nach oben

Open Access 2024 | Open Access | Buch

Echtzeitsimulation in der Produktionsautomatisierung

Beiträge zu Virtueller Inbetriebnahme, Digitalem Engineering und Digitalen Zwillingen

herausgegeben von: Alexander Verl, Sascha Röck, Christian Scheifele

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Dieses Open Access Buch befasst sich in 22 Kapiteln von 41 Autoren aus Wissenschaft und Praxis mit einer Sammlung unabhängiger Beiträge, die den heutigen Stand der Forschung und Technik im Bereich der Echtzeitsimulation von Maschinen und Anlagen aufzeigen. Neben Forschungsergebnissen wird der erfolgreiche Transfer in die Praxis anhand ausgewählter Beispiele vorgestellt. Das Sammelwerk umfasst das Themenspektrum von der Echtzeitsimulation für die Virtuelle Inbetriebnahme über deren Einsatz in der Entwicklungs- und Betriebsphase bis hin zur Nutzung von Simulationsmodellen in Steuerungsfunktionen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

PDF

Open Access

Kapitel 1. Die simulierte Werkzeugmaschine, ein Rückblick

Zusammenfassung

Dieser Beitrag zitiert in Teilen eine Veröffentlichung, die im Jahre 2003 auf dem Fertigungstechnischen Kolloquium (FTK) der Gesellschaft für Fertigungstechnik in Stuttgart von Prof. Dr.-Ing. Günter Pritschow et al. präsentiert wurde [1]. Zu dieser Zeit war die durchgängige Simulation von Maschinen und Anlagen eines der Trendthemen im modernen Maschinenbau mit der sich die gesamte Branche auseinandersetzte. Was heute als etablierte Technologie in vielen Entwicklungsbereichen nicht mehr wegzudenken ist, steckte damals noch in den Anfängen und war thematischer Bestandteil in zahlreichen Forschungsprojekten an den produktionstechnischen Instituten deutscher Universitäten.

Dieser Beitrag soll einen Blick in die Vergangenheit werfen und einen Überblick über die Anforderungen an die Simulationstechnik im Produktionsmaschinenbau jener Zeit geben.

Günter Pritschow†, Alexander Verl, Sascha Röck, Christian Scheifele

PDF Zum Volltext

Echtzeitsimulation für die Virtuelle Inbetriebnahme

Frontmatter

Open Access

Kapitel 2. Anforderungen und Methoden für die Hardware-in-the-Loop Simulation zur Virtuellen Inbetriebnahme von Produktionssystemen

Zusammenfassung

Hoher Wettbewerbsdruck und kurze Produktentwicklungszyklen erfordern den Einsatz hochgradig automatisierter und dadurch komplexer Produktionsanlagen. Zur Beherrschbarkeit dieser Komplexität kommen moderne Steuerungssysteme zum Einsatz, deren Funktionalität häufig erst an der realen Anlage getestet werden kann. Eine gängige Methode um frühzeitig Steuerungsfunktionen virtuell testen und in Betrieb nehmen zu können, ist die Hardware-in-the-Loop Simulation (HiLS). Dabei wird die reale Steuerung (Hardware) mit einer echtzeitfähigen Anlagensimulation gekoppelt und gegen das virtuelle Anlagenverhalten getestet. Dieser Beitrag erläutert einige Grundlagen und Herausforderungen für den Einsatz einer HiLS zur Virtuellen Inbetriebnahme von realen Steuerungssystemen.

Sascha Röck, Günter Pritschow†

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 3. Echtzeit-Co-Simulation von Produktionsanlagen

Zusammenfassung

Bei der virtuellen Planung, Auslegung und Inbetriebnahme steigen die Anforderungen an die Aussagekraft Digitaler Zwillinge, um eine umfassende Absicherung und Auslegung im digitalen Entwicklungsprozess zu erreichen. Die Zunahme der Modellkomplexität eines Digitalen Zwillings stellt die Echtzeitsimulation durch den steigenden Berechnungsaufwand vor neue Herausforderungen. Dieser Beitrag stellt eine Plattform zur Echtzeit-Co-Simulation von Digitalen Zwillingen für die Virtuelle Inbetriebnahme vor. Die im Beitrag vorgestellte parallelisierte Modellberechnung auf Basis einer Co-Simulationsarchitektur beabsichtigt die zur Modellberechnung nutzbare Rechenleistung zu steigern. Der Beitrag führt (i) in die Integration leistungsfähiger technologiespezifischer Simulationslösungen durch Integrationsschnittstellen und (ii) die Echtzeit-Co-Simulation von Produktionsanlagen auf Basis von Partitionierungs-, Parallelisierungs-, Synchronisations- und Datenaustauschmechanismen ein.

Christian Scheifele, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 4. ISG-virtuos – der Digitale Zwilling für die Praxis

Zusammenfassung

Das in verschiedenen Forschungsarbeiten am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW, Universität Stuttgart) entwickelte Konzept einer Softwarelösung zur Hardware-in-the-Loop Simulation für die Virtuelle Inbetriebnahme von industriellen Steuerungssystemen stellt die wissenschaftliche Grundlage für das kommerzielle Simulationswerkzeug ISG-virtuos der Firma ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH dar. Dieser Beitrag stellt die Simulationsplattform ISG-virtuos und deren praktische Anwendung im Maschinen- und Anlagenbau vor. ISG-virtuos deckt die Erstellung und den Einsatz von Simulationsmodellen entlang des gesamten Lebenszyklus einer Automatisierungslösung vom digitalen Engineering über die Virtuelle Inbetriebnahme bis in den Vertrieb und in die Betriebsphase, beispielsweise zur Schulung und Qualifizierung des Betreiberpersonals, für die Produktionsoptimierung, für innovative Service-Anwendungen oder das Retrofit, ab. Der Funktionsumfang dieser Simulationsplattform resultiert aus Anforderungen, die aus der Schlüsseldisziplin der Automatisierung von Maschinen und Anlagen – der Steuerungsentwicklung – kommen.

Christian Scheifele, Dieter Scheifele, Ulrich Eger, Christian Daniel, Edmund Buchal, Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 5. Echtzeitsimulation der Prozess-Maschinen-Interaktion zur Prognose der Prozessstabilität mit realer CNC am Beispiel eines Fräsprozesses

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird ein Ansatz für die Echtzeitsimulation von Wechselwirkungen zwischen Zerspanungsprozess und Werkzeugmaschine am Beispiel eines Fräsprozesses vorgestellt. Ziel des Ansatzes ist die Kopplung eines echtzeitfähigen Zerspanungsmodells mit einer realen CNC, um durch regeneratives Rattern bedingte Schwingungen bereits bei der Virtuellen Inbetriebnahme prognostizieren zu können. Dabei wird ein dexel-basiertes Modell des Werkstücks für die Berechnung der Spandicke und der Schnittkräfte unter Berücksichtigung von Werkzeugposition und Materialabtrag eingesetzt. Anhand simulativer Experimente wird der Ansatz auf Prognose- und Echtzeitfähigkeit für den Einsatz in einer CNC-gekoppelten Echtzeitsimulation untersucht.

Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 6. Herausforderungen bei der Abbildung der Prozess-Maschine Interaktion am Beispiel der Umformsimulation

Zusammenfassung

Dieser Beitrag weist die Notwendigkeit der numerischen Abbildung von Prozess-Maschine Interaktionen in der Umformtechnik nach und stellt aktuelle Ansätze zu deren Modellierung und Berechnung vor. Dabei werden sowohl steigende Anforderungen hinsichtlich Modellkomplexität und -genauigkeit adressiert als auch auf die wachsenden Herausforderungen an eine Echtzeitfähigkeit ausgehend von virtuellen Werkzeuginbetriebnahmen hin zu modellbasierten Regelungsansätzen eingegangen. Abschließend werden beispielhafte Umsetzungen vorgestellt.

Christer Schenke, Lars Penter, Stefan Heiland, Steffen Ihlenfeldt

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 7. Materialflusssimulation für die Virtuelle Inbetriebnahme in Steuerungsechtzeit

Zusammenfassung

Materialflusssysteme innerhalb von Anlagen spielen eine wichtige Rolle für die Produktivität eines Unternehmens. Mit steigendem Durchsatz steigt auch die Komplexität des Materialflusses. Um den Materialfluss zu planen und abzusichern, werden zunehmend Materialflusssimulationen eingesetzt. Je nach Anwendung und Zielsetzung sind verschiedene Materialflusssimulationsarten sinnvoll: logisch, ereignisbasiert, kinematisch, physikbasiert oder flussbasiert. Dem Modellerstellungsaufwand im Laufe des Entwicklungsprozesses kann durch Kopplung unterschiedlicher Materialflussmodellarten begegnet werden. Im Bereich der Steuerungstechnik werden insbesondere kinematische und physikbasierte Modelle für Steuerungstests bspw. im Rahmen der Virtuellen Inbetriebnahme oder Taktzeitoptimierungen eingesetzt. Die Berechnung über das physikbasierte Modell ist bei einer großen Anzahl von Stückgütern jedoch sehr rechenaufwendig und dadurch nur begrenzt für die Virtuelle Inbetriebnahme der Steuerungstechnik geeignet. Aus diesem Grund wurde das Flussmodell für große Stückzahlen entwickelt, das Stückgüter als Dichteverteilung darstellt. Es ist sowohl für die Analyse und Validierungen als auch für die Optimierung von Steuerungssystemen und des Materialflusslayouts geeignet.

Simone Göttlich, Simon Hoher, Alexander Verl, Jennifer Weißen, Annika Kienzlen

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 8. Nutzen von Digitalen Zwillingen und Virtueller Inbetriebnahme für den Maschinen- und Anlagenbau

Zusammenfassung

Noch vor der technischen Realisierung der Virtuellen Inbetriebnahme und von Digitalen Zwillingen ist die Betrachtung von deren Nutzen für den industriellen Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau von hoher Relevanz. Sobald eine vorausgehende Investition getätigt werden muss, sollte vorab geklärt werden können, wie sich diese bezahlt machen kann. In diesem Beitrag werden dazu die Nutzenpotenziale der Virtuellen Inbetriebnahme und Digitaler Zwillinge für die verschiedenen Rollen entlang der Wertschöpfungsketten im Maschinen- und Anlagenbau dargelegt. Basierend auf dem „Leitfaden Virtuelle Inbetriebnahme“ des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V.) wird zusammengefasst, welche Rollen in den Wertschöpfungsketten beteiligt sind und wie deren qualitative und quantitative Nutzen durch Einführung der Virtuellen Inbetriebnahme aussehen. Im letzten Abschnitt dieses Beitrages werden Praxisbeispiele eines Anlagenbetreibers für die Automobilfertigung und eines Anlagenbauers für die Holzbearbeitung aus den „Best Practices zur Virtuellen Inbetriebnahme“ des VDMA rezitiert und die Nutzung einer digitalen Austauschplattform betrachtet.

Karl Kübler, Florian Jaensch, Christian Daniel, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Echtzeitsimulation und Modellgenerierung im Entwicklungsprozess

Frontmatter

Open Access

Kapitel 9. Automatische Modellgenerierung aus Engineering-Daten

Zusammenfassung

Vom modernen Maschinen – und Anlagenbau wird erwartet individuelle Kundenwünsche hinsichtlich Funktionalität, Qualität und Wirtschaftlichkeit zu erfüllen. Dies gelingt durch ein mechatronisches Engineering, das kundenindividuelle Maschinen und Anlagen auf Basis eines Baukastens aus wiederverwendbaren Komponenten realisieren kann. Dieser Beitrag stellt dar, wie auch der Digitale Zwilling für die Virtuelle Inbetriebnahme ebenso modular und auf denselben Prinzipien beruhend automatisiert generiert werden kann. Durch Integration der Virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) in den mechatronischen Engineeringprozess lässt sich die VIBN wirtschaftlich in der Praxis einsetzen. Dies wird anhand einer modularen Fertigungsanlage für die vollautomatisierte Möbelfertigung gezeigt.

Stefan Scheifele, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 10. Automatische Modellgenerierung für die Virtuelle Inbetriebnahme bei HOMAG

Zusammenfassung

Die HOMAG Group verwendet Digitale Zwillinge entlang des Entwicklungs- und Herstellungsprozesses ihrer Produkte. Hierbei werden unter anderem Digitale Zwillinge in Hardware-in-the-Loop Simulationen eingesetzt. Die Simulationsmodelle der HOMAG-Maschinen und -Anlagen werden in einen modularen, mechatronischen Engineering-Baukasten integriert und können aus diesem zur Anwendung gebracht werden. Zur massiven Reduzierung von Modellierungszeiten bei individuellen Kundenmaschinen und -anlagen werden für einen wirtschaftlichen Einsatz der Virtuellen Inbetriebnahme bei HOMAG Digitale Zwillinge von kundenindividuellen Maschinen und Anlagen über einen größtenteils automatisierten Produktionsprozess generiert und sind dadurch unmittelbar für verschiedene Anwendungsfälle einsetzbar.

Ludwig Albrecht, Patrick Seeger, Lukas Kübler

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 11. TwinStore – Online-Plattform für Simulationsmodelle

Zusammenfassung

Komponentenhersteller suchen zunehmend nach Lösungen zur Bereitstellung Digitaler Zwillinge ihrer Hardwareprodukte, um ihren Kunden eine Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) von Automatisierungskonzepten und -lösungen zu ermöglichen. Die Verfügbarkeit eines Digitalen Zwillings entwickelt sich zum entscheidenden Verkaufsmerkmal eines Komponentenherstellers. Ziel der Verwendung vorgefertigter Komponentenmodelle ist die Reduzierung von Modellierungszeiten bei gleichzeitig sehr realitätsnaher virtueller Abbildung der Hardwareprodukte für die virtuelle Auslegung, den Test und die Optimierung von Steuerungssystemen im digitalen Engineering. In diesem Beitrag wird die Online-Plattform „TwinStore“ für den Austausch von Simulationsmodellen zur Virtuellen Inbetriebnahme vorgestellt. Digitale Zwillinge aus dem TwinStore, die hinsichtlich der Schnittstellen, Parameter und Eigenschaften das Verhalten der realen Hardware abbilden, können nahtlos in ein Simulationswerkzeug für die Virtuelle Inbetriebnahme eingebunden werden. Die Bibliotheken umfassen Roboter- und Greifsysteme, Antriebs- und Fördertechnik bis hin zu Sensorikkomponenten.

Christian Scheifele

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 12. Testautomatisierung am Digitalen Zwilling

Zusammenfassung

Um hochwertige Automatisierungslösungen mit kontinuierlich steigendem Softwareanteil anzubieten, sieht sich der Maschinen- und Anlagenbau der Herausforderung von steigendem Testaufwand und steigender Testkomplexität gegenüber. Der in einer Virtuellen Inbetriebnahme eingesetzte Digitale Zwilling bildet in diesem Beitrag die Basis für die Entwicklung einer Effizienzmethode, um den Testaufwand durch Automatisierung zu reduzieren und die Testkomplexität beherrschbar zu machen. Dieser Beitrag erarbeitet die aktuellen Defizite der Virtuellen Inbetriebnahme im Softwaretest des Maschinen- und Anlagenbaus und präsentiert eine Lösung zur Testautomatisierung. Das entworfene Testautomatisierungswerkzeug ermöglicht mit einer methodischen Testplanung und -durchführung die frühzeitige Behebung etwaiger Softwarefehler. Damit steigt die Qualität der Software deutlich und gleichzeitig wird der Aufwand der Testabläufe reduziert. Der Umfang der Testlösung wird beispielhaft an einem Bearbeitungszentrum aufgezeigt.

Karl Kübler, Gerhard Krebser, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 13. Simulationsmodelle der Virtuellen Inbetriebnahme als Lernumgebung für Reinforcement Learning

Zusammenfassung

Die steigenden Anforderungen der Produktionstechnik nach flexiblen und trotzdem wirtschaftlich effizienten Anlagen stellt die Automatisierungstechnik vor große Herausforderungen. Die Umstellung von beispielsweise einer Roboterzelle auf ein neues Produkt muss dabei schnell und aufwandsarm möglich sein. Die Steuerungssysteme, sowie die zugehörigen Engineering Methoden, müssen zunehmend intelligent und lernfähig werden, um möglichst viele der bisher manuellen Aufwände selbstständig zu übernehmen. Die Simulationsumgebung für eine Virtuelle Inbetriebnahme stellt eine geeignete Lernumgebung dar, in der das Steuerungssystem, mit Methoden des maschinellen Lernens, automatisch trainiert werden kann. Dafür müssen die Simulationswerkzeuge erweitert und möglichst standardisierte Schnittstellen geschaffen werden.

Florian Jaensch, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 14. Konzept für die automatisierte Planung von Montagesystemen

Zusammenfassung

Die Digitalisierung und die Ideen von Industrie 4.0 treiben die Produktionssysteme voran. Die Virtuelle Inbetriebnahme ist bereits in der Engineering-Phase der Produktionsanlage eine etablierte Methode. Solche eng mit der Virtuellen Inbetriebnahme gekoppelten Methoden wie Model-in-the-Loop (MiL) und Software-in-the-Loop (SiL) Simulationen können bereits in der Planungsphase als Validierungswerkzeug den Planungsprozess unterstützen. Im Falle von Montagesystemen erfolgt die Planung in Iterationen mit geringem Automatisierungsgrad. In diesem Beitrag wird ein Konzept für einen modellbasierten Ansatz zur vollautomatisierten Planung von Montagesystemen vorgestellt, dass eine automatisierte Layout-Generierung in Kombination mit Simulationsmodellen zur Virtuellen Inbetriebnahme ermöglicht.

Daniella Brovkina, Oliver Riedel

PDF Zum Volltext

Echtzeitsimulation in der Betriebsphase

Frontmatter

Open Access

Kapitel 15. Digital Twin as a Service

Zusammenfassung

Im mechatronischen Entwicklungsprozess des Maschinen- und Anlagenbaus entstehen Digitale Zwillinge, die zur Entwicklungsunterstützung und Virtuellen Inbetriebnahme von Steuerungssoftware sowie -hardware eingesetzt werden. Jedoch werden die Digitalen Zwillinge über den Entwicklungsprozess hinaus bislang kaum einer systematischen Weiterverwendung zugeführt. Dies ist auf die hohen Anforderungen einer standort- und endgeräteunabhängigen Verfügbarkeit und Vernetzungsfähigkeit der Digitalen Zwillinge zurückzuführen. Paradigmen der Cloud- und Webtechnologien bieten in diesen Anforderungsfeldern Lösungen an, die neue Anwendungspotenziale eröffnen. In diesem Beitrag wird dazu das Konzept des Digital Twin as a Service präsentiert, das die Grundprinzipien der Cloud- und Webtechnologien auf die Anwendung und Bereitstellung von Digitalen Zwillingen überträgt.

Timm von Bergen, Marc Schnierle, Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 16. Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation

Zusammenfassung

Der Einsatz von X-in-the-Loop Simulationsmethoden (XiLS) ermöglicht im mechatronischen Entwicklungsprozess die virtuelle Erprobung und Inbetriebnahme von Automatisierungssystemen im Maschinen- und Anlagenbau. Die daraus resultierenden Anwendungsfelder sind bislang hinsichtlich der Interaktion zwischen Mensch, realer Umgebung und Simulation stark limitiert. Diese Einschränkungen sollen durch die Erweiterung der XiLS-Methodenreihe um die sogenannte Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation (MRiLS) überwunden werden. Die MRiLS erweitert die Kopplung zwischen Steuerungsausprägung und Digitalem Zwilling unter Berücksichtigung der realen Umgebung und des Menschen durch moderne Visualisierungs- und Interaktionsmethoden der Mixed Reality. Diese Erweiterung eröffnet neue Anwendungspotenziale des Digitalen Zwillings über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg.

Marc Schnierle, Jana Hönig, Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 17. Anwendungsberichte über den industriellen Einsatz der Mixed Reality im Maschinen- und Anlagenbau

Zusammenfassung

Visualisierungs- und Interaktionsmethoden der Mixed Reality, wie beispielsweise Augmented Reality oder Virtual Reality, eröffnen neuartige Anwendungspotenziale im Maschinen- und Anlagenbau. In diesem Beitrag werden Mehrwerte der Mixed Reality sowie praxisnahe Anwendungsszenarien aus Perspektive von zwei Maschinenbau-Unternehmen präsentiert. Während die topex GmbH in diesem Beitrag den Entwicklungsprozess kundenindividueller Anlagen und die Schulung von Fachpersonal mittels Mixed Reality im Sondermaschinenbau fokussiert, präsentiert die Schuler Pressen GmbH Einsatzszenarien im Produktentstehungszyklus sowie im Betrieb von Werkzeugmaschinen.

Ulf Sprung, Thomas Celofiga, Dario Goller, Jana Hönig, Marc Schnierle, Timm von Bergen, Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 18. Anwendungsberichte über den Einsatz der Mixed Reality in der Aus- und Weiterbildung technischer Fachkräfte

Zusammenfassung

Methoden der Mixed Reality (MR) bieten mit deren immersiven und intuitiven Visualisierungs- und Interaktionsformen vielfältige Potenziale in der Wissensvermittlung an Universitäten, Hochschulen sowie beruflichen Schulen. In diesem Beitrag werden praxisorientierte Mehrwerte für die Aus- und Weiterbildung technischer Fachkräfte aufgezeigt, die durch die Kopplung von Mixed Reality-Methoden mit Digitalen Zwillingen zur Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation (MRiLS) ermöglicht werden. Das Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart thematisiert den praxisorientierten Einsatz der MRiLS in der universitären Lehre im Bereich der Umformtechnik, während das Virtual Automation Lab der Hochschule Esslingen die Mehrwerte der MRiLS in der Hochschulbildung vorstellt. Abschließend zeigt die gewerbliche Max-Eyth-Schule Kirchheim unter Teck die Potenziale der MRiLS in der beruflichen Aus- und Weitbildung im Bereich Robotik auf.

Mathias Liewald, Jana Hönig, Jochen Schade, Angelika Weber, Philipp Clauß, Timm von Bergen, Marc Schnierle, Sascha Röck

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 19. Lernpotenziale und -herausforderungen Digitaler Zwillinge in der Betriebsphase

Zusammenfassung

Mit der Entwicklung und dem Einsatz Digitaler Zwillinge in Industrieunternehmen wird eine Veränderung der Lernumwelten prognostiziert. Insbesondere für formale und non-formale Formate der betrieblichen Weiterbildung können daraus sowohl Potenziale als auch Herausforderungen abgeleitet werden. Vor diesem Hintergrund werden im folgenden Beitrag Lernpotenziale und -herausforderungen für Lernende und Lehrende in den Blick genommen und aus erwachsenenpädagogischer Perspektive reflektiert. Abschließend wird der Frage nachgegangen, inwiefern didaktische Prinzipien als Reflexionsmöglichkeit zum Umgang mit Herausforderungen genutzt werden können.

Julia Franz, Camilla Wehnert

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 20. Online-Berechnung des Digitalen Zwillings für CNC am Beispiel der additiven Fertigung

Zusammenfassung

Die Forderung nach hoher Präzision bei Dosier- und Extrusionsanwendungen und gleichzeitig wirtschaftlicher Prozessgeschwindigkeit stellt eine große Herausforderung in der Entwicklung und Steuerung von Werkzeugmaschinen dar. Die teils hochviskosen Werkstoffe lassen sich nur schwer handhaben, wodurch es bei Dosieranwendungen oftmals zu ungewolltem Nachtropfen oder verzögertem Austritt kommt. Modellbasierte Steuerungsverfahren tragen zur Prozessführung bei und können ein Bearbeitungsergebnis optimieren. Eine Kopplung von Modellen in CNC-Steuerungen ist heute schon möglich, stößt jedoch häufig an Integrationsrandbedingungen und hat nicht die Möglichkeit, zur Laufzeit einer Bearbeitung auf den neuesten Stand gebracht zu werden.

Frederik Wulle, Christian Scheifele, Alexander Verl

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 21. Strukturmodellbasierte Korrektur thermisch bedingter Fehler

Zusammenfassung

In jeder Phase des Produktlebenszyklus müssen unterschiedliche thermische Fragestellungen beantwortet werden. Zu diesem Zweck bildet der Digitale Zwilling die Maschine selbst und die auf ihr laufenden Prozesse aufgabenbezogen ab. Damit ist die virtuelle Maschine nicht ein einzelnes Modell, sondern muss als Digitaler Werkzeugkasten kontextbezogener Modellvarianten gesehen werden. Strukturmodelle für die Korrektur thermisch bedingter Fehler an Werkzeugmaschinen stellen eine dieser Modellvarianten dar. Diese Modelle bilden den thermo-elastischen Zustand der Maschine im Betrieb ab. Die strukturmodellbasierte Korrektur steht im Fokus dieses Kapitels. Es werden die Teilfunktionen des Korrekturansatzes und die damit verbundenen Echtzeitanforderungen erläutert. Im Anschluss wird die konkrete Implementierung für die Demonstratormaschine Hexapod Felix IV vorgestellt. Die Korrektur wird validiert mit Hilfe eines Versuches, der ein großes Belastungsspektrum aufweist. Für diesen Versuch konnte eine Reduktion der thermisch bedingten Fehler von mehr als 80 % erzielt werden.

Steffen Ihlenfeldt, Xaver Thiem, Jens Müller

PDF Zum Volltext

Open Access

Kapitel 22. Räumliche Kraftmessung und -regelung mit strukturintegrierter Sensorik in Hexapoden

Zusammenfassung

Strukturintegrierte Kraftsensorik besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber klassischen Ansätzen zur Kraftmessung. Gleichzeitig wirken jedoch prozess- und strukturbedingte Einflüsse auf die Kraftsensoren, die in Abhängigkeit der Sensorposition durch ein Messmodell kompensiert werden müssen. Für dynamische Messungen während der Maschinenbewegung müssen diese Messmodelle zwingend in Echtzeit im Steuerungskern laufen und weiterhin durch ein Verfahren zur Parameteridentifikation schnell und einfach an der betriebsbereiten Maschine aktualisiert werden können. Ausgehend von einer systematischen Einordnung möglicher Messsystemvarianten werden die notwendigen Messmodelle und Varianten ihrer Steuerungsintegration vorgestellt. Den Abschluss bildet die Verwendung der integrierten Sensorik für die Kraftregelung und ihre steuerungstechnische Umsetzung in einer kommerziellen Werkzeugmaschinensteuerung.

Christian Friedrich, Jens Müller, Steffen Ihlenfeldt

PDF Zum Volltext

Titel: Echtzeitsimulation in der Produktionsautomatisierung
herausgegeben von: Alexander Verl
Sascha Röck
Christian Scheifele
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-66217-5
Print ISBN: 978-3-662-66216-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-66217-5

Premium Partner

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.

Zur Marktübersicht