1 Uvod
Z uveljavljanjem koncepta Tovarna 4.0 prihaja do
pomembnih sprememb v podjetjih na vseh ravneh
poslovanja [1]. Nov koncept med drugim poudarja
močno povezavo med fizičnim in navideznim sve-
tom [2]. S prepletanjem fizičnega in navideznega
sveta inženirji in programerji laže spremljajo, načrtu-
jejo, programirajo in preverjajo pravilnost delovanja
sistemov [3], [4]. Pri tem igrajo pomembno vlogo
verno modeliranje in simulacije, ki omogočajo hitro
Prejet 11. junij, 2018
Odobren 13. avgust, 2018
in cenovno ugodno preverjanje različnih scenarijev
in iskanje najboljših rešitev [5], [6]. Navidezna učna
okolja so pomembna za pridobivanje novih znanj in
veščin, ki se v konceptu Tovarne 4.0 pričakujejo od
zaposlenih [7]. Sistemi za vizualizacijo in simulacijo
so v številnih panogah nepogrešljivi učni pripomoček
pri izobraževanju inženirjev [8], [9].
Na trgu je na voljo veliko komercialnih rešitev za
simulacijo in upodabljanje krmiljenih naprav v 3-D
okolju ter za navidezni zagon, na primer Emulate
3D [10], Factory I/O [11], Siemens PLM [12] in
Virtual Universe Pro [13]. Vse te rešitve uporabniku
ponujajo delo v 3-D okolju in vključujejo uporabo
naprav in komponent znanih izdelovalcev, možnost
vključevanja lastnih modelov naprav, simulacije pro-
cesov in podobno.
Kot alternativa uporabi plačljivih rešitev se ponuja
izdelava lastne rešitve, ki je lahko bolj prilagojena
potrebam končnih uporabnikov. Pomembne naloge
modeliranja in simulacije sistemov so: upodablja-
nje v 3-D prostoru, simulacija fizikalnih procesov,
zaznavanje trkov, animacija navideznega modela in
interakcija z uporabnikom. Vse te naloge se izva-
jajo tudi v računalniških igrah. Za njihov razvoj
je na voljo precej prosto dostopnih orodij oziroma
igralnih pogonov, ki poskrbijo za naštete naloge, so
dobro dokumentirani in imajo močno podporo raz-
vijalske skupnosti [14], kot denimo CryEngine [15],
Torque [16], Unity [17] in Unreal Engine [18]. Ta
orodja so dobra osnova tudi za razvoj resnih iger
(ang. serious games), ki so namenjene izobraževanju
178 ILC, LOTRIČ
Slika 1: Učne naprave Fischertechnik (od leve proti desni): pnevmatski sistem, proizvodnja linija in robotska roka
inženirjev s pomočjo simulacij v navideznih oko-
ljih [19].
Za številna podjetja je pri sprejemanju novih indu-
strijskih smernic velika težava pomanjkanje ustrezno
izobraženih kadrov [20]. Na področju avtomatiza-
cije postajajo znanja o mrežah, varnosti, razvoju
programske opreme, ravnanju s podatki in analizi
podatkov nepogrešljiva. Študenti na Fakulteti za
računalništvo in informatiko Univerze v Ljubljani
številna od navedenih znanj pridobijo med študijem.
Da bi bili laže kos izzivom, ki jih prinašajo novi kon-
cepti poslovanja, jim želimo s predmetom Procesna
avtomatika približati svet industrijskih krmilnikov in
jim predstaviti možnosti za uspešno integracijo z viš-
jimi sistemi vodenja, kot so proizvodni in poslovni in-
formacijski sistemi. Študenti na laboratorijskih vajah
uporabljajo učne sisteme, ki pa so jim na voljo samo
dve uri na teden. Za kakovostno izvedbo projektne
naloge morajo kar nekaj dela opraviti tudi doma.
Da bi študentom omogočili učinkovito delo tudi
zunaj laboratorijskih vaj, hkrati pa jih pripravili na
delo z navideznimi sistemi po študiju, smo se odločili
razviti lasten simulator učnih sistemov. Simulator
FTsim temelji na igralnem pogonu Unity in ponuja
učinkovito predstavitev učnih naprav podjetja Fi-
schertechnik [21], prek emulatorja S7-PLCSIM [22]
pa se integrira v Siemensovo razvojno okolje TIA
portal. Simulator ne vključuje vseh funkcionalnosti
komercialnih rešitev, vsekakor pa je brezplačna al-
ternativa in je lahko dobro izhodišče za nadgradnjo
v kompleksnejši simulacijski sistem.
V nadaljevanju je v 2. poglavju predstavljen fizični
učni sistem s prednostmi in omejitvami. V 3. po-
glavju sta opisana zgradba in delovanje simulatorja
FTsim, v 4. poglavju pa je podana analiza odzivov
študentov pri delu s simulatorjem. Nazadnje so v
5. poglavju strnjene glavne ugotovitve in nanizane
možnosti za nadaljnji razvoj simulacijskega sistema.
2 Učni sistem
Učni sistem je sestavljen iz učne naprave, sestavljene
iz kock Fischertechnik, in krmilne enote. Študenti
imajo na voljo tri tipe učnih naprav, predstavljenih
na sliki 1:
• pnevmatski sistem z vrtljivo mizo, obdelovalnim
strojem, pnevmatskimi valji in transportnim
trakom,
• proizvodno linijo z dvema obdelovalnima stro-
jema, transportnimi trakovi in prekladalcema in
• robotsko roko s štirimi prostostnimi stopnjami.
Učne naprave so opremljene z mehanskimi in svetlob-
nimi tipali, optičnimi dajalniki, enosmernimi motorji
in pnevmatskimi valji.
Slika 2: Krmilna enota s krmilnikom Siemens S7-315
Učne naprave prek ploščatega kabla priklopimo na
krmilno enoto, ki jo vidimo na sliki 2. Krmilno enoto
sestavljajo: industrijski krmilnik Siemens serije S7-
300 s 16 digitalnimi vhodi in 16 digitalnimi izhodi,
nekaj mehanskih tipk, ključ in signalne lučke.
Za programiranje učnega sistema uporabljamo ra-
zvojno okolje Simenes TIA portal. Vanj je vključen
emulator S7-PLCSIM, prikazan na sliki 3, ki z nekaj
IZDELAVA SIMULATORJA UČNEGA SISTEMA S PROSTO DOSTOPNIMI ORODJI 179
omejitvami dobro emulira Siemensove industrijske
krmilnike. Uporabniški vmesnik emulatorja je precej
preprost – dovoljuje opazovanje in spreminjanje vho-
dov, izhodov, pomnilniških bitov in nekaterih dru-
gih podatkovnih struktur. Čeprav lahko posnamemo
zaporedje več dogodkov, simulacija kompleksnejših
sistemov hitro postane težko obvladljiva.
Slika 3: Okno emulatorja krmilnikov Siemens S7-
PLCSIM
Delo s fizičnim učnim sistemom je velika motiva-
cija za študente, saj so ob uspešni izvedbi nalog do-
datno stimulirani z dejanskim premikanjem naprav.
Na žalost je organizirano delo z učnim sistemom
omejeno na dve šolski uri tedensko, pri čemer pripra-
vljanje in pospravljanje sistema vzame približno če-
trt ure. Niso vse naloge strogo vezane ne učni sistem,
na primer izdelava nadzornega sistema, povezovanje
z višjimi sistemi vodenja prek OPC [23], in jih lahko
izvedejo tudi z emulatorjem industrijskih krmilnikov
S7-PLCSIM. Ker ta ne vključuje vizualizacije kr-
miljene naprave, si mora študent delovanje naprave
dobro predstavljati v mislih, kar poveča verjetnost
napak, poleg tega je hkratno delo na različnih mestih
naprave zaradi ročnega proženja dogodkov naporno
iz zamudno.
3 Simulator učnih sistemov FTsim
Za upodobitev učnih naprav Fischertechnik v navi-
deznem 3-D okolju in razvoj simulacijskega modela
učnih sistemov smo izbrali razvojno ogrodje Unity,
ki poleg zmogljivega igralnega pogona vključuje tudi
grafični urejevalnik navideznega sveta, nadzor obna-
šanja navideznega modela prek skript in je brezpla-
čen za nekomercialno uporabo.
Simulator FTsim je zgrajen iz treh večjih modulov
in se v celotno uporabniško okolje vključuje, kot pri-
kazuje slika 4. Uporabnik razvija krmilniški program
v orodju TIA portal, v katerega je integriran emula-
tor industrijskih krmilnikov S7-PLCSIM. Emulirane
vhode, izhode in druge podatkovne strukture krmil-
nika beremo ali pišemo prek programskega vmesnika
S7ProSim. Unity podpira pisanje lastne programske
kode v jeziku JavaScript ali C#. Ta omogoča vklju-
čitev drugih dinamičnih knjižnic v kodo projekta,
zato smo ga uporabili za izvedbo osrednjega modula
simulatorja – jedra. Ta določa pravila obnašanja
navideznega modela glede na izhode iz emulatorja, s
katerimi krmilimo izvršne člene na napravi. Po drugi
strani simulacija učne naprave posreduje podatke o
tipalih, ki se zapisujejo na emulirane vhode krmil-
nika. Igralni pogon Unity poskrbi za izris modela v
3-D okolju, upravlja uporabniški vmesnik in simulira
fizikalne procese. Z orodji, ki jih ponuja igralni pogon
Unity, lahko dobro simuliramo procese brez natanč-
nega poznavanja fizikalnih enačb, kar nam močno
olajša postavitev modela procesa.
Slika 4: Zgradba simulatorja FTsim in njegova interakcija
z okoljem
3.1 Modeliranje učnih naprav
Naš cilj ni bil visokorealistična upodobitev fizičnih
učnih naprav, temveč preprosta in hkrati učinko-
vita predstavitev njihovih osnovnih gradnikov, kot
je videti na slikah 5, 6 in 7. Dimenzijska razmerja
in hitrost animacij posameznih funkcijskih sklopov
navidezne naprave so enake tistim iz fizičnega sveta.
Tako je denimo čas potovanja obdelovanca, ki je
na slikah prikazan kot svetel valj, po transportnem
traku enak v obeh svetovih.
Modele učnih naprav smo izdelali iz osnovnih teles,
ki so na voljo v urejevalniku navideznih svetov orodja
Unity: kocka, valj in krogla. Z izjemo teksture za
transportni trak smo preostale površine prekrili s
homogenimi barvami, kar daje občutek, da gre za
model igrače. Uporabili smo fizikalni model, ki ga po-
nuja igralni pogon, in navideznim objektom nastavili
maso ter definirali različne materiale, ki se med sabo
ločijo po prožnosti in koeficientu trenja. Transportni
trak smo zaradi preprostosti modelirali kot statično
površino z animirano teksturo. Na obdelovance, ki
se je dotikajo, deluje s silo v smeri, ki je ustrezna
smeri vrtenja motorja. Pnevmatski valj, ki je del
naprave pnevmatski sistem, potiska obdelovance na
vrtljivo mizo in z nje. Predstavili smo ga kot togo
telo, palico, na katero ob želenem premiku delujemo
s silo in jo s tem premaknemo. Podobno delujeta
tudi prekladalca v modelu proizvodne linije z dvema
obdelovalnima strojema – na sliki 5 je zgoraj levo
180 ILC, LOTRIČ
Slika 5: Upodobitev proizvodne linije z dvema obdelovalnima napravama v simulatorju FTSim
Slika 6: Model pnevmatskega sistema v simulatorju FT-
sim
viden trenutek, ko levi prekladalec potiska obdelova-
nec iz prvega na drugi transportni trak. Obdelovalna
stroja, brusilnik in vrtalnik, smo upodobili kot vrteča
se kvadra, vpeta na nosilno konstrukcijo. Učno na-
pravo robotska roka smo abstrahirali s pokončnim
in prečnim nosilcem v obliki kvadra; na slednjega je
z ene strani pripeta nosilna konstrukcija prijemala.
Navpični nosilec se vrti okoli pravokotnice na pod-
lago, prečni nosilec pa se premika navzgor in navzdol
oziroma naprej in nazaj v vodoravni smeri. Prijemalo
Slika 7: Model robotske roke v simulatorju FTsim
robotske roke je modelirano z dvema kvadroma na
koncu držala v obliki črke L, kar je vidno na sliki 9.
Ko je aktiven izhod za premik motorja prijemala, se
kvadra drug drugemu približujeta oziroma se drug
od drugega oddaljujeta.
Za modeliranje tipal smo uporabili delno prosojne
kvadre, skozi katere lahko drugi objekti prosto po-
tujejo, in na njih omogočili zaznavo trkov – tako
smo dobili na dotik občutljivo zaznavno ploščo.
Mehansko tipalo je predstavljeno z eno zaznavno
ploščo. Ko se obdelovanec nahaja v telesu plošče, je
IZDELAVA SIMULATORJA UČNEGA SISTEMA S PROSTO DOSTOPNIMI ORODJI 181
tipalo aktivno. Takrat na ustrezen vhod emulatorja
pošiljamo logično enico, drugače ničlo. Svetlobno
tipalo je modelirano z dvema zaznavnima ploščama,
kar prikazuje slika 8. Na levi strani slike vidimo
obe zaznavni plošči in obdelovanec, ki se ne dotika
nobene od plošč: svetlobni žarek ni prekinjen in na
ustrezen vhod emulatorja zapišemo logično enico.
Šele ko se obdelovanec dotika obeh zaznavnih plošč
hkrati, kot je vidno na desni strani slike, je svetlobni
žarek popolnoma prekinjen in na ustrezen vhod na
emulatorju zapišemo logično ničlo. Sprva smo sve-
tlobno tipalo modelirali z eno samo zaznavno ploščo,
ki pa ni zadovoljivo posnemala obnašanja svetlob-
nega snopa iz resničnega sveta, kar se je izrazilo kot
ustavljanje obdelovancev pod obdelovalnimi stroji na
neustreznih mestih.
Položaj posamezne osi robotske roke v primeru
fizične učne naprave določamo na podlagi štetja pri-
tiskov na posebno mehansko tipalo, nameščeno poleg
motorja, na katerega periodično pritiska zobato kolo,
ki je vpeto na os motorja. Obstaja tudi novejša raz-
ličica robotske roke, ki ima vgrajen optični dajalnik
impulzov v dva izmed motorjev, kar se odraža v
natančnejšem določanju obratov motorja in s tem
položaja robotske roke v navpični in radialni smeri.
Obe izvedenki smo modelirali na enak način: ko se
neka os robotske roke premika v eno ali drugo smer, v
določenem časovnem razmiku za kratko obdobje ak-
tiviramo pripadajoči krmilni vhod, ki je v resničnem
svetu vezan na mehansko stikalo. Tako dobimo signal
v obliki kratkih pulzov. Pri optičnem dajalniku je
razlika samo ta, da je teh pulzov na časovno enoto
približno stokrat več.
Slika 8: Izvedba svetlobnega tipala: (levo) obdelovanec
pred tipalom in (desno) obdelovanec prekine svetlobni
žarek z dotikom obeh zaznavnih plošč
Posebno pozornost smo namenili opozarjanju upo-
rabnika na stanja in premike navideznega modela,
ki bi v resničnem svetu lahko povzročili mehanske
poškodbe učne naprave. Prekladalca imata vsak po
en par mehanskih tipal, ki se sprožita ob dose-
ženi skrajni legi. Če programer tega ne upošteva in
potisne prekladalec čez to mejo, kar razberemo iz
trenutnega položaja potisne plošče, se prikaže opo-
zorilo v obliki rotacijske luči z znakom za nevarnost.
Podobno so mehanska tipala nameščena na skrajni
legi vsake izmed štirih osi gibanja robotske roke. Na
levi strani slike 9 vidimo prijemalo robotske roke.
Svetlejši kvader na desni strani prijemala je nosilec
mehanskega tipala, ki se sproži, ko se prijemalo odpre
do največje dovoljene mere. Če se motor, ki premika
prijemalo, kljub temu ne ustavi, se sproži opozorilo,
kot prikazuje desna stran slike 9. V smeri zapiranja
prijemala pa je zgodba drugačna – tu ni mehanskega
tipala, temveč moramo na položaj prijemala sklepati
s pomočjo optičnega dajalnika oziroma pritiskov na
mehansko stikalo, kot smo že omenili. Če se prije-
malo zapre do skrajnosti, tako da se prijemalni plošči
stakneta, in se motor še vedno ne ustavi, lahko pride
pri fizični napravi do trajne poškodbe mehanizma
motorja. Zato tudi v tem primeru uporabniku prika-
žemo opozorilo.
Slika 9: Prijemalo robotske roke: (desno) prijemalo je v
vmesni, dovoljeni legi; (levo) prijemalni plošči sta skle-
njeni in ker se motor za zapiranje prijemala ni ustavil,
prikažemo opozorilo
3.2 Upravljanje simulatorja
Ko uporabnik naloži svojo programsko kodo na
emulirani krmilnik S7-PLCSIM, lahko odzive pro-
grama preizkuša v oknu simulatorja FTsim. Za to
skrbi uporabniški vmesnik, ki je prikazan na sliki 5.
V zgornjem levem kotu je za vsako tipalo na voljo
spustni seznam. Z njim lahko neko tipalo postavimo
v aktivno ali neaktivno stanje. Tako je olajšano pre-
izkušanje robnih primerov in proženje alarmov. Pod
spustnimi meniji je še nekaj gumbov za spreminjanje
zornega kota kamere in priklic navodil za upravljanje
simulatorja. Premikanje kamere v vseh smereh je
mogoče z miško.
V zgornjem desnem kotu okna simulatorja je kr-
milna plošča, ki oponaša videz in delovanje mehan-
skih tipk, ključa in signalnih lučk s krmilne enote,
prikazane na sliki 2. Stanje ključa in mehanskih tipk
spreminjamo bodisi z miško bodisi s tipkovnico. Pod
tipkami je gumb za dodajanje novega obdelovanca
na začetno pozicijo in gumb za odstranitev najsta-
rejšega obdelovanca. Pri proizvodni liniji z dvema
obdelovanima strojema in pnevmatskem sistemu je
začetna pozicija vnaprej določena: svetlobno tipalo
levo spodaj na sliki 5 oziroma posebna vhodna enota
skrajno levo na sliki 6. Navidezni model robotske
182 ILC, LOTRIČ
roke pa dovoljuje uporabniku, da si sam izbere
mesto, kjer se pojavijo novi obdelovanci – to je
posebna polprosojna ploščad, vidna v sredini spodaj
na sliki 7, ki jo premikamo s smernimi tipkami na
tipkovnici. Uporabniku je v vsakem trenutku na voljo
ponastavitev simulatorja v začetno stanje s pritiskom
na gumb pod signalnimi lučkami.
4 Odziv študentov
Simulator FTsim smo razvili, da bi študentom pri
predmetu Procesna avtomatika olajšali delo na pro-
jektni nalogi. V okviru projektne naloge, ki jo delajo
delno na laboratorijskih vajah in delno doma, štu-
denti avtomatizirajo učno napravo in jo povežejo z
drugimi sistemi vodenja – pripravijo nadzorni sistem,
povežejo več učnih sistemov v usklajeno celoto ali
pa učni sistem z uporabo protokola OPC povežejo z
lastnim programom za osebni računalnik. Med štu-
denti smo v šolskem letu 2017/2018 izvedli anketo, s
katero smo želeli ovrednotiti uporabnost in sprejetje
simulatorja FTsim.
Vprašalnik je v celoti izpolnilo 23 študentov. Se-
stavljen je bil iz petih vprašanj z odgovori na štiri-
stopenjski lestvici in enega vprašanja odprtega tipa:
1) Kolikšno je približno razmerje med časom, ko
ste delali s fizičnimi učnimi napravami in ča-
som, ko ste uporabljali simulator FTsim? Mo-
goči odgovori: skoraj izključno sem uporabljal
FTsim, FTsim sem uporabljal bistveno več
časa kot fizično napravo, fizično napravo sem
uporabljal bistveno več časa kot FTsim, nisem
uporabljal FTsim.
2) Kako ste na splošno zadovoljni s simulatorjem
FTsim? Mogoči odgovori: zelo nezadovoljen,
nezadovoljen, zadovoljen, zelo zadovoljen.
3) Kako dobro simulator posnema učno napravo, s
katero ste delali? Mogoči odgovori: zelo slabo,
slabo, dobro, zelo dobro.
4) Ocenite stabilnost in zanesljivost delovanja si-
mulatorja (hrošči, sesutja ipd.). Mogoči odgo-
vori: zelo nezanesljivo, nezanesljivo, zanesljivo,
zelo zanesljivo.
5) V kolikšni meri se strinjate s trditvijo: “Upo-
raba simulatorja FTsim je pripomogla k temu,
da sem izdelal bolj dovršen projekt, kot bi ga
sicer.”? Mogoči odgovori: zelo se ne strinjam,
se ne strinjam, se strinjam, zelo se strinjam.
6) Neobvezno odprto vprašanje za dodatna poja-
snila in druga sporočila.
V okviru laboratorijskih vaj so študenti svobodno
razpolagali s časom, ki so ga namenili delu s simula-
torjem. Dostop do fizičnih učnih naprav je bil omejen
na dve uri tedensko. Odgovori na 1. vprašanje, ki
jih prikazuje slika 10, kažejo na to, da so študenti,
z izjemo petih, bistveno več časa namenili delu s
simulatorjem, kar potrjuje domnevo, da je bilo precej
projektnega dela treba opraviti zunaj laboratorijskih
vaj. Iz tega lahko sklepamo, da je simulator opravil
svoje poslanstvo in zadovoljivo nadomestil fizične
učne naprave.
1
4
16
2
Nisem uporabljal FTsim.
Fizično napravo sem uporabljal
bistveno več časa kot FTsim.
FTsim sem uporabljal bistveno
več časa kot fizično napravo.
Skoraj izključno sem
uporabljal FTsim.
Slika 10: Odgovori na 1. vprašanje: “Kolikšno je približno
razmerje med časom, ko ste delali s fizičnimi učnimi na-
pravami, in časom, ko ste uporabljali simulator FTsim?”
Histogram na sliki 11 prikazuje porazdelitev od-
govorov na 2. vprašanje, ki je preverjalo splošen vtis
ob uporabi simulatorja FTsim. Vsi anketiranci so bili
zadovoljni ali zelo zadovoljni z izdelkom.
8
14
0 0
zelo
nezadovoljen
nezadovoljen zadovoljen zelo
zadovoljen
Slika 11: Odgovori na 2. vprašanje: “Kako ste na splošno
zadovoljni s simulatorjem FTsim?”
Graf na sliki 12 prikazuje odgovore na 3. vpra-
šanje, in kot je videti, so vsi študenti mnenili, da
simulator dobro oziroma zelo dobro posnema fizične
učne naprave. Večina odgovorov je bila sicer “dobro”,
kar pomeni, da je v tem pogledu še nekaj prostora za
izboljšave. Nekaj konstruktivnih predlogov so nam
študenti zaupali v odgovorih na zadnje vprašanje,
kjer so tudi komentirali nedoslednosti navideznega
modela v primerjavi s fizično napravo: padanje obde-
lovancev s transportnih trakov v primeru neporavna-
nosti s prekladalcem, napačne dolžine transportnih
trakov, neustrezna izvedba svetlobnega tipala z eno
samo zaznavno ploščo, nenavadno poskakovanje ob-
delovancev zaradi napačno postavljenih parametrov
fizikalnega modela, občasno zatikanje pnevmatskih
IZDELAVA SIMULATORJA UČNEGA SISTEMA S PROSTO DOSTOPNIMI ORODJI 183
valjev in njihovo sunkovito proženje. V različici simu-
latorja 1.5 je bila velika večina teh pomanjkljivosti
odpravljena.
15
7
0 0
zelo slabo slabo dobro zelo dobro
Slika 12: Odgovori na 3. vprašanje: “Kako dobro simula-
tor posnema učno napravo, s katero ste delali?”
Deloma so se odgovori na 4. vprašanje o zanesljivo-
sti delovanja simulatorja prekrivali s prejšnjim vpra-
šanjem, saj so nedoslednosti v posnemanju fizične
učne naprave lahko hkrati tudi programski hrošči. Iz
slike 13 je razvidno, da večina vprašanih ocenjuje de-
lovanje simulatorja kot zanesljivo ali zelo zanesljivo,
dva pa menita, da je nezanesljivo. Iz individualnih
pogovorov med samimi vajami smo dobili informacije
o nenadnih sesutjih predvajalnika Unity, kar se je v
izjemnih primerih dogajalo samo na določenih konfi-
guracijah osebnih računalnikov. Domnevamo, da gre
za težave z gonilniki grafičnega procesorja v povezavi
z izvajanjem simulatorja na navideznem stroju, na
žalost pa za natančnejšo diagnostiko nismo zbrali
dovolj podatkov.
2
16
4
0
zelo
nezanesljivo
nezanesljivo zanesljivo zelo
zanesljivo
Slika 13: Odgovori na 4. vprašanje: “Ocenite stabilnost in
zanesljivost delovanja simulatorja (hrošči, sesutja ipd.).”
S 5. vprašanjem smo želeli ovrednotiti dosego glav-
nega cilja celotnega projekta izdelave simulatorja.
Odgovori, zbrani na sliki 14, dokazujejo, da je bil cilj
dosežen, saj so se vsi študenti strinjali s trditvijo,
da so po zaslugi simulatorja FTsim svoje projekte
izdelali bolj dovršeno, kot bi jih brez njega.
5 Sklep
Simulator FTsim smo izdelali za podporo študentom
pri delu na projektnih nalogah v okviru predmeta
0 0
4
18
zelo se ne
strinjam
se ne
strinjam
se strinjam zelo se
strinjam
Slika 14: Odgovori na 5. vprašanje: “V kolikšni meri
se strinjate s trditvijo: ’Uporaba simulatorja FTsim je
pripomogla k temu, da sem izdelal bolj dovršen projekt
kot bi ga sicer.’?”
Procesna avtomatika. Simulator učnih naprav Fi-
schertechnik, ki ga študenti uporabljajo pri izdelavi
projektnih nalog, je zasnovan na igralnem pogonu
Unity in se prek knjižnice Siemens S7ProSim pove-
zuje na emulator Siemenovih industrijskih krmilni-
kov Siemens S7-PLCSIM.
Simulator FTsim teče v okolju Microsoft Windows
in je prosto dostopen na [24]. Za modeliranje pre-
mikov obdelovancev, izvršnih členov in tipal naprav
smo uporabili izključno elemente, ki jih ponuja ureje-
valnik orodja Unity. S simulatorjem FTsim smo upo-
rabniško izkušnjo za delo s Siemensovim razvojnim
okoljem v odsotnosti fizičnega učnega sistema dvi-
gnili na veliko višjo raven. Simulator FTsim je name-
njen izključno simulaciji učnih naprav Fischertechnik
v povezavi z industrijskimi krmilniki Siemens. Kljub
temu je postopek izdelave simulatorja dovolj splošen,
da ga lahko uporabimo pri simuliranju drugih učnih
ali realnih industrijskih naprav.
Študenti so pokazali veliko zanimanje za simula-
tor: prvi prototip je bil izdelan v okviru seminarske
naloge, v obdobju preizkušanja pa so s konstruktiv-
nimi pripombami močno pripomogli k sedanji po-
dobi, ki ponuja številne dodatne funkcije, izboljšano
upodobitev naprav in ima odpravljenih večino pro-
gramskih napak. Simulator dovolj verno upodablja
fizične učne naprave, zato so nekateri študenti tudi
na laboratorijskih vajah raje posegli po simulatorju.
Obstaja veliko možnosti za izboljšanje simulatorja
FTsim. Med drobne izboljšave spadajo prikaz vho-
dno/izhodnega modula industrijskega krmilnika v
oknu simulatorja, prikaz oznak vhodov in izhodov,
na katere so vezani tipala in izvršni členi, premikanje
obdelovancev in proženje tipal ter izvršnih členov z
miško. Za bolj doživeto izkušnjo bi bilo najprej treba
dodati zvoke, za izdelavo bolj robustnih programov
pa omogočiti tudi simulacijo izrednih dogodkov, na
primer motnje pri delovanju tipal ter izvršnih členov
in izginotje obdelovanca.
Na področju izobraževanja se v zadnjih letih po-
javlja nov tok, ki spodbuja učenje na podlagi nepo-
184 ILC, LOTRIČ
sredne izkušnje oziroma potopitve v učno okolje z
vsemi čuti [25]. Simulator FTsim bi bilo zanimivo
nadgraditi v igro, ki bi študentom postavljala izzive
in sproti vrednotila njihove dosežke [26]. Pri tem
velja razmisliti o uporabi tehnologije za navidezno
resničnost, ki jo Unity tudi podpira [27]. Mehanizem
igre bi poskrbel, da bi bili projekti pravilno zgrajeni
od začetka do konca, študenti pa bi bili z reševanjem
izzivov dodatno motivirani za delo [28].
Zahvala
Zahvaljujeva se študentoma Klemenu Gantarju in
Matevžu Krenu za pripravo prvega prototipa simu-
latorja in vsem drugim za sodelovanje v anketi in
pomoč pri izboljšavah.
Literatura
[1] H. Lasi, P. Fettke, H. G. Kemper, T. Feld, and M. Hoff-
mann, “Industry 4.0,” Business and Information Systems
Engineering, vol. 6, no. 4, pp. 239–242, 2014.
[2] R. Baheti and H. Gill, “Cyber-physical Systems,” The
Impact of Control Technology, vol. 12, no. 1, pp. 161–166,
2011.
[3] C. Park, S. Bajimaya, S. Park, G. Wang, J. Kwak, and
K. Han, “Development of Virtual Simulator for Visual
Validation of PLC Program,” in International Confe-
rence on Computational Inteligence for Modelling Con-
trol and Automation and International Conference on
Intelligent Agents Web Technologies and International
Commerce (CIMCA-IAWTIC’06). IEEE, 2006, pp. 32–
32.
[4] H. Vermaak and J. Niemann, “Virtual commissioning:
A tool to ensure effective system integration,” in IEEE
International Workshop of Electronics, Control, Measu-
rement, Signals and their Application to Mechatronics
(ECMSM). IEEE, 2017, pp. 1–6.
[5] J. Vachálek, L. Bartalský, O. Rovný, M. Morháč, and
M. Lokšík, “The Digital Twin of an Industrial Production
Line Within the Industry 4.0 Concept,” in 21st Inter-
national Conference on Process Control, M. Fikar and
M. Kvasnica, Eds., 2017, pp. 258–262.
[6] G. Xiwen, Y. Wu, L. Guoli, and L. Chao, “Dynamic si-
mulation of an induction-motor centrifugal-pump system
under variable speed conditions,” Elektrotehniški vestnik,
vol. 84, pp. 125–132, 2017.
[7] K. Schuster, K. Groß, R. Vossen, A. Richert, and S. Je-
schke, “Preparing for Industry 4.0 – Collaborative Virtual
Learning Environments in Engineering Education,” in
Automation, Communication and Cybernetics in Science
and Engineering 2015/2016, S. Jeschke, I. Isenhardt,
F. Hees, and K. Henning, Eds. New York, USA: Springer
International Publishing, 2016, pp. 417–427.
[8] V. Potkonjak, M. Gardner, V. Callaghan, P. Mattila,
C. Guetl, V. M. Petrović, and K. Jovanović, “Virtual
laboratories for education in science, technology, and
engineering: A review,” Computers & Education, vol. 95,
pp. 309–327, 2016.
[9] A. P. Rios, V. Callaghan, M. Gardner, and M. J. Alhad-
dad, “Interactions within Distributed Mixed Reality Col-
laborative Environments,” in International Conference
on Intelligent Environments. IEEE, 2014, pp. 382–383.
[10] Emulate3D Inc. Domača stran izdelka Emulate 3D.
[Online]. Available: https://www.demo3d.com
[11] Real Games. Domača stran izdelka Factory I/O. [Online].
Available: https://factoryio.com
[12] Siemens. Domača stran produkta Siemens Product
Lifecycle Management. [Online]. Available: https://
www.plm.automation.siemens.com
[13] IRAI. Domača stran izdelka Virtual Universe Pro. [On-
line]. Available: http://www.virtual-universe-irai.com
[14] P. Petridis, I. Dunwell, D. Panzoli, S. Arnab, A. Protop-
saltis, M. Hendrix, and S. de Freitas, “Game engines se-
lection framework for high-fidelity serious applications,”
International Journal of Interactive Worlds, vol. 2012,
p. 1, 2012.
[15] Crytek GmbH. Domača stran igralnega pogona CryEn-
gine. [Online]. Available: https://www.cryengine.com
[16] GarageGames. Domača stran odprtokodnega igralnega
pogona Torque. [Online]. Available: http://www.
garagegames.com/products/torque-3d
[17] Unity Technologies. Domača stran igralnega pogona
Unity. [Online]. Available: https://unity3d.com
[18] Epic Games. Domača stran igralnega pogona Unreal
Engine. [Online]. Available: https://www.unrealengine.
com
[19] B. Cowan and B. Kapralos, An Overview of Serious
Game Engines and Frameworks. Springer International
Publishing, 2017, pp. 15–38.
[20] The Boston Consulting Group. Time to Accelerate
in the Race Toward Industry 4.0. [Online]. Available:
https://www.bcgperspectives.com/content/articles/
lean-manufacturing-operations-time-accelerate-race-
toward-industry-4
[21] Fischertechnik GmbH. Domača stran podjetja Fischer-
technik. [Online]. Available: https://www.fischertechnik.
de/en
[22] Siemens. (2017) Domača stran pro-
dukta Simatic S7-PLCSim. [Online]. Availa-
ble: http://w3.siemens.com/mcms/simatic-controller-
software/en/step7/simatic-s7-plcsim
[23] J. Lange, F. Iwanitz, and T. Burke, OPC: From Data
Access to Unified Architecture. VDE-Verlag, 2010.
[24] N. Ilc, K. Gantar, and M. Kren. 3D simulator – FTsim.
[Online]. Available: http://laspp.fri.uni-lj.si/nejci/code/
FTsim.zip
[25] Immersive Education Initiative. Domača stran iniciative.
[Online]. Available: http://immersiveeducation.org
[26] C. Dichev and D. Dicheva, “Gamifying education: what
is known, what is believed and what remains uncertain:
a critical review,” International Journal of Educational
Technology in Higher Education, vol. 14, no. 1, pp. 1–36,
2017.
[27] A. Somrak and J. Guna, “Pregled naprav, tehnologij in
področij uporabe navidezne, izboljšane in mešane resnič-
nosti,” Elektrotehniški vestnik, vol. 85, pp. 54–61, 2018.
[28] D. Vlachopoulos and A. Makri, “The effect of games and
simulations on higher education: a systematic literature
review,” International Journal of Educational Technology
in Higher Education, vol. 14, no. 1, pp. 1–33, 2017.
Nejc Ilc je diplomiral leta 2009 in doktoriral leta 2016 na
Fakulteti za računalništvo in informatiko Univerze v Ljubljani,
kjer je kot asistent zaposlen v Laboratoriju za adaptivne
sisteme in paralelno procesiranje. Raziskovalno ukvarja s stroj-
nim učenjem, predvsem z metodami za razvrščanje podatkov
v gruče. Na pedagoškem področju se posveča mobilni robotiki
in avtomatizaciji proizvodnih procesov.
Uroš Lotrič je je izredni profesor na Fakulteti za računal-
ništvo in informatiko Univerze v Ljubljani. Raziskovalno dela
na področju informacijske teorije v povezavi z visoko zmoglji-
vim računanjem in vodenjem procesov. Omenjena področja
pokriva tudi v pedagoškem procesu.