Physikbasierte mechatronische Simulation materialflussintensiver Produktionsanlagen
Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart, Dipl.-Inf. Frédéric-Felix Lacour
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Technische Universität München
Die mechatronische Simulation wurde in den letzten Jahren vom Anwendungsgebiet der Werkzeugmaschinen auf materialflussintensive Produktionsanlagen übertragen. Dabei zeigt sich, dass der Materialfluss für die Aussagekraft der Simulation wesentlich ist. Hierzu wird nach dem aktuellen Stand der Technik ein so genanntes Physikmodell eingesetzt, das den Materialfluss auf der Basis physikalischer Parameter (wie z. B. Massen und Massenschwerpunkte) beschreibt und von einer so genannten Physik-Engine ausgewertet wird. Trotz erster erfolgreicher Anwendungen wird diese Methode momentan durch die in Echtzeit simulierbare Modellgröße limitiert. Deshalb wird in diesem Beitrag ein Vorgehen beschrieben, das die bisherige Beschränkung auf wenige Fördergüter aufhebt und dabei eine echtzeitfähige mechatronische Simulation des Verhaltens komplexer Produktionsanlagen erreicht. Hierzu werden die Bauteilegeometrien so modifiziert, dass die originäre Oberflächentopologie wieder hergestellt ist und so automatisch optimierte Kollisionsmodelle generiert werden können. Anhand eines realitätsnahen Anwendungsszenarios wird die praktische Nutzbarkeit gezeigt und zukünftige Forschungsbereiche identifiziert.
Eine Strategie zur dynamischen Planung und Durchführung der Montage von Lasersystemen
Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt, M. Eng. Alberto Xavier Pavim
Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement
Die automatisierte Montage hochwertiger Produkte aus dem Bereich optischer Technologien (z.B. Laser) stellt eine große Herausforderung dar. Besonders die feine Positionierung der einzelnen optischen Komponenten des Systems wird in vielen Fällen manuell ausgeführt und benötigt Expertise, um die erforderlichen Qualitätsstandards erfüllen zu können. Diese manuelle Montage kann bis zu 80% der Gesamtkosten des Produkts verursachen. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ an der RWTH Aachen am Beispiel eines miniaturisierten Lasers grundsätzliche Lösungen für eine flexibel automatisierte Montage hochpräziser, hybrider Produkte erarbeitet. Diese Lösungen erfordern die Konzeption eines flexiblen Montagesystems, das sich kontinuierlich an die Produktionsparameter Qualität, Zeit und Kosten anpassen muss. Dieser Beitrag schildert Aspekte zur Konzeption einer Steuerungsstrategie für die selbstoptimierende Montage von Lasersystemen auf Basis agentenbasierter und wissensbasierter Systeme. Der Einsatz optischer Messtechnik zur Überwachung des Montagezustands und die Analyse der gemessenen Daten zur Definition neuer Montageziele wird als Beispiel detailliert.
Modellierung von Montagemaschinen für die Hardware-in-the-Loop-Simulation
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Annika Kufner, Dr.-Ing. Karsten Haug
Robert Bosch GmbH
Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW), Universität Stuttgart
Durch den allgemein steigenden Druck des globalen Marktes auf die Kosten und Lieferfristen steigt ebenfalls der Druck auf die Optimierung des Engineeringprozesses im Anlagenbau. Die Hardware-in-the-Loop-Simulation eröffnet hierbei z.B. bei der Inbetriebnahme von Anlagen große Potentiale zur Zeitersparnis. Sie konnte sich jedoch bisher bei Montagemaschinen aufgrund des hohen Aufwands für die Modellerstellung nur langsam durchsetzen. Die Kosten der Simulationserstellung übertreffen heute oftmals noch die Einsparungen durch die Anwendung.
Der Aufwand ist aber häufig durch das Ziel einer möglichst realitätstreuen Simulation unnötig hoch. Daher muss von dem Ziel einer hohen Realitätstreue zu dem Ziel eines bestmöglichen Nutzen/Aufwand-Verhältnisses übergegangen werden. Als Lösungsansatz werden Modellierungstiefen definiert, die als Differenzierungsmerkmal eine Aufwands- und Nutzensabschätzung von Maschinenmodellen ermöglichen.
Trotz hohem Aufwand zur Modellierung einzelner Komponenten zeigt die Analyse, dass Kosten bei der Modellierung eingespart werden können, da für bestimmte Anwendungen der Simulation von Montagemaschinen eine überraschend niedrige Modellierungstiefe als ausreichend identifiziert wurde.
