DIE MENSCH-MASCHINEN-SCHNITTSTELLE (MMS) UND DAS AUTOMATISIERTE WIG- ORBITALSCHWEISSEN Verfasst von Hans-Peter Mariner Das erklärte Ziel eines jeden Herstellers von Maschinen und Automaten ist die sichere und einfache Bedienung der Geräte, um sie somit einer möglichst großen Anzahl von Anwendern zugänglich zu machen. Die Autonomie/Selbständigkeit des Bedieners möglichst schnell und ohne viel Schulungsaufwand zu erreichen ist eine weitere Herausforderung, da dies zu einer Kostenreduzierung und damit zu einem wirtschaftlichen Vorteil sowohl für den Betreiber als auch für den Hersteller führt. Mit dieser kurzen Einleitung ist klar, wo heute der Schwerpunkt bei der Entwicklung von Anlagen zum Orbital und mechanisierten/automatisierten Schweißen liegt. Was ist eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle (MMS), wie sieht sie aus, welchen Anforderungen muss sie gerecht werden oder umgekehrt, welche Eigenschaften sollte sie besitzen? Beispiel einer historischen Mensch-Maschine-Schnittstelle: Dampflokomotive TGV-Hochgeschwindigkeitszug
Definition: Mit Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) wird der Teil einer Anlage/Maschine bezeichnet, der mit dem Menschen interagiert. Sie muss, um vom Menschen bedienbar zu sein, speziell den Bedürfnissen des Menschen angepasst sein. In der Forschung und Entwicklung werden diese Aspekte für die Definition der Benutzerschnittstelle berücksichtigt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) erlaubt dem Bediener das Bedienen der Maschine, das Beobachten der Anlagenzustände und falls erforderlich, das Eingreifen in den Prozess. Die Bereitstellung der Informationen erfolgt entweder hardwaretechnisch über Bedienpulte mit Signallampen, Anzeigefeldern und Tastern oder softwaretechnisch über ein Visualisierungssystem, das auf einem Bildschirm läuft. Ein alltägliches Beispiel ist die Schnittstelle Fahrer / Auto: Pedale, Lenkrad, Schalthebel usw. gehören zu den Befehlsgebern / Bedienungselementen. Das Armaturenbrett mit den verschiedenen Anzeigen gehört zur Informationsebene. Die gesamte Gestaltung ist übersichtlich und leicht, meist intuitiv erlernbar. Die Verwendung von Symbolen gegenüber Erläuterungen oder Text allgemein sind aus verschiedenen Gründen vorzuziehen, aber, wie einige Warnzeichen, erklärungsbedürftig. Ein solches Visualisierungssystem besteht aus einem PC mit Bildschirm und Tastatur bzw. Maus oder einem Touchscreen. Manche Systeme benötigen ein firmenspezifisches Betriebssystem mit Computer. Besser ist es jedoch, wenn das System auf einem handelsüblichen PC implementiert werden kann. Durch einzelne Bildschirmobjekte und Grafiken entsteht dann eine Bedieneroberfläche, welche die Funktionen und die gespeicherten Daten der Maschine wiedergibt. Die MMS ist über ein Bussystem (MPI, Profibus, Ethernet) mit der SPS gekoppelt. Graphisch unterstützte Bedienerführung einer Orbitalschweissanlage
Soweit zur allgemeinen Beschreibung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle (MMS), über die sämtliche Interaktionen mit der Anlage, mehr oder weniger einfach aus Sicht des Bedieners, abgewickelt werden. Die wesentlichen Schlagwörter und damit Merkmale bzw. Ausdruck für die Qualität der Schnittstelle sind: Intuitiv intelligent sprachneutral - der Aufgabe entsprechend minimalistisch Für die Zukunft offene und kommunizierende Anlagen-Konzepte Neben einer graphisch unterstützten Mensch-Maschinen-Schnittstelle (MMS) bietet moderne Industrieelektronik noch eine ganze Reihe weitere Möglichkeiten, um dem Bediener das Leben zu vereinfachen, bzw. ihm die Möglichkeit zu bieten, sich auf wesentliche Einflussgrößen, auf welche die Maschine keinen Einfluss hat, zu konzentrieren. Ein Beispiel ist die eigenständige Anlagenkonfiguration, oder anders ausgedrückt die automatische Erkennung des jeweils angeschlossenen Werkzeuges wie z.b. des Schweißkopftyps und seiner Parameter ohne manuelle Eingabe. Somit ist gewährleistet, daß die Orbitalschweißanlage und deren Schweißprogramme für alle verständlich die Schweißgeschwindigkeit direkt in absoluten Werten (mm oder Zoll / min) ausdrückt und dies unabhängig von der Mechanik des jeweiligen Schweißkopfes. Stromquelle P4 Automatische Schweißkopferkennung Stromquelle P6
Die Auto-Programmierung: Es ist bereits schwierig, die 3 bzw. 4 Grundparameter (Schutzgas, Schweißstrom, Schweißgeschwindigkeit, Drahtgeschwindigkeit) einer Orbitalschweißanlage abhängig von der Schweißposition zum Erzielen einer rundum gleichmäßigen Schweißnaht einzustellen. Wie schwierig es ist, die 25 bis 30 Parameter, welche sich ergeben sobald man alle Möglichkeiten einer modernen Anlage mit pulsierendem Schweißstrom, pulsierender zum Schweißstrom synchronisierter Schweißund Drahtgeschwindigkeit, etc. und deren Kombinationsmöglichkeiten nützen möchte, ist leicht nachzuvollziehen und keinem Bediener zuzumuten. Mit Hilfe einer Programmbibliothek oder der mathematischen Berechnung von Schweißparametern, dem so genannten "Synergie-Betrieb" mit vorprogrammierten Parametern abhängig von ihrer Aufgabenstellung wird die Bedienung der Anlage sehr einfach. Der Gerätehersteller übernimmt die Aufgabe der Parameteroptimierung auf Basis von Probeschweißungen, unterschiedlicher Außendurchmesser, Wandstärken und Materialchargen und den davon abgeleiteten Algorithmen. Schweißversuche zur empirischen Ermittlung eines mathematischen Modells zur Berechnung von Schweißparametern. Grundwerkstoff 304L und 316L
Ein garantiert reproduzierbares Schweißergebnis, die errechneten oder aus einer Programmbibliothek stammenden elektrischen Parameter eines Schweißprogramms führen nur dann zum erwarteten, reproduzierbaren Schweißergebnis, wenn die dazugehörenden mechanischen Parameter allerseits verständlich erfasst und dokumentiert wurden. Eine Vielzahl mechanischer Parameter als Einflussgrößen Ein Schweißprogramm mit seinen ausschließlich elektrischen Parametern ist nur ein Bestandteil einer kompletten Schweißanweisung, die darüber hinaus sämtliche Randbedingungen, insbesondere die so genannten mechanischen Parameter, beinhaltet.
Von der Anlage dokumentierte mechanische Parameter für Brennereinstellung und Drahtzuführung Von der Anlage dokumentierte mechanische Parameter der Bauteilvorbereitung
Das Ergebnis : Die einfache Eingabe des Rohrdurchmessers, der Wandstärke und des Grundwerkstoffes reichen aus, damit die Anlage für jede Aufgabe nicht nur ein Schweißprogramm sondern eine komplette Schweißanweisung passend zum angeschlossenen Schweißkopf vorschlägt. Schweißbereit in Sekunden Eingabe der Auswahlkriterien Suchergebnis, eine den Auswahlkriterien entsprechende Schweißanweisungen
Programmoptimierung, Anpassungen an Chargenunterschiede, Draht- und Gastoleranzen bzw. die Umgebungstemperatur sind über die graphisch unterstützte Mensch-Maschinen- Schnittstelle (MMS) entweder on-line während oder off-line nach Beendigung einer Referenzschweißung leicht möglich und können auf Wunsch dauerhaft im Maschinenspeicher abgespeichert werden. Graphische Darstellung eines Schweißprogrammes mit direkter Eingabemöglichkeit Programmoptimierung: Auch hier bietet der Entwickler und Hersteller eine Hilfestellung in Form eines Expertenmenus mit Ablaufdiagramm, welches zur strukturierten und systematischen Optimierung eines Schweißprogramms führt.
Expertenmenu zur Schweißprogrammoptimierung Die offene, kommunizierende Bauweise einer Anlage ermöglicht die Übertragung von kompletten Schweißanweisungen oder aufgezeichneten Istwerten mittels USB oder Ethernet-Schnittstelle an einen zentralen Leitstand oder andere mobile Arbeitsplätze. Abschließend kann gesagt werden, daß eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle (MMS) unbegrenzt erweiterbar ist und die darüber bediente bzw. gesteuerte Anlage dank der heute dafür entwickelten Softwareplattform zeitlos ist und damit immer neuen Bedürfnissen angepaßt werden kann. In diesem offenen Sinne ist es nach der automatischen Schweißkopferkennung, der automatischen Schweißprogrammerstellung nur ein kleiner Schritt zur automatischen Bauteilerkennung z.b. mittels Barkodelesegerät und der damit verbundenen selbsttätigen Auswahl der entsprechenden Schweißanweißung aus dem Maschinenspeicher der Orbitalschweißanlage. Moderne Anlagen-Konzepte sollten deshalb derartige Entwicklungen bereits beinhalten und somit dem technischen Anforderungsprofil der Anwender entsprechen?
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