Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332

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1 Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332 Fakultät für Wirtschaftswissenschaften W. Dangelmaier Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik - Inhalt 1. Einführung: Worum geht es hier? 2. System 3. Modell 4. Modellierung von Gegenständen 5. Strukturmodelle (Gebildestruktur) 6. Verhaltensmodelle (Prozessstruktur) 7. Produktion 8. Digitale Fabrik 9. Planung von Produktionssystemen 10. Wirtschaftlichkeitsrechnung 11. Prüfungen 1

2 8. Digitale Fabrik Definition Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Prozesse und Ressourcen der Fabrik in Verbindung mit dem Produkt. [VDI-Richtlinie 4499] Die Digitale Fabrik erlaubt es, in einer virtuellen Fabrik die Produkte, Prozesse und Anlagen in Modellen abzubilden Basierend auf den virtuellen Produkten, Prozessen kann die geplante Produktion getestet und so verbessert werden, dass ein ausgereifter Prozess in der realen Fabrik zum Einsatz kommen kann. 8. Digitale Fabrik Idee Markt Produktentstehungsprozess idea to market Strategische Produktplanung Prozessentwicklung Produktentwicklung Markt Virtual Prototyping & Simulation FE-Methoden Virtuelle Realität Off-Line- Programmierung Signifikanter Nutzen: Verkürzung Time to Market Materialflusssimulation Bearbeitungssimulation Strömungssimulation Digital Mock-Up Mehrkörpersimulation 2

3 8. Digitale Fabrik Aufgabenstellung Aufgabe ist die Planung der Auslegung der Produktionsstätten Planung der Produktionssysteme Überwachung der Umsetzung der Planung bis zum Anlaufen der Produktion Teilgebiete: Werkstrukturplanung Technologieplanung Prozessplanung Layoutplanung Materialfluss- und Logistikplanung Betriebsmittelplanung Arbeitsplatzgestaltung Eine reibungslose Inbetriebnahme hängt entscheidend von der Qualität der Vorplanung ab. 8. Digitale Fabrik Simulation Produktdesign Simulation in der Entwicklung von Produkten mit weiter steigender Bedeutung. Problem bleibt die Integration der Daten und Formate Alle Simulationen laufen in einer integrierten Datenumgebung, um das digitale Produkt zu berechnen Bedeutung von Computer- Simulation in der Entwicklung steigt Computerbasierte Berechnungen hauptsächlich für Steifigkeits- und Schwingungssimulation Berechnungs-abteilungen arbeiten weitgehend noch unabhängig voneinander Quelle: Theodor Großmann Calculating Innovative Benefits, DC Technology Times March

4 8. Digitale Fabrik Simulation Produktdesign Auch im Prozessdesign hilft das Werkzeug der Simulation, um dynamische Prozesse abzusichern und zu planen. 8. Digitale Fabrik Digital Mock-Up Digitales Versuchsmodell repräsentiert die geometrische Produktstruktur Baugruppen und Einzelteile liegen im Produkt an ihrem Platz Simulation von physischen Zusammenhängen Ein-/Ausbauversuche von Teilen Kollisionstest geht realen Tests voraus beugt nachträglichen Änderungen vor 4

5 8. Digitale Fabrik - Layoutsimulation Simulation des geplanten Fabriklayouts Anordnung der Maschinen und Arbeitsplätze Transportwege zwischen den Arbeitsschritten Frühes Erkennen von Problemen im Layout-Design Vermeidung von hohen Kosten bei Umstrukturierungen 8. Digitale Fabrik - Personalsimulation Personaleinsatzplanung Zusammen-/Gruppenarbeit Auch unter Berücksichtigung der Qualifikation der einzelnen Mitarbeiter Ergonomiesimulation Simulation von manuellen Arbeitsgängen Physische-/psychische Belastung Zugänglichkeitsprüfung 5

6 8. Digitale Fabrik Montagevisualisierung und -simulation Digitale Montageprozessplanung und Prozessüberprüfung 3D-Visualisierung und Simulation der Montagesequenz Frühzeitige Abstimmung von Produkt, Prozess und Ressource Planung der Produktmontagesequenz und optimalen Fügefolge Planung von Füge- und Entnahmewegen Überprüfung der Verbaubarkeit Schrittweise Animation der Prozessfolgen auf Basis des Prozessablaufplans zur Prozessverifikation statische und dynamische Kollisionskontrolle 3D-Visualisierung dient auch der Kommunikation und Schulung der Beteiligten 8. Digitale Fabrik Maschinensimulation NC-Simulation Durchlauf des NC-Programms Test ob es zu Konflikten/Kollisionen zwischen Werkzeugen kommen kann Optimierung der Laufwege Roboter-Simulation Simulation der Bewegung des Roboterarms Verbesserung der Programmgenauigkeit Kollisionstest Planung von Roboterarbeitszellen 6

7 8. Digitale Fabrik - Materialflusssimulation Dynamische Analyse und Optimierung von Fabriklayouts Frühzeitige Überprüfung des Produktionskonzeptes Ermittlung von Engpässen und Produktion und Logistik Verringerung von Lager- und Durchsatzzeiten Verbesserung von Produktionsliniendesign und Zeitplanung Analyse, Validierung und Optimierung von Fertigungsvarianten Maximierung des Einsatzes von Fertigungsressourcen Dynamische Überprüfung der Pufferauslegung 8. Digitale Fabrik - DMG Virtuelle Maschine 7

8 8. Digitale Fabrik - Gildemeister - die reale Maschine GILDEMEISTER nimmt als Hersteller von spanenden Werkzeugmaschinen weltweit eine führende Position ein: Das Angebot umfasst innovative Hightech-Maschinen, Serviceleistungen sowie Software- und Energielösungen. GILDEMEISTER verfügt in verschiedenen Branchen und Regionen über eine gewachsene, breite und diversifizierte Kundenstruktur. Video der realen Maschine: 8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel Die DMG Virtual Machine integriert Geometrie, Kinematik und Dynamik realer DMG- Maschinen sowie alle Funktionalitäten von NC und PLC in einer durchgängigen virtuellen Prozesskette. Vorteile: Höchste Prozesssicherheit durch Kollisions- und Arbeitsraumprüfung Authentisches Maschinenmodell Umfassende Vorab-Kontrolle aller Programm- und Fertigungsabläufe Schnelles Erlernen neuer DMG-Maschinen und Steuerungen Rüstzeitreduzierung durch optimal vorbereitete Programme Einsatz für die Aus- und Weiterbildung CAD-Datenimport von Betriebsmitteln 8

9 8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel Komponenten: Simulations-Applikation: Virtueller Rüstvorgang sowie Maschinen- und Abtragssimulation Steuerungs-Applikation: Original-Steuerungssoftware zur Ansteuerung der Maschinensimulation, Siemens und Heidenhain CAMP: Simulator, der das zeitliche Verhalten einer realen Maschine nachbildet SolidWorks OEM: Integriertes CAD-Programm, um Ressourcen zu erstellen 8. Digitale Fabrik - Screenshot 9

10 8. Digitale Fabrik - Screenshot - Übersicht 8. Digitale Fabrik - Anlegen der Ressourcen Für eine konkrete Maschine werden zunächst die projektspezifischen Ressourcen erstellt oder importiert: Spannmittel Werkstücke Werkzeuge NC-Programme CAM-Projekte 10

11 8. Digitale Fabrik - Steuerungsbereich Über diesen Bereich erreicht man zahlreiche Funktionen zur Programmierung, Steuerung und Kontrolle der virtuellen Maschine. Hier kann ein konkretes NC-Programm erstellt und dann simuliert werden. Das vollständige DMG Control Panel kann entweder direkt auf dem Bildschirm angezeigt oder extern an den PC angeschlossen werden (optional). 8. Digitale Fabrik - Simulation Während der Simulation eines Programms auf einem Werkstück erfolgt die Visualisierung der Maschinensteuerung in einer 3D-Umgebung. Parallel dazu erscheinen auch die Maschinenbetriebsdaten in Echtzeit sowie Kollisionen, wenn es sie gibt. 11

12 8. Digitale Fabrik - Simulation - Video Während der Simulation eines Programms auf einem Werkstück erfolgt die Visualisierung der Maschinensteuerung in einer 3D-Umgebung. / FILM: C. LAROQUE 8. Digitale Fabrik - Auswertung Nach der erfolgreichen Simulation zeigt die virtuelle Maschine das Werkstück in seinem finalen Zustand nach der Bearbeitung durch das NC-Programm. Darüber hinaus kann ein Auswertungsreport erstellt und exportiert werden (PDF, etc.). 12

13 8. Digitale Fabrik - Auswertung Treten durch ein fehlerhaftes Programm oder eine falsche Aufspannsituation Fehler auf, so werden diese in der virtuellen Maschine angezeigt. Man kann zwischen verschiedenen Strategien wählen, wie mit Kollisionen umgegangen werden soll: Stoppen bei Kollision: Es wird ein NC Stopp ausgeführt; Fortsetzung mit NC Start möglich Stoppen und fortsetzen bei Kollision Kollisionen protokollieren: erscheint im Steuerungs- und Kontrollbereich unter der Registerkarte Meldungen 8. Digitale Fabrik 13

14 8. Digitale Fabrik Frage 1: Digitale Fabrik 1. Bei einer NC-Simulation läuft das NC-Programm virtuell ab wird überprüft, ob es zu Kollisionen kommt werden ggf. die Laufwege des Werkzeugs optimiert 2. Bei einer Robotersimulation werden die Bewegungen des Roboterarms simuliert wird kein Kollisionstest durchgeführt. werden ggf. die Bewegungen hinsichtlich der Programmgenauigkeit optimiert. 14