Institut für Produktionstechnik Fertigungsautomatisierung g g und Montage Mechatronische Konzeption für automatische Fertigungssysteme

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1 Institut für Produktionstechnik Fertigungsautomatisierung g g und Montage Mechatronische Konzeption für automatische Fertigungssysteme Olpe, Philipp Klein Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 1

2 Agenda 1. Motivation und Auslöser 2. Lösungsansatz und Stand der Technik 3. Methodik 4. Wissensbasis und Optimierungsansatz 5. Beispiel 6. Fazit und Ausblick Bildquelle: ms.de/ Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 2

3 Worin besteht der Nutzen? Lösungssuche auf Knopfdruck! Bildquelle: Bundesministerium des Innern Empfehlung von Lösungsmodulen zur Verkürzung der Entwicklungszeit bei der Konzeption von Wiederverwendung der Module durch funktionsorientierten Sondermaschinen Ansatz möglich Bereitstellung von Komponentenlisten und CAD-Entwurf Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 3

4 Wie soll der Entwickler unterstützt werden? PKW-Konfigurator macht es vor! Kombination von Modulen zu einem Anlagenkonzept einer Sondermaschine Unterstützung des Entwicklers durch: Teilautomatisierung der Konzeption schneller Entwurf einer Sondermaschine flexible Optimierung der Modulkombination anhand einer Optimierungsgröße Anwendungen im Maschinen und Anlagenbau Bildquel lle: Screenshot Mercedes Benz Bildquelle: erspectix.com/ Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 4

5 Welche Nutzen haben Konfiguratoren? Automatisierung durch variable Konfiguration der Prozessmodule bis hin zum Fertigungsauftrag Prozessmodule Konfigurator An ngebots sprozess s Bildquel le: Teamtechnik automatisierter Fertigungsauftrag Einsatz bei standardisierten Produkten Entwicklung von Sondermaschinen erfordert mehr Flexibilität Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 5

6 Welche Technologien oog werden eingesetzt? Im Knowledge Based Engineering gibt es verschiedene Entwicklungstrends* im Anlagen-Engineering - Beispiel Parametrisches Design Automatisches Erzeugen von Komponenten Bildquelle: Mahler AG GS GmbH Bild quelle: MBTech Parametrisiertes Befestigungselement kann zeitsparend angepasst werden. Apparat wird durch 6 Eingaben automatisch konstruiert. * Studie erstellt für die Siemens AG Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 6

7 Welche Schritte sind durchzuführen? Zur Entwicklung eines neues Systems 1. Abbildung des gewünschten Prozesses durch Funktionsbeschreibungen 2. Automatisierte Lösungssuche und Auswahl passender Module 3. Entwurf der neuen Maschine (Komponenten, CAD, etc.) Nutzer Prozess Wissensbasis Lösungsfindungs -system Module Anlagenkonzept Zum Aufbau der Wissensbasis 1. Modularisierung bestehender Systeme durch funktionsorientierten Ansatz 2. Zuordnung von Funktionsbeschreibungen zu den Modulen 3. Speicherung in der Datenbank Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 7

8 Wie werden Funktionen beschrieben? Beispiel für die Funktionsbeschreibung System zur Prüfung der Mantelfläche rotationssymetrischer Bauteile Zentrifugalförderer Prüfautomat Püf Prüfautomat Frame of feeder, Drive of centrifugal feeder (DC motor) Centrifugal feeder, drum Sorting Rotary indexing table Lifting-turning-unit Pneumatics Machine frame Camera Guidance for testing parts, separation Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 8

9 Wie funktioniert die Modularisierung? Komponenten werden zu Funktionsmodulen zusammengefasst Die funktionalen Zusammenhänge zwischen den Komponenten werden durch Punkte dargestellt. Der Algorithmus strukturiert t diese Zusammenhänge, so dass die Komponenten zu Funktionsmodulen zusammengefasst werden können. Struktur vorher Struktur nachher Komp ponenten Alg orithmu us Kom mponenten Beispiel 1: Kamera und Bildanalysesoftware haben einen funktionalen Zusammenhang Komponenten Beispiel 2: Bildanalysesoftware und der Antrieb für die Zuführung der Teile haben keinen funktionalen Zusammenhang Komponenten Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 9

10 Welche Module entstehen? Komponenten können basierend auf der Sortierung zu Modulen zusammen- gefasst werden. Elemente, die nicht einem Modul zugeordnet werden können, sind Schnittstellen. Image acquisition module Parts handling module Control module Matrix after clustering: Camera-interface Image sensor Drive testing part rotation Image analysis software Screw-gripper Control lifting-turn-unit Drive Turning Drive Lifting Control illumination Control Rotary indexing table Control testing part rotation HMI PLC Drive for Rotary indexing table Pneumatics testing system Lifting-turning-unitt i it Illumination Adaptor testing part Rotary indexing table Camera body Guidance for sorting of testing part Digital I/O Electronic units Control software Safety equipment Control centrifugal feeder Machine frame Separation DC motor centrifugal feeder Frame of centrifugal feeder Drum Driveshaft of centrifugal feeder Inspection support module Supporting and Saftey module Parts feeding module mechtronical module standalonemodule distributed links intersectional links Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 10

11 Wie wird das Wissen gespeichert? Die Wissensbasis des Konfigurators wird durch die systematische Modularisierung bestehender Anlagen erstellt und besteht aus: Lösungsneutrale Funktionsbeschreibung Komponenten des Moduls Schnittstellen zu anderen Modulen Die Daten werden in standardisierten, objektorientierten Formaten in einer Datenbank ge- speichert (hier: AutomationML). Belastungsvariante Bewertung der Produktivität, Energieeffizienz, etc. in Heidelberg 2010 nml" Springer-Verlag Berl enplanung mit Automation enaustausch in der Anlage uelle: Rainer Drath: "Date Bildq Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 11

12 Welchen Nutzen hat der Konfigurator? Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 12

13 Welche Schritte sind durchzuführen? 1. Prozessmodellierung Der aus den Kundenanforderungen abgeleitete t Produktionsprozess wird mit einer Auswahl lösungsneutraler Funktionen modelliert. 2. Optimierungsgrößen der Modulkombination Die Modulauswahl erfolgt manuell oder teilautomatisiert durch die Vorgabe einer Optimierungsgröße. i 3. Auswahl der Komponenten Module werden basierend auf der Auswahl der Optimierungsgröße empfohlen oder manuell ausgewählt Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 13

14 Wie werden Module ausgetauscht? Austausch von Modulen bei einer Anlage für die Lebensmittelindustrie Roboter und Linearmotor erfüllen die Funktion Handhaben Roboter kann durch Linearmotor ersetzt werden Aus der Datenbank werden neue Komponentenlisten und CAD-Entwürfe bereitgestellt, die angepasst werden müssen. Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 14

15 Was wird verbessert? Das Ergebnis der Konzeption ist der Entwurf einer Sondermaschine. Dieser besteht im Wesentlichen aus: einer Abschätzung der Produktivität, Kosten Energieverbrauch, Lieferzeit, it etc. den Komponenten der Module und den Schnittstellen der Module zur Aufteilung des Engineeringprozesses einer konzeptionellen Darstellung oder einem ersten statischen CAD- Entwurf elle: work.de/ Bildque Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 15

16 Was sind die nächsten Schritte? Die nächsten Arbeitsschritte: Implementierung der Prozessmodellierung in das Datenbankumfeld Aufbau der Datenbank Belastungsvariante Bewertung der Funktionsmodule Nachdem die Funktion prototypisch im Rahmen von Projekten an der Universität getestet wurde, freuen wir uns, die Funktion an Beispielen aus der Praxis aufzeigen zu können. e.at w.worksphere-atmosphere Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 16

17 Vielen Dank! Fragen und Antworten Universität Siegen Maschinenbau - Produktionstechnik t ik Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Montage Dipl.-Wirt.-Ing. Philipp Klein Paul-Bonatz-Straße Siegen Telefon: Telefax: philipp.klein@uni-siegen.de Philipp Klein - Fertigungsautomatisierung - Universität Siegen Seite 17