Entwicklung von Anlagen disziplinunabhängig unterstützen

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iwb Institut für Werkzeugmasch. und Betriebswissenschaft der TU München

Bereits in der Grobplanungsphase können erste Tests zum Materialablauf simuliert und in einem 3D-Modell visualisiert werden. Außerdem lässt sich das Modell teilautomatisiert mit CAD-Daten anreichern.

Funktionale Beschreibung der Maschinen- und Anlagenabläufe überwindet Gräben

Durch die funktionale Beschreibung der Maschinen- oder Anlagenabläufe kann die strikte Trennung zwischen den Disziplinen überwunden werden, da alle beteiligten Ingenieure gemeinsam Lösungen diskutieren und entwickeln müssen. Die Modellierung selbst wird im besten Falle von einem Experten durchgeführt.

Eine Funktionsbeschreibung ist nicht nur während der Grobplanungsphase hilfreich, sondern lässt sich auch während und nach der Entwicklung für den Funktionstest verwenden. Ein Beispiel stellt die „virtuelle Inbetriebnahme“ (VIBN) dar, bei der die mechanischen, elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Bestandteile einer Maschine durch ein Simulationsmodell ersetzt werden, das an die Steuerung gekoppelt wird.

Hierdurch ist es möglich, die Steuerungssoftware frühzeitig zu testen. Da das Simulationsmodell mit der realen Steuerung kommunizieren soll, muss für eine virtuelle Inbetriebnahme das Funktionsmodell mit weiteren Details angereichert werden.

Industrielles Anwendungsbeispiel zur Validierung der Ergebnisse

Zur Validierung der Ergebnisse wurde ein industrielles Anwendungsbeispiel aus der Getränkeindustrie herangezogen: Für eine Gruppiermaschine galt es, ein möglichst vollständiges Automatisierungsprojekt zu entwickeln. Diese Maschine dient zur Bildung von Palettenlagen einzelner Getränkegebinde.

Die Gebinde sollten aus einem kontinuierlichen Strom derart angeordnet werden, dass eine nachfolgende Maschine diese palettieren konnte. Eine weitere Voraussetzung war, dass zwei baugleiche Module verwendet wurden.

Die Herausforderung bestand darin, ausgehend von einem Lagenbild des Kunden, die Verfahrbewegungen der Maschinenachsen zu programmieren, ein geeignetes HMI-Projekt (Human Machine Interface) für die Benutzerführung zu erstellen sowie einen Steuerungsalgorithmus zu entwickeln, der den Anforderungen des Kunden gerecht wurde. Diese Teilaspekte mussten so umgesetzt werden, dass der Materialfluss möglichst effizient gestaltet werden konnte.

Funktionen für die Steuerung in 3D-Simulationsmodell implementiert

Ausgehend von Entwicklungsunterlagen der mechanischen Konstruktion entstand ein 3D-Simulationsmodell. In der neu entworfenen Entwicklungsumgebung des Projektes Auto-VIBN wurden anschließend die für die Steuerung notwendigen Funktionen implementiert. Eine Hardware-in-the-Loop-Umgebung stand für Testzwecke zur Verfügung, sodass das Ergebnis schrittweise den Anforderungen angenähert werden konnte.

Das Informationsmodell wurde zu Beginn mit abstrakten Geometriemodellen beschrieben. Mithilfe von CAD-Daten aus den Konstruktionsprogrammen konnte im Anschluss eine Verfeinerung erzielt werden.

Eine Konsistenzprüfung zwischen Funktionsmodell und CAD-Daten sollte ein Divergieren der unterschiedlichen Entwicklungsstände vermeiden. Die Basis hierfür bilden IDs (Identifikationsnummern), die sowohl im Funktionsmodell als auch in den CAD-Modellen zu vergeben sind und mit denen ein Abgleich vorgenommen werden kann. Nach der Abstimmung mit den Entwicklungsingenieuren aller Disziplinen wurde die Steuerungssoftware automatisiert ausgeleitet. Sie stellt damit die Basis für die spätere reale Anwendung dar.

* Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart und Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh sind Institutsleiter, Dipl.-Ing. Thomas Hensel und Alexander Lindworsky sind Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München in 85747 Garching

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