl yapılır?
Bir robot hücresinin dijital ikizini geometri, hareket, mantık ve veri katmanlarını üst üste ekleyerek kurarsınız. Her katman bir öncekinin doğru olmasına dayanır.
- Geometri. Parçanın, fikstürün ve tutucunun 3B CAD modelleri, robot üreticisinin robot modeli ve yerleşim planı bir araya gelir. Mevcut bir salonda lazer taramayla çıkarılan nokta bulutu yerleşim planının yerini tutar.
- Hareket. Robotun, pozisyonerin ve konveyörün eksenleri ve hız sınırları modele girer.
- Mantık. Sensörler, valfler ve PLC sinyalleri modele eklenir ve hücre gerçek sırasıyla çalışır.
- Doğrulama. Modelin verdiği süreleri ve konumları gerçek ölçümlerle karşılaştırırsınız, fark varsa modeli düzeltirsiniz.
- Veri bağlantısı. Hücre kurulduktan sonra makine verisi modele akmaya başlar. Endüstride bu bağlantı için en yaygın standartlardan biri IEC 62541 serisinde tanımlanan OPC UA'dır.
İlk dört adım bir simülasyon modelini oluşturur ve robot hücresi projelerinin çoğu için yeterlidir. Beşinci adım, kurulu hücrenin verisini izlemek istediğinizde gelir.
Dijital ikiz ile üretim izleme arasındaki bağ
Dijital ikizin canlı tarafı, makinelerden gelen veriye dayanır. Makinenin çalıştığı, durduğu ve ürettiği adet anlık olarak toplanmıyorsa sanal model gerçek sistemle eşzamanlı tutulamaz.
Örneğin bir hattın sanal modelinde duruşları canlı göstermek için önce her makinenin duruş sinyalinin toplanması gerekir. Bu yüzden canlı bir dijital ikize giden yol çoğu zaman üretim izleme ile başlar. Veri toplanmaya başladıktan sonra hangi makinenin ikize ihtiyaç duyduğu da daha net görünür.
İlk adım: bir sonraki hücreniz için yerleşim planını hazırlayın
Dijital ikize bütün fabrikayla başlamanız gerekmiyor. Kurmayı planladığınız bir sonraki robot hücresini seçin. Yerleşim planını, parçanın ve fikstürün CAD dosyalarını ve hedef çevrim sürenizi bir araya getirin.
Bu üç bilgiyle hücrenin simülasyon modeli kurulabilir, erişim ve çevrim süresi sahaya çıkmadan doğrulanır. Dosyalarınızla bize yazarsanız hücrenizin simülasyonunu birlikte değerlendirebiliriz.
Sık sorulan sorular
Dijital ikiz için hangi yazılım kullanılır?
Robot hücrelerinde genellikle robot üreticisinin simülasyon yazılımıyla çalışılır. Tesis ve hat ölçeğinde ise üretim simülasyonu ve sanal devreye alma yazılımları öne çıkar. Seçim, robot markasına ve modelin ne için kullanılacağına bağlıdır.
Mevcut bir hat için dijital ikiz yapılabilir mi?
Yapılabilir. Hattın CAD modelleri yoksa lazer tarama nokta bulutunu çıkarır ve makinelerin modeli bunun üzerine kurulur. Veri bağlantısı için makinelerin kontrol sistemlerine erişim gerekir.
Dijital ikiz yapay zeka mıdır?
Değildir. Dijital ikiz bir sanal modeldir. Yapay zeka bu modelin verisini analiz etmek ya da farklı senaryoları denemek için kullanılabilir, ama dijital ikizin parçası olmak zorunda değildir.
Küçük bir robot hücresi için simülasyon gerekir mi?
Tek robotlu ve geniş alanlı bir hücrede simülasyon kısa tutulabilir. Alan dar, robot sayısı birden fazla ya da çevrim süresi sınırdaysa simülasyon kurulumdan önce mutlaka yapılmalıdır.
