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VorlesungGrundlagen der computergestützten Produktion und LogistikW1332Fakultät 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
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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
Markt
Idee Markt
Produktentstehungsprozess idea to market
StrategischeProduktplanung
Prozess-entwicklung
Produkt-entwicklung
Virtual Prototyping & Simulation
Bearbeitungs-simulation
VirtuelleRealität
Digital Mock-Up
FE-MethodenOff-Line-Programmierung
Materialfluss-simulation
Signifikanter Nutzen:Verkürzung „Time to Market“
Strömungssimulation Mehrkörpersimulation
8. Digitale Fabrik
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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 hängtentscheidend von der Qualität der Vorplanung ab.
8. Digitale Fabrik
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
1980 1990 2000 2009
Bedeutung von Computer-Simulation in der Entwicklung steigt
Computerbasierte Berechnungen hauptsächlich für Steifigkeits- und Schwingungssimulation
Berechnungs-abteilungenarbeiten weitgehend noch unabhängig voneinander
Quelle: Theodor Großmann “Calculating Innovative Benefits”, DC Technology Times March 2007
8. Digitale Fabrik – Simulation Produktdesign
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Auch im Prozessdesign hilft das Werkzeug der Simulation, um dynamische Prozesse abzusichern und zu planen.
8. Digitale Fabrik – Simulation Produktdesign
• 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
8. Digitale Fabrik – Digital Mock-Up
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• 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 - Layoutsimulation
• Personaleinsatzplanung
• Zusammen-/Gruppenarbeit
– Auch unter Berücksichtigung der Qualifikation der einzelnen Mitarbeiter
• Ergonomiesimulation
– Simulation von manuellen Arbeitsgängen
• Physische-/psychische Belastung
• Zugänglichkeitsprüfung
8. Digitale Fabrik - Personalsimulation
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• 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 – Montagevisualisierung und -simulation
• 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
8. Digitale Fabrik – Maschinensimulation
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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 - Materialflusssimulation
8. Digitale Fabrik - DMG Virtuelle Maschine
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Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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:
http://de.dmgmoriseiki.com/sites/products/de/fraesmaschinen/hsc-55-linear
8. Digitale Fabrik - Gildemeister - die reale Maschine
8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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
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8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Screenshot - Übersicht
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik - Anlegen der Ressourcen
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
Für eine konkrete Maschine werden zunächst die projektspezifischen Ressourcen erstellt oder importiert:
• Spannmittel
• Werkstücke
• Werkzeuge
• NC-Programme
• CAM-Projekte
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8. Digitale Fabrik - Steuerungsbereich
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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.
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8. Digitale Fabrik - Simulation - Video
Quelle: GILDEMEISTER, 2012 / FILM: C. LAROQUE
Während der Simulation eines Programms auf einem Werkstück erfolgt die Visualisierung der Maschinensteuerung in einer 3D-Umgebung.
8. Digitale Fabrik - Auswertung
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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.).
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8. Digitale Fabrik - Auswertung
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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
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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.