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Ausgewählte Ausgabe: 06-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Automatische HILS-Generierung für komplexe Maschinen

Automatic Creation of HILS of Complex Machine Tools


Inhalt: Die Hardware in the Loop-Simulation (HILS) von Maschinen und Anlagen wird eingesetzt, um die Zeiten zur Herstellung einer Maschine zu reduzieren und die Softwarequalität der Steuerung zu erhöhen. Inzwischen spielt sie auch bei der Projektierung und der Konzeptüberprüfung eine immer größere Rolle. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, mit welchen Methoden der Modellierung wiederverwend-bare Modelle geschaffen und so eine automatische Generierung von HILS realisiert werden kann.
Abstract: The hardware in the loop simulation (HILS) of machinery and equipment is used to shorten the time needed to produce a machine tool and to enhance the software quality of control systems. Meanwhile, it plays an increasingly important role for commissioning of machine tools and the concept verification. This paper points to a solution, which methods can be used for the modeling of reusable models and how an automatic generation of a HILS can be realized by using them.

1 Einleitung

Im heutigen Maschinenbau spielt die Wiederverwendbarkeit eine große Rolle, denn nur so können Maschinen und Anlagen wirtschaftlich und auf hohem Qualitätsniveau mit kurzen Lieferzeiten hergestellt werden. Gerade im Sondermaschinenbau haben sich deshalb modulare Maschinenkonzepte durchgesetzt: Maschinen lassen sich aus mechatronischen Modulen aus einem Baukasten heraus so aufbauen, dass sie die gewünschte Fertigungsaufgaben optimal erfüllen können. Ein solcher Baukasten ist schematisch in Bild 1 dargestellt.

Bild 1 Baukasten einer modularen Maschine (schematisch)

Bild 1
Baukasten einer modularen Maschine (schematisch)


Die automatische Konfiguration von Steuerungssystemen ist bei einigen Firmen bereits so weit vorangetrieben, dass die eingesetzten Automatisierungskomponenten (CNC und SPS), Verkabelungen, M-CAD- und E-CAD-Pläne, Dokumentationen, etc. automatisch generiert werden. [1] dokumentiert, wie mit Ideen aus Industrie 4.0, die dazu bisher eingesetzte zentrale Datenhaltung hin zu einer Datenhaltung, die den einzelnen Modulen zugeordnet und an diese gebunden ist, aufgelöst werden kann. Damit lassen sich u.a. bestehende Konsistenzprobleme zwischen verbauten Hardwarekomponenten und konfigurierten Softwarekomponenten besser vermeiden.
Die Daten für ein spezifisches mechatronisches Modul können zur automatisierten Generierung einer Steuerung (CNC und SPS) verwendet werden und sind im CIMory (Configuration and Information Memory) direkt im Modul und damit zugreifbar gespeichert. In [2] wird beschrieben, wie der CIMory auch für virtuelle Maschinen verwendet werden kann. Dafür wurde der CIMory um ein Verhaltens- (BU) und ein Grafikmodell (GU) des mechatronischen Moduls erweitert. Diese können nun von einem Generator für die Steuerungskonfiguration und -parametrierung verwendet werden. Es ergibt sich hierbei die Möglichkeit, weitere Informationen aus den Daten für die virtuelle Maschine abzuleiten, welche die Steuerungskonfiguration und -parametrierung vollständig automatisierbar machen.

2 Begriffsdefinitionen

In der Literatur wird ein „mechatronisches Modul“ als eine autarke Einheit definiert, welches aus Mechanik, Elektrik und Steuerung besteht [3]. In den letzten Jahren ist diese Definition jedoch weicher geworden. Abgeschlossene Einheiten gelten bereits als „mechatronisch“, wenn sie aus Mechanik und Elektrik bestehen und zur Erfüllung ihrer Funktion an eine zentrale Steuerung angeschlossen werden müssen, also die Steuerungsfunktion selbst nicht besitzen. Diese Begrifflichkeit soll im Folgenden verwendet werden.
Für das Verständnis eines Baukastens ist es notwendig, die Begriffe „Alternative“, „Variante“ und „Version“ von- einander abzugrenzen:
- Alternativen entstehen im Verlauf der Lösungsfindung und dienen dazu, durch die Gegenüberstellung möglichst vieler Lösungsmöglichkeiten für eine gegebene Aufgabenstellung, eine möglichst optimale Lösung aufzufinden [4].
- Varianten von Modulen entstehen durch Diversifikation, d.h. durch die Anpassung einer Lösung an verschiedene Anforderungen. Sie bestehen zeitlich nebeneinander [5]. Alle Varianten einer Alternative haben die identischen mechanischen und elektrischen Schnittstellen und sind damit ohne Änderung der Umgebung gegeneinander austauschbar.
- Versionen entstehen durch die Änderung einer Variante. Sie stellen die Entwicklungsstufen der Variante dar und folgen chronologisch aufeinander. Eine neue Version wird beispielsweise dadurch notwendig, dass sich das Verhalten der Variante ändert. Dies geschieht z. B. durch mechanisches Versetzen eines Endschalters einer Achse.
Bei den mechatronischen Maschinenmodulen (MU, engl. „Machine Unit“) eines Baukastens, wie beispielhaft in Bild 1 dargestellt, handelt es sich also um zueinander kompatible, instanziierbare, versions- und variantenbehaftete mechatronische Module ohne eigenes Steuerungssystem. Während des Entwicklungsprozesses eines neuen Moduls entstehen zudem die Alternativen eines Moduls, welche nur temporär im Baukasten existieren und anschließend nicht mehr zur Verfügung stehen.

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Autoren

Dipl.-Ing. Stefan Scheifele

Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Universität Stuttgart
Seidenstraße 36, 70174 Stuttgart
Tel.: 07 11/6 85–8 23 54
E-Mail: stefan.scheifele@isw.uni-stuttgart.de
www.isw.uni-stuttgart.de

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Alexander Verl

Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Universität Stuttgart
Seidenstraße 36, 70174 Stuttgart
Tel.: 07 11/6 85–8 23 54
www.isw.uni-stuttgart.de

Prof. Dr.-Ing. Oliver Riedel

Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Universität Stuttgart
Seidenstraße 36, 70174 Stuttgart
Tel.: 07 11/6 85–8 23 54
www.isw.uni-stuttgart.de

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