在过去20年左右的时间里，从机械连接的凸轮和轴到基于伺服的包装机械的转变已经展现出来，给机器制造商带来了无数的好处，更重要的是，在一天结束的时候，机器买家。最重要的是，这种转变带来了机械连接时代无法实现的多功能性和灵活性。
但是，推动这一转变的需求——sku的激增、零售渠道的增加、基于特定人口特征的包装定制——一直在不断加剧，以至于一些包装机械制造商发现，如果他们希望跟上时代的步伐，就需要推出下一个大产品。在WestRock有限公司下一件大事是使用基于模型的系统工程来缩短设计和制造包装机的上市时间。参与其中的两个关键解决方案提供商是达索系统公司股价和博世力士乐．
WestRock是一家总部位于北卡罗来纳州诺克罗斯的公司，由MeadWestvaco和Rock-Tenn于2015年7月合并而成。它是世界上最大的纸张和包装公司之一，年收入140亿美元，在30个国家拥有约39,000名员工。它也是北美纸包装行业唯一一家拥有内部机械制造和服务部门的公司，设计和制造完整的二次包装设备，主要是多重包装和盒装设备。提供超过80种标准和定制配置，一些高度自动化和其他半自动。
西岩全球系统副总裁约翰•帕金斯表示:“在利用伺服驱动器和电机的优势方面，我们与业内任何人一样先进。”“但随着包装格式的种类不断增加，我们的机器设计师达到了一个越来越难以设想和解释所有涉及的格式的地步。我们需要的是一种方法，让我们的机器设计师可以在虚拟环境中犯错，而不是在物理上犯错。这导致我们开始与博世力士乐和达索系统公司合作，朝着模拟机器运行所有这些不同配置的目标努力，这样我们就可以在CAD站上看到问题所在，而不是在我们的工厂地板上建造机器并使其物理崩溃。除了想要预测可能发生的机械干扰外，我们还想更深入地问，你如何确定驱动机器的因素?你如何确保伺服电机、驱动器、齿轮箱和所有其他被驱动的部件都能在这个范围内工作，并且可靠地运行而不会出现故障?”
基于模型的系统工程
该公司所需要的是基于模型的系统工程——其中包装机械，除其他外，可以虚拟地设计和建造，而不是物理地，这要感谢开放和非专有的仿真软件，它使多个利益相关者在建模项目中协作变得容易。幸运的是，博世力士乐(Bosch Rexroth)和达索系统(Dassault systems)已经开始讨论如何实现这种虚拟机设计。他们工作的中心是一种称为Modelica的编程语言，这是一种面向对象的建模语言，用于对包含机械、电气、电子、热、控制或面向过程的子组件的复杂系统进行面向组件的建模。达索系统公司的全球工业设备技术经理Issam Belhaj描述了韦斯特罗克、达索系统公司和博世力士乐如何成为一个三腿机器制造凳的腿。
截至2015年，WestRock是博世力士乐控制组件的买家，包括伺服驱动器、伺服电机、控制器等。同时，博世力士乐(Bosch Rexroth)和达索系统(Dassault systemmes)(建模软件和CAD解决方案的领先供应商)也在独立地探索如何通过Modelica仿真编程语言完成虚拟机设计。博世力士乐已经为他们的产品系列开发了自己的库，他们能够通过IP地址将他们的控制器连接到Modelica。这与我们的方法非常吻合，这取决于能够将硬件连接到我们的软件。当我们和博世力士乐(Bosch Rexroth)在Modelica会议上展示了我们早期的一些合作成果时，WestRock注意到了这一点。所以到2015年底，我们三个人锁定了一个虚拟机设计和调试的目标。
博世力士乐(Bosch Rexroth)在Modelica方面一直处于领先地位，这使他们成为我们的良好合作伙伴。他们已经能够提供他们的电机和驱动器的实际预测曲线。所以当我们把它插入到一个模拟中，我们不仅仅是在看一个理论。如果我需要一定的扭矩，我可以选择力士乐电机和力士乐驱动驱动电机，我可以将这些设备在实际应用中如何工作的具体轮廓，并将这些轮廓放入模拟中。”
Belhaj补充说，博世力士乐的开放式核心工程方法也使他们成为达索系统公司的良好战略合作伙伴。(有关开放核心工程的更多信息，请参见pwgo.to / 2638)通过开放核心接口，力士乐提供了一个软件接口，允许增强对控制核心的访问，提供多种编程语言，并允许将智能设备集成到自动化系统中。Open Core Engineering将以前独立的PLC和IT自动化世界作为广泛的软件工具、功能工具包、开放标准和开放核心接口组合在一起。它涉及机器的整个开发周期，从设计到实现再到生产。
Belhaj表示:“这意味着我们只需将力士乐组件(例如驱动器)拖放到平台Modelica一侧，我们就能自动连接到真正的硬件。”“因为在开放核心工程中，你已经有了所有的IT通信。”
Modelica的关键角色
博世力士乐工业应用技术副总裁Scott Hibbard表示，力士乐和达索系统都充分利用了Modelica促进合作伙伴之间合作的方式。“Modelica是一种编程语言，尽管称之为‘建模语言’更准确，”Hibbard说。“它是专门为机械和电气系统建模而设计的。它提供了一种结构，以一种语言定义设备(例如伺服器)的所有机电特性，这种语言可以被许多支持Modelica的产品读取或写入。达索系统3DS EXPERIENCE平台有一个Modelica前端，所以它可以读/写Modelica兼容的代码。博世力士乐采用了我们的驱动器和电机的所有性能特征，并在Modelica中对其进行了编程，这是达索系统的3DS EXPERIENCE平台可以读取的。但更简洁的是，我们更进一步，使用我们的开放核心接口，使控件本身与modelica兼容。这允许控制从“现实世界”切换-寻找开关输入，命令真实的伺服驱动器等-并将所有这些都路由到支持Modelica的虚拟机。虚拟机是用达索系统的CATIA CAD程序编写的CAD模型。因此，“真实的”程序是在博世力士乐运动控制系统中运行的，但它没有与现实世界连接，而是将其输入和输出路由到达索系统公司的3DS EXPERIENCE平台的网络连接上，由于Modelica的紧密集成，该平台的行为就像真实的机器一样。 This allows not just proving out the dynamics of the motors and drives, but proving out the whole system, including motion program, inputs and outputs, etc.”
所以韦斯特罗克公司所能做的就是在达索系统仿真软件中设计一个完整的机器。但它是一台虚拟机，韦斯特罗克的珀金斯说。珀金斯说:“我们可以通过模拟来确保零件不会坠毁，确保零件的尺寸合适。”“在我们制造机器之前，这一切都是在电子模拟中完成的。这有多大的不同啊。而不是事后才发现机器出了问题，我们可以确定我们的虚拟机是否有问题，并在制造真正的机器之前纠正它。”
Hibbard强调，认识到在达索系统的3DS和博世力士乐的控制中创建的模型是用于构建和运行机器的同一组CAD图纸和相同的机器程序是多么重要。“这一突破的一个重要方面是，真实的机器设计被用于模拟。许多机器建模的尝试都因为压倒性的双重工作而失败，你设计一个虚拟模型，然后你看到它工作，然后你设计一个真正的机器。通过使用实际的CAD文件，实际的控制程序等，您消除了这种双重工作。指出这一点非常重要。”
WestRock所做的就是从一个连续的机器设计过程转变为一个协调协作的过程。在过去，机械工程会根据需要来建造。然后他们会把它交给电气工程来布线。最后，它将交给软件工程进行编程。这种孤立的、顺序的过程本质上是低效的。现在取而代之的是一个跨多个维度同时协作的过程。所有三个工程小组一起协调机器的设计。
Belhaj说:“三个工程小组中的每一个都将他们负责设计机器的部件的行为输入Modelica仿真程序。”“因此，随着项目的进行，你会立即看到机械、电气和软件这三个学科对正在建造的机器的影响。”
珀金斯说:“它甚至超越了包装机本身，包括在机器上运行的纸板多包装。”“记住，这些都是高速机器。了解这种纸板材料的实际表现是至关重要的。”
达索系统公司的Belhaj表示，这种涵盖整个WestRock价值链的能力非常重要。贝尔哈吉说:“从纸板二次包装的设计到二次包装中主要包装的运输，一直到购物者在商店的体验，我们模拟了整个过程。”“我们没有看到任何有竞争力的方法以这种方式全面。它们往往是孤立的，一个供应商将模拟包装设计，另一个供应商将模拟机器设计，另一个供应商将模拟分销和运输现实，等等。我们在基于单一数据库的同一平台内完成所有这些工作。这意味着我们的客户不必一次又一次地在不同的软件中构建，并使用它们之间的接口。”
珀金斯喜欢这种方式，它解放了韦斯特罗克的机器设计师。他说:“这是一个很棒的工具，可以让他们确保他们正在制作的设计符合目的。”
博世力士乐的希巴德是这样总结的。“让像素崩溃比让金属崩溃要好得多。”
