Multi-User 3D Simulationen

20. August 2024

In Bildungseinrichtungen und Ausbildungsstätten im Bereich der Steuerungstechnik arbeiten Lernende entweder mit realen mechatronischen Modellen, großen Lernfabriken oder in 2D- und 3D-Simulationsumgebungen. Dies entspricht dem aktuellen Stand der Technik. Reale Lernfabriken mit mehreren Stationen sind jedoch oft sehr komplex und nicht für alle Lernenden gleichermaßen geeignet. Zudem sprengt eine solche Lernfabrik häufig das Budget vieler Bildungseinrichtungen und Ausbildungsabteilungen.

Vernetzte 3D-Simulationen

Die Mechatronic Simulation Wall (MSW) stellt eine neue Produktkategorie dar, die zwischen einer rein virtuellen Simulationsumgebung und einer realen Lernfabrik angesiedelt ist. Sie besteht aus vier vernetzten Einheiten bzw. Stationen und ermöglicht eine Multi-User 3D-Simulation.

Diese „Simulationswand“ bildet die Steuerungslogik einer realen, physischen Lernfabrik exakt nach: Jede Station wird, wie bei einer realen, physischen Lernfabrik, durch eine separate speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gesteuert und kann eigenständig genutzt werden. Die Hardware der Lernfabrik wird durch vier einzelne 3D-Simulationen ersetzt. Dabei wird für jede Station ein eigener Mini-PC verwendet, der eine erweiterte Version der Software PLC-Lab 3D Player ausführt. Diese Version realisiert den gemeinsamen Materialfluss der Stationen und die Synchronisierung von Eingangs- und Ausgangssignalen, um einen Datenaustausch zwischen den verschiedenen Steuerungsprogrammen zu ermöglichen.

Die Darstellung auf vier großen Bildschirmen erfolgt fast im Maßstab 1:1, was ähnlich beeindruckend ist wie vor sich das reale Modell zu sehen.

Die vier Mini-PCs sind miteinander vernetzt und tauschen Daten in Echtzeit aus. Dies ermöglicht, wie oben beschrieben, einen gemeinsamen Materialfluss zwischen den Stationen: Beispielsweise wird ein Werkstück, das am Ende des Förderbands von Station 1 ankommt, automatisch entfernt und am Anfang des Förderbands von Station 2 eingefügt.

Die MSW setzt sich aus vier Bildschirmen, vier Mini-PCs und vier SPS-Steuerungen zusammen. Durch diesen Aufbau wird eine reale Lernfabrik vollständig digitalisiert, wodurch die Grenze zwischen Simulation und Realität weiter verringert wird.

Eine neue Kategorie: Multi-User 3D Simulation

Durch den Aufbau der MSW werden Multi-User 3D Simulationen realisierbar. Daraus ergeben sich folgende Vorteile und Möglichkeiten:

Schüler können im 1. Schritt die einzelnen Stationen getrennt voneinander programmieren und anschließend simulieren.
Es können sich Teams von Schülern bilden, die zuerst alle 4 Stationen programmieren und simulieren. Bei korrekter Funktion der Einzelstationen können alle Stationen zusammengeschaltet werden. Es kann nun getestet werden, ob die Lernfabrik auch in der Gesamtheit mit einem gemeinsamen Materialfluss funktioniert.
Auftretende Probleme bei der gemeinsamen Simulation (z.B. Materialstau) können gemeinsam besprochen und behoben werden.
Die MSW unterstützt den Datenaustausch der einzelnen Stationen. So können Freigaben programmiert werden, die den Materialstau verhindern.
Befindet sich die MSW in einem großen Klassenraum, können Schüler abwechselnd ihr Programm prüfen, da jede Station durch eine eigene IP-Adresse erreichbar ist.
Die MSW beinhaltet nicht nur eine Lernfabrik mit 4 Stationen, sondern auch kleinere Simulationen von sehr einfach bis komplex, so dass jeder Lernende eine passende 3D-Simulation aufrufen kann.
Jede Station kann unabhängig konfiguriert werden. Beispielsweise eine Station mit einer S7-Steuerung des Typs S7-1200 koppeln und eine andere Station mit einer CODESYS Steuerung verknüpfen.
Die MSW kann auch für den Informatikunterricht verwendet werden: Es ist auch möglich, die Stationen mit der beliebten Python-Programmiersprache zu steuern.
Die MSW bietet 1 große, virtuelle Lernfabrik mit 4 Stationen und weitere mehr als 30 kleinere 3D-Simulationen.
Jeder Kunde der MSW erhält bei Erscheinen von PLC-Lab 3D Studio (2025) eine entsprechende Lizenz, um selbst 3D-Simulationen aus CAD-Dateien zu erstellen.

Verfügbarkeit

Die Mechatronic Simulation Wall ist ab sofort verfügbar. MHJ-Software liefert die Lizenzen zu PLC-Lab 3D Player inkl. der Option MSW. Die Hardware (Bildschirme, Mini-PCs, SPS) kann der Kunde in Eigenregie aufbauen (lassen). Bei der Auswahl und Aufbau der Komponenten steht der kostenlose Support von MHJ-Software zur Verfügung.

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