Fertigungssimulation und virtuelle

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1 Fertigungssimulation und virtuelle Inbetriebnahme zur Prozessoptimierung InnovationsDialog NRW, Olpe, den 1. Dezember 2011

2 Inhalt 1. Einleitung ins Thema 2. Projekt- und Kooperationsbeispiele i i 2.1 Beispiel 1: NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau 2.2 Beispiel 2: Virtuelle Inbetriebnahme für Sondermaschinen Beispiel 3: Prozessoptimierung für Servo-Pressen

3 1. Einleitung ins Thema Simulation kinematischer Abläufe von Maschinen Was sind die Möglichkeiten? Analyse und Optimierung von NC- und SPS-Programmen Verringerung von Einfahrzeiten oder Verkürzung von Programmlaufzeiten Frühzeitige Identifikation von Einsparpotential bei NC- oder SPS-gesteuerten Bearbeitungsprozessen Kollisionskontrollen von Maschinen, Achsen und Werkzeugen Wo sind die Einsatzgebiete? Konzeptabsicherung der Maschinenkonstruktion Virtuelle Inbetriebnahme Schulungszwecke (intern und Kunden) Betriebsparallele Simulation Fehlersimulation und Planung von Umbauten / Umrüstungen Hardware-in-the-loop Simulation einer CNC-Maschine SPS-Steuerungssimulation mit WinMod

4 2.1 NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau Beispiel 1: NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau

5 2.1 NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau Beispiel 1: NC-Programmsimulation von kundenspezifisch ausgerüsteten Werkzeugmaschinen Kooperationspartner: Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG Ausgangssituation und Motivation Vollautomatisierter CNC-Mehrspindeldrehautomat mit bis zu 9 Spindeln und 62 NC-gesteuerten Achsen Maschine dient zur Großserienproduktion Test des Steuerungsprogramms kann erst sehr spät während der Inbetriebnahme erfolgen Die Optimierung erfolgt durch Erfahrungswerte und Trial and Error Umbauten führen zu langen Maschinenstillständen Entwicklung eines CNC-Simulation-Systems als Hilfsmittel für die Steuerungsprogrammentwicklung Alfred H. Schütte GmbH Quellen:

6 2.1 NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau CNC-Simulationssoftware Tecnomatix RealNC Werkzeug zur detaillierten Analyse und Optimierung von NC-Programmen Verringerung von Einfahrzeiten it oder die Verkürzung von Programmlaufzeiten Einsparungspotentiale in NC-gesteuerten Bearbeitungsprozessen frühzeitig identifizieren und ausschöpfen Produktionsplanung von der Einzel- bis hin zur Großserienfertigung Vorteile Abbildung der gesamten Fertigungssituation it (Arbeitsraum, Werkstück, Aufspannung und Werkzeug) Simulation maschinenspezifischer NC- Programme nach Postprozessor Präzise Darstellung von Werkzeugwegen Nachteil Modellierungsaufwand CNC-Simulationssystem

7 2.1 NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau Geometrische Modellierung der virtuellen Maschine Problem: Viele zeitintensive Schritte für die geometrische Modellierung nötig Lösung: Modularer Aufbau und Unterstützung durch datenbankbasierte Konfigurationssoftware Phase 1: Import der Maschinen CAD- Daten und Einstellung der Achsen und Kinematiken Phase 2: Import der Werkzeug CAD- Daten und Bestückung der Maschine Konfigurationssoftware: Maschinenauswahl und Werkzeugbestückung erfolgt durch einfache Auswahlfenster auf Basis einer Datenbank Vollständige Simulation des Mehrspindeldrehautomaten Vollständige Simulation des Mehrspindeldrehautomaten

8 2.1 NC-Steuerungssimulation im Werkzeugmaschinenbau Ergebnis Zusatzprogramme für die Modellierung der virtuellen Maschine und die NC-Programmtransformation erleichtern Bedienung des Simulations- Systems Integriertes Simulations-System als Demonstrator erprobt Systemtool kann durch Steuerungsprogrammierung, Inbetriebnahme, Service und Kunden genutzt werden Off-Line Voroptimierung und Programmtest verkürzt vor allem die Inbetriebnahme b Simulation Ausgangsbasis Simulationssoftware Konfigurationssoftware zur Estell Erstellung der virtuellen Maschine Transformationstool für Steuerungsprogramm Funktionen Syntaxcheck des Steuerungsprogramms Kollisionskontrolle der Werkzeuge und Achsen Taktzeitoptimierung des Fertigungsprozesses

9 2.2 Virtuelle Inbetriebnahme für Sondermaschinen Beispiel 2: Virtuelle Inbetriebnahme für Sondermaschinen

10 2.2 Virtuelle Inbetriebnahme für Sondermaschinen Thema: Integration von Simulation in den Engineeringprozess Kooperationspartner: Hekuma GmbH (ELEXIS Group) Ausgangssituation und Motivation Vollautomatisierte Maschinen in der Kunststoff- verarbeitung der Branchen Automotive, Verbrauchsgüter und Medizintechnik Maschinen bestehen aus Teilsystemen wie Bildverarbeitung, Robotik sowie selbstentwickelte Komponenten Kritische Inbetriebnahmephase durch kurze Lieferzeiten und hohe Ansprüche an die Abläufe Iterative Optimierungsschleife mit der Mechanik verkürzt zusätzlich die Inbetriebnahmezeit des Steuerungsprogramms Entwicklung eines Simulationssystems zur virtuellen Inbetriebnahme b der Steuerungsprogramms Maschinen und Produkte der Hekuma GmbH Que elle: Hekuma GmbH

11 2.2 Virtuelle Inbetriebnahme für Sondermaschinen Simulationssoftware Projektziele Modularisierungskonzept für virtuelle Maschinen und Steuerungstechnik Vergleich und Bewertung der Funktionalität zwischen 2D- und 3D- Simulation Erstellung eines Demonstrators auf Basis einer typischen Kundenmaschine Durchführung der virtuellen Inbetriebnahme für das Gesamtsystem und Teilsysteme Handlungsempfehlungen für die Integration in den Engineering-Prozess Simulation SPS-gesteuerter Maschinen zur virtuellen Inbetriebnahme und Programm- und Taktzeitoptimierung e: Mewes und Partner Quelle

12 2.3 Prozessoptimierung für Servo-Pressen Beispiel 3: Prozessoptimierung für Servo-Pressen

13 2.3 Prozessoptimierung für Servo-Pressen Thema: Prozessintegrierte Simulation von Servo-Pressen Kooperationspartner: Institut für Umformtechnik; Industrieunternehmen im projektbegleitenden Ausschuss Ausgangssituation und Motivation Servo-Pressen bieten die Möglichkeit, den Weg- Zeit-Verlauf einzustellen Kurze Taktzeit Optimaler Umformprozess Ressourcenschonend Insbesondere in Bezug auf die Verkettung durch Transfersysteme bietet sich Taktzeitpotential Optimaler Zeit-Weg-Verlauf ist unbekannt Erfahrungswerte oder andere Faktoren werden bei jetzigen Optimierungen nicht berücksichtigt Servo-Presse der Schuler AG Entwicklung eines kombinierten Simulationssystems aus FE-, MK und Kinematik-Simulation zur Offlineprogrammierung der Servo-Pressen

14 2.3 Prozessoptimierung für Servo-Pressen Systemkomponenten Ziel Wissensbasiertes Simulationssystem FE-Simulation der Umformung Verarbeitet Informationen Bauteilgeometrie Werkstoff Werkzeug Leistungsdaten der Presse Erfahrung der Bediener Kinematiksimulation einer Presse Schnittstellen zur Vernetzung der Systeme Erprobung und Verifikation in praktischen Experimenten Bedienoberfläche zur Programmierung Bedienerfreundliche Umsetzung

15 Vielen Dank! Dipl.-Wirt.-Ing. Frank Steden Universität Siegen Maschinenbau Produktionstechnik Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Montage Paul-Bonatz-Straße Siegen Telefon: