Prozessintegration von Maschinensimulation zur Steuerungsprogrammentwicklung bei Maschinenherstellern

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1 Prozessintegration von Maschinensimulation zur Steuerungsprogrammentwicklung bei Maschinenherstellern Prof. Dr.-Ing. M. Weyrich, Universität Siegen Dipl.-Wirt.-Ing. F. Steden, Universität Siegen Kurzfassung Die Prozessintegration von Maschinensimulation ist ein wichtiger Schritt hin zu einem ganzheitlichen mechatronischen Engineeringprozess. Durch effiziente Engineeringprozesse bleiben deutsche Maschinenbauunternehmen im internationalen Vergleich wettbewerbsfähig. Im Maschinenbau und besonders im Sondermaschinenbau werden kundenspezifisch ausgerüstete Maschinen hergestellt. Zur Maschinensimulation ist es daher nötig, für jedes dieser Einzelstücke ein eigenes Simulationsmodell zu erstellen. Der Beitrag beschäftigt sich mit der Frage, wie das Simulationsmodell einer kundenspezifisch ausgerüsteten Maschine möglichst schnell erstellt werden kann und welche Prozessteilnehmer von diesem Simulationsmodell profitieren. Abstract The process integration of machine simulation is an important factor towards a comprehensive mechatronic engineering process. Mechanical engineering companies remain competitive in the international markets by efficient engineering processes. In mechanical engineering, and particularly in custom machine engineering specially equipped and engineered machines are manufactured. Therefore it is necessary to create an individual simulation model for each machine. This article demonstrates two issues, how the simulation model of a custom-equipped machine can be created quickly and second about the benefits that participants in the engineering process have by using such a machine simulation. 1. Einleitung Der deutsche Maschinenbau steht vor großen Herausforderungen durch einen ständig wachsenden Kostendruck bei gleichzeitig steigender Erwartungshaltung an die Produkte. Um diesen Herausforderungen gewachsen zu sein, müssen die Engineeringprozesse in den Unternehmen optimiert werden. Das ganzheitliche und mechatronische Engineering steht hierbei im Vordergrund [1], [2]. Die interdisziplinäre Entwicklung von Maschinen und der Einsatz von Maschinensimulation verkürzen den Engineeringprozess und verbessern die

2 Qualität und Produktivität der Maschinen. Moderne Software zur Starrkörpersimulation von kinematisch komplexen, SPS- oder NC-gesteuerten Maschinen findet vor allem in der virtuellen Inbetriebnahme Anwendung [3], [4], [5]. Diese virtuelle Inbetriebnahme entlastet und verkürzt die oft sehr zeitkritische reale Inbetriebnahme. Die Steuerungsprogramme können vorab an Simulationsmodellen erprobt und optimiert werden, mögliche Fehler werden am Modell sichtbar und die reale Inbetriebnahme kann zügig und ohne zeit- und kostenintensive Kollisionen erfolgen. Untersuchungen zeigen, dass der Aufwand zur Erstellung des Simulationsmodells besonders im Sondermaschinenbau kaum rentabel ist [1]. Hier werden Einzelmaschinen oder kundenspezifisch ausgerüstete Maschinen produziert, die speziell auf die Wünsche eines Kunden abgestimmt sind. Außerdem herrschen meist sequentielle Engineeringprozesse vor, in denen disziplinenspezifisch vorgegangen wird. Ziel muss es daher sein, die Erstellung eines Maschinenmodells zu vereinfachen und das Maschinenmodell vielen Prozessbeteiligten einer breiten Nutzung zur Verfügung zu stellen, um den Aufwand zu rechtfertigen. Dazu ist eine Integration der Maschinensimulation und der damit verbundenen Modellbildung in den Engineeringprozess nötig. 2. Engineeringprozess und Maschinensimulation Die Engineeringprozesse im Maschinenbau und vor allem auch im Sondermaschinenbau u.a. von kundenspezifisch ausgerüsteten Werkzeugmaschinen sind heute noch sehr stark durch sequentielle Vorgänge geprägt [6], [7]. Einen vereinfacht dargestellten sequentiellen Engineeringprozess zeigt Bild 1. Nach der Vertriebsphase nimmt die mechanische Konstruktion eine dominante Rolle ein. Hier wird das mechanische Grundgerüst im Sinne volumetrischer CAD-Modelle mit den mechanischen Funktionen und Kinematiken der Maschine entworfen. Zeitlich versetzt folgt die Phase Elektrokonstruktion. Sie baut auf den Erkenntnissen der mechanischen Konstruktion auf und entwirft z.b. Klemmenpläne oder legt die technologischen Eigenschaften von Sensoren und Aktoren fest. Abermals zeitlich versetzt und somit kurz vor der Montage- und Inbetriebnahmephase findet die Steuerungsprogrammentwicklung statt. Neben der Programmierung der SPS-Steuerung erfolgt die Programmierung der NC-Steuerung bei Werkzeugmaschinen. Während der Inbetriebnahme werden die einzelnen Funktionen der Maschine eingestellt. Die Inbetriebnahmephase teilt sich funktional oft in eine sogenannte Kalt- und Warminbetriebnahme. Während in der Kaltinbetriebnahme nur einzelne Steuerungsfunktionen, Sensoren und Aktoren getestet werden, wird bei der Warminbetriebnahme das Zusammenspiel der einzelnen Funktionen als Gesamtsystem

3 erprobt. Zusätzlich teilt sich die Inbetriebnahme räumlich in eine Vorabinbetriebnahme beim Maschinenhersteller selbst sowie eine betriebsbegleitende Inbetriebnahme beim Nutzer der Anlage. Vertrieb CAD Mechanik Sequentieller Engineering Prozess CAD Elektrik Steuerungstechnik Montage Inbetriebnahme After Sales Service Heutiger Standard im Engineering Prozess von Produktionsmaschinen Vertrieb Mechatronischer Engineering Prozess CAD M&E Steuerungtechnik Virtuelle Inbetriebnahme Maschinensimulation Montage Inbetriebnahme After Sales Service Zukünftiger Engineering Prozess von Produktionsmaschinen Bild 1: Sequentieller und mechatronischer Engineeringprozess mit Maschinensimulation Die Gesamtprojekte und besonders die Inbetriebnahmephase sind oft zeitkritisch projektiert. Die Inbetriebnahme folgt am Ende einer Prozesskette, erst hier werden Maschinenkomponenten zusammengefügt und gemeinsam getestet. Dadurch kann es bei Störungen und Verzögerungen in dieser Phase zu hohen Folgekosten sowohl beim Maschinenhersteller als auch beim Kunden bzw. Maschinennutzer kommen. Seit längerem gibt es diverse Bestrebungen, den sequentiellen Engineeringprozess durch einen mechatronischen Engineering Prozess zu ersetzen. So wurde eine VDI Richtlinie [8] zur Entwicklungsmethodik mechatronischer Systeme und weitere Bestrebungen hinsichtlich eines ganzheitlichen mechatronischen Engineerings und dem Einsatz von Softwaresystemen im gesamten Engineeringprozess [1], [2], [9] entwickelt. Der wesentliche Unterschied des mechatronischen Engineerings ist, dass die mechanische und elektrotechnische Konstruktion sowie die Steuerungsprogrammentwicklung nicht sequentiell nacheinander abgearbeitet werden. Stattdessen erfolgt die Entwicklung parallel als mechatronische Entwicklung des Produktionssystems (Bild 1). Die ganzheitliche und disziplinenübergreifende Betrachtung aus Mechanik, Fluidik, Elektrotechnik und Steuerungsprogrammierung des zu entwickelnden Systems führt zu einer beschleunigten und effizienteren Entwicklungsphase. Zusätzlich ist der Einsatz von Maschinensimulation ein

4 Mittel zur Verbesserung der Produktionssystemgüte insgesamt. Der Einsatz von Maschinensimulation zur virtuellen Inbetriebnahme ist ein von Maschinenherstellern gängiges Mittel [3], [4], [5]. Die virtuelle Inbetriebnahme ist das Bindeglied zwischen der mechatronischen Entwicklungsphase und der realen Inbetriebnahme. An virtuellen Maschinen oder Teilsystemen können vor der eigentlichen Inbetriebnahme z.b. die Steuerungssoftware auf Fehler untersucht, Kollisionen von Bauteilen und Maschinenachsen erkannt und die Taktzeit der Anlage voroptimiert werden. Zum Einsatz der virtuellen Inbetriebnahme ist zwar der Aufbau eines Maschinenmodells notwendig, damit wird jedoch die oben erwähnte zeitkritische reale Inbetriebnahmephase erheblich entlastet. Um Maschinensimulation im Engineeringprozess einbinden zu können, ist die Integration der Simulationsdaten in den Prozess ein wichtiger Faktor [9]. Die Prozessbeteiligten arbeiten mit unterschiedlichen Datenformaten, Datenbanken und Softwaresystemen. Während z.b. der Vertrieb mit Kalkulationen und Angebotsbeschreibungen stark dokumentenorientiert ist, wird in der mechanischen Konstruktion mit CAD- und FEM-Software gearbeitet. Moderne mechatronikorientierte Software wie der Mechatronics Concept Designer zur Nutzung im gesamten Engineeringprozess wird noch selten eingesetzt. Der Einsatz stellt erhebliche Umstellungen im Engineeringprozess dar und ist vielfach nur mit viel Aufwand auf die speziellen Bedürfnisse eines einzelnen Maschinenherstellers konfigurierbar. Auch Neuerungen zur Vereinheitlichung und Aufwertung von Datenformaten in Teilbereichen der Entwicklung wie z.b. der Step-NC Gedanke, der seit 2003 standardisiert ist, konnten sich bis heute nicht durchsetzen [6], [10]. Die Standardisierung von Datenformaten und Datenbanken und die Nutzung einheitlicher Softwaresysteme als prozessübergreifende Systemwelt bilden die Grundlagen zur vollständigen Integration von Maschinensimulation in den Engineeringprozess [9], [11]. Die im Prozess entstehenden und verwendeten Daten werden direkt oder angepasst auch zur Erstellung des Maschinenmodells verwendet. Zur kinematischen Starrkörpersimulation von Maschinen und Anlagen gibt es verschiedene Simulationskonzepte [4]. Es wird z.b. zwischen Echtzeit- und nicht Echtzeit-fähigen Simulationen sowie zwischen Simulationen für SPS- oder NC-gesteuerte Maschinen unterschieden. Eine weitere Unterscheidung ist die Hardware-in-the-loop Simulation, bei der eine reale Steuerung an ein virtuelles Maschinenmodell angebunden ist. Im Gegensatz dazu ermöglichen virtuelle Steuerungen wie virtuelle NC-Steuerungskerne eine Software-in-the-loop Simulation, in der sowohl das Maschinenmodell als auch die Steuerung virtuell über eine Software abgebildet werden. Die Vielzahl macht die Auswahl geeigneter Systeme für den jeweiligen Maschinenhersteller

5 schwierig. Oft lassen sich die Anforderungen der Maschinenhersteller nicht mit einer Maschinensimulationssoftware erfüllen. 3. Methodik zur Prozessintegration modularer Maschinensimulation Trotz des nicht vollständig umgesetzten mechatronischen Engineering Prozesses wünschen sich Unternehmen die Integration der Maschinensimulation, um dadurch Maschinenkonfigurationen oder Steuerungsprogramme abzusichern und somit Prozesse zu beschleunigen. Erschwert wird die Integration dadurch, dass oft keine Serienmaschinen hergestellt werden, sondern die einzelnen Maschinentypen sehr kundenspezifisch ausgerüstet werden. Das bedeutet, dass jede Maschine anders konfiguriert ist und auch ein Maschinenmodell speziell konfiguriert und ausgerüstet werden muss. Ein bewährter Ansatz ist hier die baukastenorientierte Modularisierung der Maschinen, die auch zur Einteilung des Simulationsmodells in virtuelle Maschinenmodule herangezogen werden kann [7]. Bei dieser Modularisierung gibt es konkurrierende Anforderungen zwischen der Produktionsund Prozesssicht des Maschinenherstellers und der Funktionssicht des Maschinenanwenders [12]. Zur wirtschaftlichen Gestaltung der Produktions- und Engineeringprozesse beim Maschinenhersteller steht die Standardisierung von Modulen im Vordergrund. Diese Standardisierung erlaubt z.b. eine Minimierung der Lagerhaltung, größere Stückzahlen in der Fertigung sowie eine optimierte Berücksichtigung der Montage der Maschine. Dagegen ist aus Sicht des Maschinenanwenders die Funktionalität und flexible Nutzung der Maschine im Fokus der Betrachtung. Zusätzliche Anforderungen entstehen aus den Limitationen der eingesetzten Simulationssoftware. Die Abgrenzung der Maschinenmodule sollte im gesamten Engineeringprozess einheitlich durchgeführt werden und sowohl für die reale Maschine als auch für das Simulationsmodell der Maschine gleich sein. Zur einheitlichen Nutzung in Maschinensimulationsmodellen wird eine Einteilung in drei Grundmodule (Bild 2) vorgeschlagen: Basismaschine, Serienmodule und Kundenmodule. 1. Basismaschine Die Basismaschine umfasst die grundlegenden Funktionen, die alle Maschinen eines Maschinentyps gemeinsam haben. Hierzu zählen z.b. das mechanische Grundgerüst, die Standardachskonfiguration, Standardnebenanlagen und grundsätzliche Steuerungsfunktionen. Die Basismaschine ist aus einzelnen Funktionsmodulen aufgebaut. Diese bilden die Hauptfunktionen des Maschinentyps und können in Balance mit den verschiedenen Anforderungen aus Engineeringprozess, Kundenfunktionalität und Simulation

6 abgegrenzt werden. Sie sorgen für einen hohen Standardisierungsgrad im Engineerungprozess, maximieren den Nutzen des Maschinenanwenders und sorgen für eine schnell konfigurierbare Maschinensimulation. Zur Anbindung der weiteren Module an die Basismaschine muss diese sowohl real als auch in der Simulation über die notwendigen Schnittstellen verfügen. Die Definition und die Abgrenzung der Basismaschine ist für jeden Maschinentyp einzeln festzulegen. Kunden modul Serienmodule Basismaschine FunktionsmodulC FunktionsmodulA FunktionsmodulD FunktionsmodulB Kunden Flexibilität Kunden Funktionalität Kunden -modul Basismaschine Serienmodule Produktions- und Prozessoptimierung Standardisierung Bild 2: Maschinen- und Simulationsmodule und deren Einteilung 2. Serienmodule Die Serienmodule sind Anbauteile und Konfigurationen, die an vielen kundenspezifisch ausgerüsteten Maschinen in unterschiedlichen Variationen eingesetzt werden können. Diese Module werden im Regelfall nicht neu oder speziell für einen Kunden konstruiert, sondern nur flexibel mit anderen Serienmodulen und der Basismaschine kombiniert. Die Verbindung erfolgt ebenfalls über funktionsgerechte und möglichst standardisierte Schnittstellen [8]. 3. Kundenmodule Kundenmodule umfassen kundenspezifische Konfigurationen und Komponenten, die speziell für einen Kunden entwickelt werden. Es kann sich hierbei sowohl um Eigenkonstruktionen als auch um komplette Zukaufmodule handeln. Zur Integration dieser Module kann es nötig sein, die Basismaschine oder Serienmodule in ihren mechatronischen Schnittstellen zu ergänzen. Die so erreichte Modulabgrenzung soll nicht nur für die Maschinensimulation als solches, sondern von allen Prozessbeteiligten auch in Bezug auf die reale Maschine genutzt werden.

7 4. Beispielhafte Integration modularer Maschinensimulation Die beispielhafte Einteilung der Maschinenmodule sowie die Integration in den Engineeringprozess wird an einem Mehrspindeldrehautomat der Firma Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG vorgenommen (Bild 3). Dabei handelt es sich um kundenspezifisch ausgerüstete Drehautomaten zur automatisierten Großserienfertigung komplexer Drehteile. Bild 3: Außen- und Innenansicht Mehrspindeldrehautomat Typ SCX Die Basismaschine ist spezifisch für den jeweiligen Maschinentyp des Mehrspindeldrehautomaten, der sich in diesem Beispiel durch den zu bearbeitenden Werkstückdurchmesser des Rohmaterials definiert. Die Basismaschine des Maschinentyps ist immer gleich ausgestattet und enthält u. a. alle Standardachsen, die Steuerung sowie alle nötigen Nebenanlagen. Die Basismaschine wird aus einzelnen Funktionsmodulen gebildet. Ein Beispiel hierzu sind die Hauptspindelachsen, verbaut in der Spindeltrommel. Diese Funktionsmodule sind in allen Einbaupositionen gleich. Für jede Maschine werden mindestens sechs Module eingesetzt. Die Wiederverwendung der Module schafft eine wirtschaftlichere Fertigung durch Nutzung hoher Stückzahlen. Ein zweites Beispiel für ein Funktionsmodul ist das in das Maschinenbett integrierte Hydraulikmodul. Hier sind besonders die Faktoren Leistungsfähigkeit und Montage entscheidend für die Abgrenzung des Moduls. Die beiden Beispiele zeigen, dass die Basismaschine sowohl der realen Maschine als auch des Simulationsmodells zwar die gleichen Funktionen und Standardkonfigurationen aufweist, die einzelnen Funktionsmodule jedoch eine unterschiedliche Bedeutung bekommen. Während die Hauptspindelachsen auch im Simulationsmodell realitätsnah abgebildet werden müssen, ist dies bei dem Hydraulikaggregat in dieser Form nicht notwendig. Dies vereinfacht den Aufbau des Simulationsmodells Basismaschine.

8 Ein Beispiel für ein Serienmodul ist ein Entnahme- und Palletiersystem für fertige Werkstücke (Bild 4). Das Beispiel zeigt die Komponenten dieses Moduls, aufgeteilt in mechanische Komponenten wie Greifzange und Getriebe, elektrische Komponenten wie Antriebe und Steuerungskomponenten wie die Sensorik zur Regelung des Antriebs und die Anbindung an die Steuerungshardware. Fördereinrichtung Steuerungsanbindung Antrieb Drehsensor Spannzange Getriebe Greifarme Bild 4: Entnahme und Palletiereinrichtung (Serienmodul) Mit entsprechenden Schnittstellen wird eine schnelle Verbindung des Serienmoduls mit der Basismaschine sichergestellt. So ist für das genannte Beispiel ein fester Einbauraum vorgesehen und die steuerungstechnische Hard- und Software vorbereitet. Sollte die Maschine an dieser Stelle mit einem anderen Serien- oder Kundenmodul bestückt sein, lässt sich dies in der Simulation schnell umkonfigurieren. Als Serienmodule bei Mehrspindeldrehautomaten können auch die verschiedenen Bearbeitungsköpfe angesehen werden. Diese werden über Standardschnittstellen mit den verschiedenen Werkzeugachsen verbunden. Die Bearbeitungsköpfe unterscheiden sich nach Anzahl der Werkzeugaufnahme und können mit unterschiedlichen, angetriebenen und nicht angetriebenen Werkzeugen sowie diversen anderen Sensoren und Aktoren bestückt sein. Durch die flexible Kombination dieser Bearbeitungsköpfe wird die Basismaschine auf die speziellen Anforderungen des Anwenders ausgerichtet. Die Kundenmodule decken zusätzliche Funktionen für den Anwender ab, die mit Hilfe der Kombination aus Basismaschine und den diversen Serienmodulen nicht realisierbar oder sogar unerwünscht sind. Das Beispiel zeigt einen speziell konstruierten Bearbeitungskopf (Bild 5), basierend auf einem Serienmodul. Die Kundenmodule decken zusätzliche

9 Funktionen für den Anwender ab, die mit Hilfe der Kombination aus Basismaschine und den diversen Serienmodulen nicht möglich oder unerwünscht sind. Bild 5: Bearbeitungsköpfe links als Serien-, rechts als Kundenmodul Zur Anbindung an die Basismaschine bzw. die Maschinensimulation wird in diesem Fall die vorhandene Schnittstelle des Serienmoduls genutzt. Die so abgegrenzten Module lassen sich zur schnellen Konfiguration der Simulation auch einer kundenspezifisch ausgerüsteten Sondermaschine nutzen. Für die jeweiligen Anwender, die meist nicht geübt sind im Umgang mit Maschinensimulationen, kann ein einfaches Konfigurationstool auf die eigentliche Simulationssoftware aufgesetzt werden. Dieses Konfigurationstool ermöglicht über einfache Auswahl der einzelnen Module die Erstellung des Simulationsmodells. 5. Unterstützung im Engineeringprozess durch Modularisierung Die oben beschriebene Modulbildung zum schnellen Aufbau kinematischer Maschinensimulation kann vielen Prozessbeteiligten einen Nutzen erbringen. Beginnend beim Vertrieb können hier Kalkulationen und Angebotsdokumente schnell auf Basis der abgegrenzten Module erstellt werden. Die Simulation kann im einfachsten Fall zur frühen Visualisierung der kundenspezifischen Maschine dienen. Zusätzlich lassen sich mit der Maschinensimulation in einem Angebot angegebene Leistungsdaten und Taktzeiten der Maschine absichern. In der Konstruktionsphase können mit Hilfe der Maschinensimulation nicht nur eventuelle Störungen und Kollisionen von Maschinenachsen erkannt werden. Es gibt auch Bestrebungen, die Maschinensimulation sehr früh in der Entwurfsphase einer Maschine einzusetzen, um das Konzept eines neuen Maschinentyps abzusichern [13]. Das so erstellte, grobe Simulationsmodell kann in späteren Prozessschritten detailliert werden.

10 Der Nutzen der Maschinensimulation zur virtuellen Inbetriebnahme wurde zahlreich untersucht [3], [4], [5] und ist der heute häufigste Anwendungsfall. Die virtuelle Inbetriebnahme beschleunigt den eigentlichen Inbetriebnahmeprozess vor allem hinsichtlich fehlerfreier und voroptimierter Steuerungssoftware. Auch lassen sich Umkonfigurationen zur Optimierung in der Inbetriebnahmephase vorab mit einem Simulationsmodell validieren, so dass nur solche Konfigurationen Umsetzung finden, die im Simulationsmodell eine Verbesserung zeigten. Im After-Sales-Service gibt es ebenfalls Einsatzfälle. So kann die Maschinensimulation z.b. zur vorbeugenden Maschinendiagnose eingesetzt werden [14]. Ein ähnliches Einsatzgebiet ist die betriebsparallele Simulation. Auch im Störungsfall kann via Fernwartung die Maschinensimulation zur Problemerkennung herangezogen werden. Außerdem ist das erstellte kundenspezifische Maschinenmodell für den Anwender für die Offline- Programmierung und Optimierung einzusetzen. Zusätzlich lässt sich die virtuelle Maschine zur Schulung des Fachpersonals nutzen. Die Verantwortung zur Erstellung und Pflege muss in den Prozess integriert werden, was durch unterschiedliche disziplinenspezifische Datenformate und Datenbanken erschwert wird. Nicht alle beteiligten Prozessschritte eignen sich gleichermaßen, der dokumentenorientierte Vertrieb z.b. ist aufgrund fehlender technologischer Kenntnisse und einem hohen Abstimmungsbedarf nicht geeignet. Eine Ansiedlung im Bereich der mechanischen Konstruktion bietet den Vorteil, dass die notwendigen CAD-Daten ohnehin in dieser Abteilung entstehen und verwaltet werden. Allerdings liegen hier nur geringe Kenntnisse über die Ablaufsteuerung und das Prozessverhalten der Maschine vor. Ähnlich verhält es sich im Bereich der Elektrokonstruktion und Steuerungsprogrammierung. Auch in diesen Abteilungen entstehen zur Simulation notwendige Daten, aber ein Gesamtprozessüberblick liegt hier nicht vor. Die Inbetriebnahme hat einen sehr guten Prozessüberblick und verfügt außerdem über ein großes Nutzenpotential durch den Einsatz einer Maschinensimulation. In dieser Abteilung sind ohnehin Fachkräfte aus den verschiedenen Disziplinen Mechanik, Fluidik, Elektrotechnik und Steuerungstechnik vertreten. Damit ist die Inbetriebnahme grundsätzlich geeignet, die Sammlung der Simulationsdaten aus den anderen Abteilungen und den Aufbau der Simulationsmodelle zu übernehmen und zu verwalten. Ebenfalls denkbar ist eine eigenständige Simulationsabteilung. Diese führt jedoch zu zusätzlichen Kosten und hat einen großen Abstimmungsbedarf mit anderen Abteilungen, in denen simulationsrelevante Daten entstehen.

11 Die Integration der Maschinensimulation ist ein wichtiger Schritt hin zu einem ganzheitlichen, mechatronischen Engineeringprozess. Durch die Nutzung der Maschinensimulation in vielen Prozessschritten wird der Aufbau von Simulationsmodellen wirtschaftlich gestaltet. Die Verantwortung zur Verwaltung der Simulationsdaten und modelle kann nur durch wenige beteiligte Prozessschritte sinnvoll übernommen werden und ist zusätzlich abhängig von Faktoren wie der Unternehmensgröße, dem Produkt und dem vorliegenden Engineeringprozess. 6. Zusammenfassung und Ausblick Die Prozessintegration von Maschinensimulation in den Engineeringprozess von Maschinenbauunternehmen spielt eine wichtige Rolle auf dem Weg zu mechatronischen Engineeringprozessen. Das beispielhafte modular aufgebaute Simulationsmodellkonzept zeigt, wie auch in sequentiellen Engineeringprozessen des Sondermaschinenbaus von kundenspezifisch ausgerüsteten Maschinen die Integration einer Maschinensimulation gelingt. Vorrangiges Ziel ist die schnelle Erstellung eines Simulationsmodells, um vielen Prozessbeteiligten die Nutzung der Simulation zu ermöglichen. Je häufiger das erstellte Simulationsmodell genutzt wird, desto größer ist die Rentabilität der Modellerstellung. Das Beispiel zeigt, wie Prozessbeteiligte neben der virtuellen Inbetriebnahme die Simulation nutzen können. Die Verantwortung für die Simulationsdatensammlung, -pflege und Modellerstellung muss durch eine Abteilung getragen werden. Dies kann durch einen geeigneten Prozessbeteiligten wie die Inbetriebnahmeabteilung oder eine eigenständige Simulationsabteilung erfolgen. Die Auswahl ist abhängig von verschiedenen Faktoren und unternehmensspezifisch festzulegen. Wichtig bei der Modularisierung ist, dass diese sowohl für die reale Maschine als auch für das Simulationsmodell gleich ist. Dies gewährleistet die Integration in den Engineeringprozess und die Akzeptanz aller Prozessschritte. Weiterer Forschung bedarf es hinsichtlich einheitlicher Datenbanken und Datenformate. Zur Erleichterung des Umgangs mit Simulationsmodellen und software sind Hilfstools zu entwickeln, welche die breite und einfache Nutzung im Engineeringprozess zulassen. Literaturhinweise [1] Weyrich, M.: Virtual Production Line Vom Produkt Engineering, über die virtuelle Fertigung bis zum fertigen Produkt. FTK 2008, Fertigungstechnisches Kolloquium Stuttgart, S , 2008.

12 [2] Klemm, P., Rüdele, H., Weimer, T.: Durchgängiges Engineering von mechatronischen Systemen. Fertigungstechnisches Kolloquium Stuttart (FTK 2006), S Stuttgart: Gesellschaft für Fertigungstechnik [3] Zäh, Lindworsky: Virtuelle Inbetriebnahme Nutzenmaximierung durch Automatisierung der Modellerstellung, Tagungsband Internationales Forum Mechatronik, S , [4] Wünsch, G.: Methoden für die virtuelle Inbetriebnahme automatisierter Produktionssysteme. München Herbert Utz Verlag [5] Denkena, B.; Brecher, C.: Ramp-Up/2 Anlaufoptimierung durch Einsatz virtueller Fertigungssysteme. Abschlussbericht. Frankfurt am Main: VDMA-Verlag [6] Weck, M., Brecher, C.: Werkzeugmaschinen Automatisierung von Maschinen und Anlagen. Berlin [7] Verl, A., Müller, V., Haubelt, A.: Baukastenbasiertes simulationsgestütztes Engineering. A&D Kompendium, S , München publish-industry Verlag GmbH, 2009/2010 [8] Verein Deutscher Ingenieure: VDI Richtlinie 2206 Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme, Düsseldorf VDI Verlag, [9] Reuter, A. Müller, V., Verl, A.: Disziplinübergreifendes Engineering - Integration von Simulationsdaten in mechatronische Komponentenmodelle, S wt Werkstattstechnik online Jahrgang 100 H. 5, [10] Wolf, J.: Steuerungsintegrierte, adaptive Programmausführung einer aufgabenorientierten Programmierung in STEP-NC. Diss., Aachen, Techn. Univ., [11] Brecher, C., Karlberger, A.: Modellbasierte Entwicklung von Werkzeugmaschinen - Zunehmende Komplexität von Werkzeugmaschinen erfordert neue Ansätze im Engineering, wt Werkstattstechnik online 99, S , [12] Abele et al: Produktionsgerecht modularisieren. wt Werkstattstechnik online 99, S , [13] Angerbauer, R et al: aquimo: Ein Leitfaden für Maschinen- und Anlagenbauer - Adaptierbares Modellierungswerkzeug und Qualifizierungsprogramm für den Aufbau firmenspezifischer mechatronischer Engineeringprozesse. Frankfurt a. M.: VDMA Verlag [14] Klemm, P., Oglodin, V., Salinas, L.: Konzept zur steuerungsinternen vorbeugenden Maschinendiagnose. wt Werkstattstechnik online 100, S , Danksagung: Der Beitrag entstand im Rahmen des Projekts ProSim - After Sales Service durch NC-Programmsimulation für kundenspezifisch ausgerüstete Werkzeugmaschinen unter Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie