Anwenderbericht Palfinger

Einstieg in die modellbasierte Softwareentwicklung von Hubarbeitsbühnen mit Hilfe von SimulationX

Welchen Beitrag leistet Systemsimulationssoftware im Entwicklungsprozess für die Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens von Maschinen? Wie unterstützt sie Anwender dabei, anforderungsbezogene Modelle von Hubarbeitsbühnen zu erstellen? 

Aufgabe

Modellbasierte Softwareentwicklung und modellbasierte Tests ohne Prototypeinsatz

Die Funktionalität der Steuergerätesoftware mobiler Arbeitsmaschinen der Palfinger AG wächst und deren Anteil am Entwicklungsprozess nimmt stetig zu. Das Unternehmen ist bestrebt, Tests ihrer Controller-Software von Hubarbeitsbühnen bereits frühzeitig durchzuführen und so die benötigte Anzahl an Prototypen zu reduzieren und die Inbetriebnahme-Zeit an der realen Maschine zuverringern. Das gelingt, indem einzelne Module der Steuergerätesoftware vorab an virtuellen Prototypen schrittweise getestet und in Betrieb genommen werden. Für den Test des späteren Steuergerätes der Hubarbeitsbühne spielen „Hardware in the Loop (HiL)“-Konzepte eine zentrale Rolle.

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Hubarbeitsbühne P-210-BK, Bildquelle: Palfinger AG

Lösung

Aufbau eines HiL-Prüfstandes zur Entwicklung der Steuerungssoftware

Virtuelles Maschinenmodell: Mit SimulationX wird ein virtuelles Modell erstellt, dass den Bewegungsablauf der Hubarbeitsbühne im Raum abbildet. Dafür wird zunächst die Konstruktion der Hubarbeitsbühne strukturell als Mehrkörpersystem (MKS) abgeleitet und in der Simulationssoftware entsprechend umgesetzt. Eingebundene CAD-Daten aus der Konstruktion erleichtern die Modellierung und die Visualisierung des Modells.Die festgelegten Eingangs- und Ausgangsgrößen des Modells gewährleisten die spätere Kopplung an das Steuergerät.

Prüfstand: Der gezeigte HiL-Prüstand besteht aus den Kernelementen Echtzeitplattform (Real-Time-Target) und Host PC. Daran sind das reale Steuergerät und das reale Bedienpult angeschlossen. Auf der Echtzeitplattform (NI VeriStand) werden das virtuelle Maschinenmodell in Echtzeit berechnet und die physikalischen Größen des Modells in Sensorsignale bzw. Aktuatorsignale umgewandelt.

SimulationX unterstützt die Verwendung von NI VeriStand durch einen automatisierten Code-Export mittels Einstellungsassistenten.

Nutzen

Virtuelle Inbetriebnahme von Hubarbeitsbühnen

Der aufgebaute HiL-Prüfstand erlaubt virtuelle Inbetriebnahmen und manuelle Tests der Steuergeräte-Software vor der Fertigstellung eines Prototyps. Handling und Bedienung der Hubarbeitsbühne lassen sich unter Verwendung des Bedienpultes testen. Verfahrgeschwindigkeiten und Reglereinstellungen können optimiert sowie funktionale Tests durchgeführt werden.

Der realisierte Prüfstand kann für weitere verschiedene Hubarbeitsbühnen (bzw. anderen mobilen Arbeitsmaschinen) und Steuergerätevarianten genutzt werden. Dies wird unterstützt durch die Möglichkeit eine schnelle softwareseitige und physische Neukonfiguration der Anschlüsse des Prüfstandes zum Steuergerät durchzuführen. Neben den bereits beschriebenen Effekten lässt sich der HiL-Prüfstand auch als Demonstrator oder Schulungsgerät verwenden. Die Automatisierung der Softwaretests stellt den nächsten Ausbauschritt der Anwendung dar. Dazu zählen sowohl durch den Nutzer vordefinierte Testszenarien als auch automatisch generierte Softwaretests, die eine höhere Testabdeckung ermöglichen. Automatisch erstellte Protokolle und Testreports erleichtern die Kontrolle sowie die Dokumentation der Tests und verkürzen die Zeit bis zur Freigabe der Software.

Mit SimulationX existiert ein Werkzeug, das für alle Bereiche des Softwareentwicklungszyklus Lösungen bietet, MiL- bis HiL-Anwendungen ermöglicht und den Entwickler bei seinen täglichen Aufgaben unterstützt.

Erfolgreiche Anwendungen von Palfinger und Co.

Wie gelingt es den Ingenieuren und Konstrukteuren bei Palfinger, bereits in frühen Entwicklungsstadien Steuergerätesoftware zuverlässig zu programmieren und Funktionen zu testen? Einblicke in das Projekt gibt Ihnen René Noack, [M. Sc.] bei ESI ITI.

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Simulation bei der Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen

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