Definition und Zweck:
Simulation ist der Prozess der virtuellen Nachbildung des Verhaltens eines realen Systems, Prozesses oder einer Maschine mithilfe eines Computermodells. Das Hauptziel der Simulation ist es, das Verhalten des Systems zu analysieren, zu testen, zu optimieren und vorherzusagen, ohne dass das physische System existieren oder in Betrieb sein muss.
In der Automatisierungstechnik ist die Simulation ein unverzichtbares Werkzeug, um die Entwicklungsprozesse zu beschleunigen, Fehler frühzeitig zu erkennen, Risiken zu minimieren und die Kosten zu senken.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
- SPS-Programmtest: Das SPS-Programm kann in einer virtuellen Umgebung getestet werden, bevor es auf die reale Hardware geladen wird. Dies kann von einfacher Software-in-the-Loop (SiL) bis zu komplexen Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulationen reichen.
- Virtuelle Inbetriebnahme (Virtual Commissioning): Die gesamte Anlage (Mechanik, Sensoren, Aktoren) wird als virtuelles Modell nachgebildet und mit dem realen oder simulierten SPS-Code verbunden. Dies ermöglicht umfangreiche Tests der Automatisierungssoftware und des Prozessablaufs.
- Prozesssimulation: Simulation des Verhaltens von verfahrenstechnischen Prozessen (z.B. Temperaturverläufe, Strömungen, chemische Reaktionen), um Prozessparameter zu optimieren oder das Verhalten bei Störungen zu analysieren.
- Robotik-Simulation: Planung, Programmierung und Optimierung von Roboterzellen und Bewegungsabläufen in einer virtuellen 3D-Umgebung.
- Systemdesign: Analyse und Optimierung des Systemdesigns (z.B. Schaltschrankkühlung, Antriebsstrangauslegung).
- Fehleranalyse: Rekonstruktion und Analyse von Fehlern in einer simulierten Umgebung.
- Schulung und Training: Realistische Simulationsumgebung für die Schulung von Bedienern und Wartungspersonal.
Vorteile von Simulation:
- Fehlerreduzierung: Fehler werden früher im Entwicklungsprozess erkannt, was die Kosten für deren Behebung drastisch reduziert.
- Zeitersparnis: Beschleunigung des Entwicklungs- und Inbetriebnahme-Prozesses.
- Kostenersparnis: Reduzierung von Prototypenbau, Reisen und Nachbesserungen.
- Risikominimierung: Tests in einer sicheren, virtuellen Umgebung.
- Qualitätsverbesserung: Gründlichere Tests führen zu höherer Software- und Systemqualität.
Softwaretools wie Siemens SIMIT Simulation, Beckhoff TwinCAT Simulation Manager, MATLAB/Simulink und Roboter-Simulationssoftware (ROBOGUIDE, KUKA.Sim) sind zentrale Werkzeuge für die Simulation in der Automatisierung.
→ Siehe auch: Virtual Commissioning, Digitaler Zwilling, Model-Based Design, MATLAB/Simulink, SIMIT Simulation, Robotik
