Kompetenz durch Simulation - Hilfsmittel für Entwicklung, Inbetriebnahme und Anwendung von Großpressen

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1 Kompetenz durch Simulation - Hilfsmittel für Entwicklung, Inbetriebnahme und Anwendung von Großpressen Schuler Pressen GmbH 10. Mai 2006 Dr.-Ing. Rainer Lutz

2 Das Unternehmen Systemanbieter für Umformtechnik Gründung 1839 in Göppingen Technologie- und Weltmarktführer Global Player mit internationalem Fertigungsverbund 1999 Börsengang Mitarbeiter weltweit ( )

3 Standorte Produktionsstätten in Europa, Amerika und Asien Vertriebs-, Engineering- und Servicestützpunkte in über 50 Ländern USA Großbritannien Frankreich Spanien Deutschland China Indien Brasilien

4 Geschäftsbereich Forming Systems Automotive Line: Umformsysteme für die OEMs Compact Crossbar-Transferpresse, Opel, Belgien Hybridpressenlinie, Shenyang Brilliance Jinbei Automobile, China

5 Simulationseinsatz im Produktzyklus von Großpressen Entwicklung MechanikKonstruktion Dynamische Maschinensimulation ElektroKonstruktion SoftwareErstellung Funktionale Maschinensimulation Inbetriebnahme Anwendung Kinematiksimulation

6 Dynamische Maschinensimulation Entwicklung Mechanik- Konstruktion Elektro- Konstruktion Software- Erstellung Inbetrieb- nahme Anwendung Dynamische Maschinen- simulation

7 Beispielanwendung: Synchronlauf einer Pressenlinie

8 Dynamische Maschinensimulation Ausgangssituation in der Entwicklung: g Bau von Prototypen wegen hoher Investitionskosten zu teuer, g die zur Verfügung stehende Zeit zwischen Entwicklung einer Technik und der Auslieferung an den Kunden ist extrem kurz. Untersuchungen müssen an virtuellen Prototypen, d.h. Simulationsmodellen, durchgeführt werden

9 Dynamische Maschinensimulation Anforderungen bei der Entwicklung einer neuen Umformanlage: g Geforderte Kennwerte müssen erfüllt werden, z.b.: g Umform- und Ziehkräfte, g Teileausbringung, g Produkt muß möglichst preiswert sein, z.b. durch g Konstruktionsprinzip, g Auswahl eingesetzter Komponenten. Lösungsweg: g Erstellung eines Maschinen-,, Antriebs- und Prozeßmodells als Basis für dynamische Maschinensimulation, g Durchführung von Untersuchungen zur Bestimmung optimaler Konstruktionsausführung und Komponentenauswahl.

10 Beispielanwendung: Synchronlauf einer Pressenlinie Ausgangssituation: g Pressenlinie mit 1 Kopfpresse und 4 Folgepressen, Automatisierung g mit Crossbar- Feedern, g Bisher: Produktionsbetrieb mit Start-/Stop von Pressen und Feedern, g Nachteile: - begrenzte Teileausbringung, - hohe Belastung von Kupplung/Bremse, - hoher Energieverbrauch. Zielsetzung: g Produktionsbetrieb im Dauerlauf von Pressen und Crossbar-Feedern. Aufgabenstellung: g Möglichst genauer Synchronlauf der Pressen, g Antriebsauslegung und -auswahl, g Reglerauslegung der Steuerung.

11 Modell der Pressenlinie (Hier: Kopf- und 1. Folgepresse)

12 Nutzen der dynamischen Maschinensimulation g Mathematisches Modell von Presse, Antrieben und Prozeß bildet Grundlage für Simulationsreihen, g Simulationsreihen werden unter Struktur- und Parametervariation durchgeführt und ermöglichen die Optimierung der Auslegung, g Problempunkte werden erkannt und können detailliert betrachtet (simuliert)( werden, g Simulationsergebnis bildet Grundlage für konstruktive Entscheidungen. ngen.

13 Funktionale Maschinensimulation Entwicklung Mechanik- Konstruktion Elektro- Konstruktion Software- Erstellung Inbetrieb- nahme Anwendung Funktionale Maschinen- simulation

14 Merkmale bei der Erstellung und Inbetriebnahme von SPS-Software Software Große Komplexität g Anlage umfaßt viele Funktionen und Funktionsgruppen, Steuerungs- und Bussysteme, g funktionales Zusammenwirken von Funktionen und Systemen ist sehr komplex und schwierig testbar. Hoher Zeitdruck vor Kundenübergabe g Inbetriebnahme der Gesamtfunktion ist im allgemeinen erst beim Kunden K möglich, g Spezifikations- oder Programmierfehler können somit oft erst spät bemerkt werden, g oft werden Tests wg. möglicher Schäden nicht durchgeführt (z.b. Fehlerreaktionen).

15 Test und Simulation von SPS-Software Software Lösungsweg: g Einsatz eines Systems zur Simulation des Maschinenverhaltens (funktionale Maschinensimulation), g Durchführung einer virtuellen Inbetriebnahme der Steuerungs-Software Software bevor die reale Anlage steht.

16 Simulationsarbeitsplatz WinMod Siemens CPU Steuerung Simatic S7 Siemens CP Bildschirm 1: - Simulationsmodell Bildschirm 2: - Visualisierung (WinCC) - Programmiersystem (STEP7) Profibus- DP STEP 7 SIMATIC Manager 5.3 SIMATIC WinCC 6.0 Simulationsrechner mit Profibus-Einsteckkarte und 2 Bildschirmen

17 Anwendung der Simulation Mechanische Pressenlinie Changan Ford, China: g 5 Stufen: KN, 12000KN, 10000KN, 10000KN, 10000KN, g Hydraulische Zieheinrichtung in Stufe 1, g Platinenlader, g Automation über Crossbar-Feeder.

18 Modellumfang Simulationsaufbau Pressenlinie Changan Ford, China Einzelmodule: g Presse, g Belade- und Crossbar-Feeder, g Zieheinrichtung. Produktionsbetrieb: Verkettung von g 3 Pressen, g 4 Feedern. Ungefährer Zeitaufwand für Simulationsmodellerstellung und Durchführung der Tests: 1000 h

19 Anwendung Pressenline: Simulationsaufbau Hardware g 4 Siemens S7-400 Maschinensteuerungen g 4 Pilz PSS Sicherheitssteuerungen g 5 Industrie-PCs mit Beckhoff TwinCAT PLC/NC /NC-PTP (MotionControl) und Siemens WinCC (Visualisierung) g 10 Servo Drives: Bosch-Rexroth Indradrive g Bussysteme: Ethernet, Safety Bus P, Profibus, Sercos, Realtime-Ethernet Ethernet

20 Nutzen der funktionalen Maschinensimulation g Anlagentest ist bereits vor Fertigstellung der Anlage möglich, dadurch d Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme, g Investitionskosten werden gering gehalten, g es können Fehlerreaktionen gefahrlos geprüft werden (ohne Schäden n zu verursachen), g es können bestimmte Betriebs- oder Fehlersituationen einfach nachgestellt und / oder automatisiert getestet werden (Testsequenzen), g schrittweiser Übergang von der virtuellen zur realen Anlage möglich. g Funktion des Bedien- und Visualisierungssystems kann getestet werden, g Anlagenkenndaten können geprüft; Leistungstests und -nachweise erbracht werden, z.b. g Werkzeugwechselzeit, g Ausbringung an Teilen.

21 Kinematiksimulation Entwicklung Mechanik- Konstruktion Elektro- Konstruktion Software- Erstellung Inbetrieb- nahme Anwendung Kinematik- simulation

22 Kinematiksimulation Ausgangssituation: g Moderne Großpressen beinhalten programmierbare Transfersysteme, g Programmierung der Transfersysteme erfolgt über elektronische Kurvenscheiben, K g Ziele der Kurvenscheiben-Programmierung: g Erzeugung kollisionsfreier Bewegungen, g Optimierung der Pressenhubzahl und Teileausbringung. g Randbedingungen: g Aufnahme- und Ablagepositionen sind werkzeugspezifisch, g Kollisionsgefahr für Transfer, Tooling und Werkstück mit Maschinen en- und Werkzeuggeometrie, g Grenzwerte von Mechanik und Antriebstechnik müssen beachtet werden. en.

23 Systemaufbau Simulationssystem Liefert Bewegungsdaten unter Berücksichtigung von Kinematik, Grenzwerten MotionControl 3D-Maschinenmodell (Schuler) Berechnungsmodul (Schuler) 3D-Werkzeugmodell (Anwender) Simulations- system UGS E-factory stamping software

24 Kinematiksimulation

25 Erkennung Kollisionsfall

26 Behebung Kollisionsfall

27 Beispielhafte Kostenersparnis bei der Einarbeitung eines Werkzeugsatzes Ohne Simulation: Programmierung und Optimierung an der Anlage g Zeitbedarf an der Anlage: 3 Schichten à 7 h = 21 h, g Maschinenstundensatz: 5000 $. g Gesamtkosten: 21 * 5000 $ = $. Mit Simulation: Programmierung und Optimierung offline g Zeitbedarf an der Anlage: 1 Schicht à 7 h = 7 h, g Maschinenstundensatz: 5000 $. g Gesamtkosten: 7 * 5000 $ = $. Kostenersparnis: $

28 Nutzen der Kinematiksimulation g Kurvenerstellung und -optimierung ohne reale Anlage möglich (die produzieren kann) - dadurch Kostenersparnis, g kein Kollisionsrisiko bei der Optimierung, g Simulationsergebnisse erlauben Rückschlüsse für die Werkzeugkonstruktion (für optimale Pressenhubzahl und Teileausbringung).

29 Zusammenfassung g Simulation wird inzwischen als Hilfsmittel in nahezu allen Phasen n des Produktlebenszyklusses von Großpressen eingesetzt. g Simulation dient vor allem zur Minderung von Risiken und Kosten. g Simulation ist für die dargestellten Anwendungen zu einer Kernkompetenz von Schuler Pressen geworden.

30 - ENDE - noch Fragen?

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