Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen für Abkantpressen

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1 TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen für Abkantpressen Martin Bruckner Leitung Sensorik und Regelungstechnik Pasching, MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

2 Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen Inhalt Vorstellung TRUMPF Maschinen Austria GmbH & Co. KG. Einsatz von MATLAB/Simulink in der Entwicklung bei TRUMPF Österreich Workflow bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen are Entwicklung in MATLAB/Simulink: Gründe/Herausforderungen Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 I4.0: Predictive Analytics bei TRUMPF MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

3 TC 500R Turbo- Laser Ausbau USA TOP Qualifizierung Mitarbeiter Integrierte Produktentwicklung TLC 5005 FEM Trumabend V-Serie Zielvereinbaru ng TruLaser TruLaser 5040 Fiber TruLaser TruStore 1030 Cell TruLaser Ultrakurz- 1030/ TruLaser Tube 7000 Puls-Laser 3030 NEU TruBend TruTops TC 1000 R TLC TC 3000 L TruLaser TruLaser Cell Boost 2030 TruBend Cut ÜF TruLaser Tubematic TCL Qualifier TRB TSC Fiber TruLaser Tru Tops TruMatic BrightLine V-Serie TLC 1005 TC L Fab 3000 Fiber fiber TC L 3040 TruPunch TruMatic TC 5000R 3000 TCL Schaltschrank Produktion in Produktion in 7000 TC 600L TC 3000 R CZ China TC 2000R TG 2. Job Shop TC 6000 L TCL Russland in China Erwerb JFY TC 200R 2510 TG Indien Produktion Erwerb Job Shop TLC 6005 Bendmaster In Japan Produktion IMM TG Rep TG Produktion 1. Job Shop Indonesien NL Office Produktion Japan neu TG Ungarn Korea Taiwan CN Joint VSZ Italien Vietnam in Mexiko TG Med. Prod. Produktion Produktion Singapur Venture VSZ In China TG Produktion in Faserlaser in China Singapur Erwerb Tschechien Deutschland Polen GB (SPI) Codatto MIT Gruppenarbeit SAP R/3 Familientage KVP Bündnis für Arbeit FK- Beurteilung Arbeitszeitregelung FK- Trainings Kundenorientierung PO Reorganisation arisieru ng Produktionseinheiten 3D -CAD Qualitätsstandard Karrierebausteine Mitarbeiterbefragungen Internationaler Personal- politik Gesundheits 3. Bündnis Potentialanalyse Experten- Bündnis für für Arbeit austausch Arbeit bei TE 2. Bündnis Mitarbeiterportal Hierarchie- Zentral- ERA ebenen Standard Bündnis für MINT für Arbeit Global Arbeit bei Programm ebenen Neues bereiche Kenn-zahlen Sales Service TWN Talentprogramm Broschürenkonzept Quali in Führungs- KIS Excellence Spezis Standard TPM Virtual Reality Projektmgmt Technologie Kurzarbeit strukturen Lieferanten Bündnis für Teams Synchrone VR Büro Produktpfleg management Arbeit 2016 Produktion SYNCHRO SYNCHRO Innovationsmgmt Produktakte e teams OE Purchasing 4 Purchasing ForsaT SYNCHRO plus Excellence FMEA Messekonzept NPI Renditeprogramm R10 TRIZ Excellence Tru-Name TruServices QFD InfoTec Kata CRM Entwicklungs- smart Plattformentwicklunm xpert LT PM Produktmgmtportal Standort 50:50 Lieferanten- Easy WM Entw.konzept Multiprojektmanagement e Nutzenorientier tes Pricing Baureihe TRUMPF ist ein Familienunternehmen Technologieführer seit 1923 in zwei Geschäftsbereichen international aufgestellt Innovationsführer Maschinen* Märkte Tochtergesellschaften ständige Veränderung Menschen Methoden Ausbildung SYNCHRO- * Geschäftsbereich Werkzeugmaschinen MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

4 Auf einen Blick Unternehmenskennzahlen Geschäftsjahr 2015/16 Umsatz (in Mio. ) 2.808,5 Ergebnis vor Steuern (in Mio. ) 303,1 Umsatzrendite vor Steuern (in %) 10,8 Investitionen (in Mio. ) 137,6 F+E Aufwendungen (in Mio. ) 296,2 Mitarbeiter (Anzahl zum ) MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

5 Entwicklung von TRUMPF Maschinen Austria Geschäftsjahr 2015/ Mio. Umsatz 550 Mitarbeiter MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

6 Kompetenzzentrum Biegetechnologie TruBend 3000 TruBend 5000 TruBend 7000 TruBend Cell 5000 TruBend Cell 7000 Biegewerkzeuge MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

7 Kompetenzzentrum Biegetechnologie TruBend Center Serie 5000 TruBend Center Serie 7000 MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

8 Produkte aus Blech Lohnfertiger Beispiel: Münzsortierer Maschinen- und Anlagenbau Beispiel: Druckmaschine Gehäuse- und Apparatebau Beispiel: Kaffeemaschine Fassadenbau Beispiel: TRUMPF Empfang Landmaschinenbau Beispiel: Konsole Schaltschrankbau Beispiel: Schaltschrank MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

9 Einsatz von MATLAB/Simulink in der Entwicklung Anwendungsgebiete Systemmodellierung- und Simulation Identifikation von dynamischen Systemen Reglerentwurf Rapid Prototyping von Reglern durch Verwendung der automatischen Codegenerierung Simulation von Systemmodellen auf der Zielhardware mittels automatischer Codegenerierung Datenanalyse Predictive Analytics MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

10 Workflow TRUMPF bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen Physikalische Modelle der einzelnen Komponenten Dynamisches Gesamtmodell Simulationsmodell Automation Studio MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

11 Workflow TRUMPF bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen Einbettung der Regelung in ein bestehendes Steuerungssystem HMI PLC Component A Component XY State-Machine Traj.Gen. Controller Observer Plant A Plant XY MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

12 are Entwicklung in MATLAB/Simulink Ziele Reduktion TimeToMarket: Entwicklungsbeschleunigung da auf fertige Komponenten zurückgegriffen werden kann Kooperative Bearbeitung möglich Investitionsschutz Funktionalität muss nur einmal entwickelt werden Qualitätssicherung durch automatisierte Tests MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

13 are Entwicklung in MATLAB/Simulink Notwendigkeit von Richtlinien und Konventionen Kooperatives Arbeiten im Team System in Komponenten aufteilen Nachvollziehbarkeit von Änderungen Wiederverwendbarkeit von Komponenten Automatisierte Qualitätssicherung getestete Komponenten Verwaltung der Komponenten Zentral über subversion (SVN) Austauschbarkeit von Komponenten Einfaches Aktualisieren von Komponenten in bestehenden Simulationen Transparenz der Komponenten (einfacher Zugriff auf interne Daten) Einheitliche Schnittstellen der Komponenten Einheitliche Dokumentation der Komponenten MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

14 Workflow TRUMPF bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen are Entwicklung in MATLAB/Simulink - Strategie Erstellung von Komponenten-Bibliotheken Mechanik, Hydraulik, Regelung, Komponente wird in einer eigenen Bibliothek gespeichert Komponente getestet Regressionen verhindern Die Aufteilung in mehrere Dateien ermöglicht den Entwicklern parallel zu arbeiten Wir verwenden Busobjekte, um mit dem hierarchischen Simulationsaufbau einfach arbeiten zu können Die Parametrierung erfolgt über Strukturen die Parameter sind für die Simulation optimiert Ziel ist die Verwendung der Maschinenparameter-Datenbank (gleiche Parameter an der Maschine und im Simulationsmodell) Versionierung über SVN: abspeichern der Simulink-Dateien im.mdl Format MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

15 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Biegeprozess Positionsverlauf Position Eilab: 220 mm/s OT Eilab Eilauf Umschaltvorgang Ventile Pressgang: mm/s Umschaltvorgang Dekompression: 10 mm/s MP Umschaltvorgang KP Pressgang Umschaltvorgang DP Umschaltvorgang UT Dekompression Umschaltvorgang Zeit Eilauf: 220 mm/s t UT MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

16 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Vorgehensweise Auf Basis des Hydraulikplans, unter Berücksichtigung der Datenblätter (Ventile, Pumpe, ), wird das dynamische System (Differentialgleichungen) und die Ablaufsteuerung der Presse erstellt Auf Basis des Simulationsmodells in MATLAB/Simulink wird ein Regler zur Inbetriebnahme für den Eil- und Pressgang erstellt MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

17 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Simulationsmodell in MATLAB/Simulink pressures pressures enable enable valvessecure nset positions positions nset velocities velocities valvesdesired valvesdesired valvesdesired valvesposition valvesposition Sicherheits- Steuerung Modell der hydraulischen Abkantpresse Regler MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

18 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Komponentenmodell der hydraulischen Abkantpresse MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

19 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Hydraulikantrieb nset nact valvesdesired valvesact positions velocities pressures Fhyd MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

20 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Mechanische Teilsysteme Fhyd y y yp position epr gamma gamma gammap Fpr Fhyd yl ylp epr yr yrp velocity Pressbalkenmodell Ständerauffederung MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

21 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Blechmodell y Fpr yp efpr gamma alpha gammap alphap MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

22 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Simulation Vergleich mit Messdaten der Maschine MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

23 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Vorgehensweise Auf Basis des Hydraulikplans, unter Berücksichtigung der Datenblätter (Ventile, Pumpe, ), wird das dynamische System (Differentialgleichungen) und die Ablaufsteuerung der Presse erstellt Auf Basis des Simulationsmodells in MATLAB/Simulink wird ein Regler zur Inbetriebnahme für den Eil- und Pressgang erstellt Ziel ist es in Zukunft vom Lieferanten getestete Simulationsmodelle für die Komponenten in MATLAB/Simulink zu erhalten Der Regler kann über die Simulink-Toolbox ASTarget4Simulink von B&R in das Automation Studio übernommen und als Funktionsblock in der Steuerung verwendet werden MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

24 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Codegenerierung für B&R Automation Studio MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

25 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Vorgehensweise Auf Basis des Hydraulikplans, unter Berücksichtigung der Datenblätter (Ventile, Pumpe, ), wird das dynamische System (Differentialgleichungen) und die Ablaufsteuerung der Presse erstellt Auf Basis des Simulationsmodells in MATLAB/Simulink wird ein Regler zur Inbetriebnahme für den Eil- und Pressgang erstellt Ziel ist es in Zukunft vom Lieferanten getestete Simulationsmodelle für die Komponenten in MATLAB/Simulink zu erhalten Der Regler kann über die Simulink-Toolbox ASTarget4Simulink von B&R in das Automation Studio übernommen und als Funktionsblock in der Steuerung verwendet werden Messdaten zur Abstimmung des Simulationsmodells generieren Auslegung des finalen Reglers MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

26 Industrie 4.0 Aktivitäten bei TRUMPF Aktuelle Beispiele: Performance Cockpit und Condition Guide Performance Cockpit: Volle Transparenz über die Produktivität der Maschinen, Kennzahlen zur Identifikation von Optimierungspotenzial. Condition Guide: Maschinenzustand immer im Blick, Diagramme zur Abschätzung von Handlungsbedarf. Vorbeugende Wartung, Erhöhung der Maschinen- Verfügbarkeit. MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

27 Predictive Analytics Fehleranalyse, Fehlerdiagnose, Fehlervorhersage MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

28 Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000 Zusammenfassung 1. Bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen für unsere Pressen nutzen wir MATLAB/Simulink: Rapid Controller Prototyping a. Aufbau Systemverständnis b. Schnelle Umsetzung neuer Regelungsalgorithmen c. Verringerung der Maschinenzeiten d. Verringerung der Entwicklungszeiten 2. Der gezeigte Ablauf wird durch die Anbindung von Automation Studio an MATLAB/Simulink unterstützt Codegenerierung hilft uns simulierte Prototypen einfach und schnell auf realen Maschinen zu testen 3. Das Simulationsmodell inklusive Regler ist die Basis für Untersuchungen im Bereich Predictive Maintenance a. Fehlerunterstellungen (Ventilfehler, Sensorfehler, ) b. Untersuchung von Methoden zur Fehlerdetektion MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

29 TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Martin Bruckner, Leitung Sensorik und Regelungstechnik Pasching, MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner