Tăng cường chất lượng của phần mềm điều khiển với vận hành ảo

Vận hành ảo là gì?

Đưa vào vận hành, thông thường là bước cuối cùng trong quy trình kỹ thuật, có thể mất tới 15-20% tổng thời gian của một dự án hệ thống tự động hóa. Sự thật là gần 2/3 thời gian dành cho việc đưa vào vận hành được sử dụng để sửa lỗi phần mềm *, vì phần mềm điều khiển thường chỉ thực hiện kiểm tra tương thích toàn bộ sau khi tất cả phần cứng đã được mua và lắp ráp.

Bởi vì việc vận hành thường được thực hiện trong những deadline gần như không thể đáp ứng, sự phát triển của phần mềm điều khiển thường bị vội vã, ngay cả khi gỡ lỗi cho nó ở giai đoạn này có thể gây ra thiệt hại về phần cứng. Giải quyết những vấn đề sớm hơn trong quá trình này có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức, do đó có thể được chi phí cho tối ưu hóa hoặc hoàn thành dự án sớm hơn.

Việc đưa vào vận hành ảo giúp cung cấp giải pháp để di chuyển một phần đáng kể các nhiệm vụ vận hành đến giai đoạn trước của dự án, tránh xa giai đoạn nguy hiểm. Trong vận hành ảo, một mô hình mô phỏng của hệ thống được tạo ra để thay thế cho nhà máy thực. Nhà máy ảo sau đó được kết nối với hệ thống kiểm soát thực để mô phỏng, có thể được sử dụng đồng thời với việc mua sắm và lắp ráp để đồng bộ thiết kế và kiểm tra hệ thống kiểm soát. Điều này cho phép phát hiện lỗi nhanh hơn.

virtual_commissioning_workflow-1

Hình 1: Dự án Cơ khí có và không có vận hành thử.

“Việc đưa vào vận hành ảo giúp cung cấp giải pháp để di chuyển một phần đáng kể các nhiệm vụ vận hành đến giai đoạn trước của dự án, tránh xa giai đoạn nguy hiểm”

Bạn cũng có thể áp dụng vận hành ảo tới một hệ thống phụ, chẳng hạn như một ô làm việc hoặc một máy đơn tại một thời điểm, bất kể phù hợp với trường hợp sử dụng nào. Máy móc mô phỏng và thực cũng có thể được sử dụng song song (một phương pháp được gọi là thử nghiệm lai), cho phép quá trình chuyển từ ảo sang thực tế từ từ.

Mô phỏng tương tác với đầu ra của hệ thống điều khiển và cung cấp đầu vào mô phỏng giống như hệ thống thực. Điều này cho phép các kỹ sư hoặc thậm chí cả khách hàng nhìn thấy hệ thống thực sự hoạt động như thế nào thông qua hình ảnh 3D tương tác chứ không chỉ là các biến trong các chương trình điều khiển. So với các thử nghiệm ban đầu của phần mềm điều khiển, sự tương tác trực quan là một lợi thế lớn, vì các thử nghiệm như vậy thường chỉ được thực hiện bằng mã hoặc tự đặt đầu vào hoặc đầu ra theo sự hiểu biết của người lập trình về máy móc. Ngoài ra, các bài kiểm tra khó thực hiện hoặc thậm chí không thể thực hiện mà không gây nguy hiểm cho máy móc hoặc nhân viên có thể được thực hiện trong mô phỏng, dẫn đến chất lượng phần mềm tốt hơn và, quan trọng nhất, tăng khả năng an toàn.

Lợi ích của việc vận hành ảo

Có rất nhiều lợi ích khi sử dụng vận hành ảo trong toàn bộ quá trình kỹ thuật: tổng thời gian kỹ thuật và mẫu thử phí phạm được giảm, sai sót ít tốn kém hơn vì chúng được phát hiện sớm hơn và chất lượng phần mềm tăng lên rất nhiều. Ví dụ, trong một nghiên cứu thực địa được thực hiện với một hệ thống điều khiển PLC nhỏ với 17 cảm biến và 10 mẫu thử (các thành phần hoạt động), việc đưa vào vận hành ảo đã làm tăng chất lượng (được xác định là đáp ứng yêu cầu) từ 37% lên 84% thời gian vận hành thực tế 75% và tổng thời gian đưa ra thị trường khoảng 15% **.

Bằng cách tạo ra các hình ảnh ảo hóa của hệ thống đã đề cập trong giai đoạn công bố sản phẩm, và sau đó xây dựng mô hình mô phỏng toàn diện hơn trong quá trình thiết kế, bạn cũng có thể đạt được sự hợp tác lớn hơn giữa các nhóm kỹ thuật và các bên liên quan dự án đơn giản bởi vì một mô phỏng 3D tương tác truyền đạt ý tưởng và hành vi tốt hơn nhiều so với một chồng các tài liệu thiết kế. Điều này sẽ giúp làm giảm sự truyền đạt sai các mục tiêu thiết kế, hành vi hệ thống mong muốn và yêu cầu thông tin giữa các đội kỹ sư cũng như khách hàng.

Vận hành ảo và phần mềm mô phỏng

Vận hành ảo đặt các yêu cầu lớn đối với phần mềm mô phỏng. Nó cần hỗ trợ mô phỏng chính xác của một loạt các hệ thống, từ cảm biến đơn giản đến các hệ thống chuyển tải, ứng dụng robot và điều khiển các cơ sở sản xuất theo MES. Hơn nữa, thời gian dành cho việc tạo mô hình mô phỏng cần phải càng ít càng tốt để đạt được mục tiêu giảm nỗ lực kỹ thuật tổng thể. Điều này đòi hỏi một gói phần mềm dễ sử dụng và cho phép các kỹ sư của bạn sử dụng kiến thức và kỹ năng hiện có của họ. Các sản phẩm mô phỏng sản xuất 3D của Visual Components đã được tạo ra để làm điều đó.

Mô hình cần phải mô phỏng chính xác hành vi của hệ thống thực, nhưng một điều cũng rất quan trọng rằng cùng một hệ thống điều khiển chính xác và phần mềm điều khiển tương tự có thể được sử dụng với cả mô phỏng và hệ thống tự động hóa thực. Trong thực tế, điều này có nghĩa là cùng một phần PLC hoặc bộ điều khiển robot hoặc phần mềm được chọn cho hệ thống thực cũng phải được sử dụng để vận hành ảo.

Tuy nhiên, nên tránh bất kỳ thay đổi nào đối với phần mềm điều khiển để các kỹ sư tự động hóa có thể sử dụng bộ điều khiển quen thuộc, phần mềm liên quan và quy trình phát triển để phát triển phần mềm điều khiển, và sau đó có thể kết nối nó với mô phỏng động cơ.

Nguồn:

* Liu Z, Diedrich C, Suchold N. Virtual Commissioning of Automated Systems [Internet]. INTECH Open Access Publisher; 2012 [cited 2015 Jul 13].

** Reinhart G, Wünsch G. Economic application of virtual commissioning to mechatronic production systems. Prod Eng. 2007 Nov 8;1(4):371–9