EasyKit. Entwicklungsmethodik für mechatronischer Systeme. Gerd Bauer efm-systems GmbH

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1 Entwicklungsmethodik für mechatronischer Systeme Gerd Bauer efm-systems GmbH

2 Ausgangslage Verwendung von Funktionsblöcken beschleunigen Schaltungsentwurf mit E-CAD Entwicklungsprozess, aber: Mechanik 60-80% über vorhandene Funktionsblöcke Platinenherstellung Elektronik ca. 50% Software firmeninterne Blöcke, in der Regel für jede Applikation neu Expertenwissen auf jedem Gebiet erforderlich Expertenwerkzeuge erforderlich, die untereinander nicht kompatibel sind Konstruktion mit CAD Mechatronisches System mit Embedded Controller Programmierung

3 Zielstellung Schaltung aus Funktionsblöcken Vorteile: Verwendung definierter Funktionsblöcke auf allen Ebenen Durchgängiger Entwurfsprozess Beschleunigter Entwurfsprozess Verknüpfung von Software und Hardware im frühen Entwicklungsprozess Offenes, herstellerübergreifendes System Vermeidung von Expertenwissen/ Expertenwerkzeugen Bessere Verständlichkeit des Systems und des Entwurfsprozesses Unterstützung industrieller Trends: Embedded Systems/ Intelligenz vor Ort Verringerung des Verkabelungsaufwandes Konstruktion mit CAD Mechatronisches System Blockorientierte Programmierung

4 EasyLab Programmierwerkzeug Bibliotheken EasyLab, LabView) EasyKit EasyKit Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme Best Practice (EasyKit, Cheap Lap, MST-Fühler, Demenzarmband,...) EasyKit Hardware/Software Co-Design Match-X Bausteine und Komponenten Match-X Schnittstellen und Standards Technologie Layoutvorlagen Fertigungshilfsmittell Testwerkzeuge

5 Durchgängiges Entwicklungskonzept 3-Stufen Konzept Modularität/Funktionsbausteine in: Hardware Software Bildquellen: efm-systems

6 Stufe 1 Ziel: Rapid Engineering schnell zum Funktionsmuster Einfacher Aufbau Viele verfügbare Funktionen Widerverwendbarkeit der Funktionen Hardware-/Software Co-Design Bildquellen: efm-systems

7 Stufe 1 Verbindung Steckverbindung Einfach zu handhaben Wieder lösbar Viele Steckzyklen Bildquellen: efm-systems

8 Stufe Bausteine und Platinen Beispiel: Prozessorbaustein CPU2.x Bausteine sind beschaltet u. enthalten komplette Funktionalität PIC 16F876A Taktgeber, Reset-Funktion Schnittstellen: RS232 oder RS485, SPI Baugröße: 12,5mm x 12,5mm Bildquelle: efm-systems

9 Stufe 2 Ziel: Systemaufbau für Test und Kleinserie Komplett einsatztauglich Einfach montierbar Zuverlässigkeit vollständig gegeben Schneller Übergang von Stuf e 1 zu Stufe 2 Bildquellen: efm-systems

10 Stufe 2 Basis Direkter Systemaufbau aus Funktionsträgern und Komponenten Funktionsträger und Komponenten einzeln verfügbar Reduzierung der Bauelemente und Schnittstellen Konventioneller Leiterplattenaufbau Hilfsvorrichtung für Fertigung verfügbar Bildquellen: efm-systems

11 Stufe Entwicklung + Fertigung Hardware/Elektronik Basislayout verfügbar (Eagle) Schaltung einfach integrierbar Interner Bus an Außenseiten einfach verlötbar Empfehlungen für Ausfräsungen und Nutzenanordnung Empfehlungen für Leiterplattenhersteller Bauelemente und Funktionsträger verfügbar Bildquellen: efm-systems

12 Stufe 3 Serienprodukt Einfacher Übergang zu Serienprodukt Schaltungen und Bauelementeauswahl aus Stufe 1/2 verwendbar Layoutbibliotheken verwendbar Softwarebibliotheken verwendbar Bildquellen: efm-systems

13 EasyLab Modulare Software für Modulare Hardware Programmierwerkzeug EasyLab Grafische Programmieroberfläche Bibliotheken für unterschiedliche Funktionen Code-Generator Interaktive Debugging Möglichkeiten Unterstützung unterschiedlicher Prozessoren (8-bit) Bildquelle: TU München

14 Software EasyLab Definition neuer Funktionsblöcke durch Benutzer Beschreibung der Schnittstelle nach außen Templates für Code-Generierung Im XML-Format Plugin-Schnittstelle Parametrisierung und Debugging Bildquelle: TU München

15 Anwendung Pneumatikzylinder Leistungsdaten: Pneumatikzylinder ADN-20 Wegmesssystem SMAT Drucksensor SDE,Näherungsschalter SMT Zwei Ventile der Baureihe MHA1 Integriertes System aus Bausteinen zum positions- und kraftgesteuerten Ausfahren des Zylinders Bildquelle: efm-systems

16 Anwendung Didaktikbaukasten efm-kit Bestehend aus: 6 unterschiedlichen Bausteinen mit lösbaren Verbindungen Sensoren + Demoboard PC-Programme Zum Aufbau von Einzelnen Sensor-/ Aktorsystemen Kleinen Regelkreisen Bildquellen: efm-systems

17 Anwendung Sensortechnik Erweiterung vorhandener, analoger Sensoren Unterschiedliche Interfaces für analoge Sensoren Signalverarbeitung Zusatzfunktionen (Mittelwert, Kalibrierung, Grenzwertüberwachung) Busanbindung (CAN-Bus, Modbus, Profibus) Bildquelle:efm-systems

18 Anwendung Aufbau eines Mess- und Regelkreises mit folgenden Größen: Durchfluss und Druck, Ausgang je 0 10V Temperatur, Pt100 Ventil, 24VDC, 200mA Mess- und Regelkreise Funktionsmodule Prozessor-Baustein Treiber-Baustein Signalwandler-Baustein Stellgröße Automatisierungsaufgabe Regeldiff. Regler Messeinrichtung Prozess Regelgröße Führungsgröße Stelleinrichtung Software-Module im Blockdiagramm CPU 2.1 PWMD 1.0 I/O zum Prozess TEM 2.0 Aufbau eines Netzwerks mit Bussystem Geringer Verkabelungsaufwand Datenzugriff und Einstellung per PC Bildquelle: FESTO Didactic, efm-systems

19 Zusammenfassung Vorteile Verwendung definierter Funktionsblöcke auf allen Ebenen -> kurze Entwicklungszeiten und geringe Entwicklungskosten Vermeidung von Expertenwissen und Expertenwerkzeugen Unterstützung industrieller Trends: Embedded Systems Vernetzung Einfacher Aufbau von Mess- und Regelkreisen Verknüpfung von Software und Hardware im frühen Entwicklungsprozess Offenes, herstellerübergreifendes System Einfache Handhabung und Robustheit Bildquelle: efm-systems

20 Danksagung Unser Dank gilt dem BMBF für die Förderung des Vorhabens und dem Projektträger FZK-PTKA für die sehr gute Betreuung sowie den Projektpartnern für eine sehr intensive Zusammenarbeit.