Entwicklung einer kostengünstigen, minimalfunktionalen Steuerung für Werkzeugmaschinen in der Großserienfertigung
Final Report Abstract
Der Produktionsbetrieb in der Serienfertigung wurde detailliert auf die Nutzung steuerungstechnischer Funktionalität untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich durch Einführung einer alternativen CAD-CAM-NC-Kette Funktionalität aus der NC anwendungsgerecht verlagern lässt. Darauf aufbauend wurde ein minimaler Satz notwendiger steuerungstechnischer Funktionalität für den Einsatz einer Werkzeugmaschine in der Serienfertigung definiert. Darauf aufbauend wurde ein Realisierungskonzept für einen minimalfunktionalen Steuerungskern erstellt. Hierbei wurde die Interaktion mit angeschlossenen Maschinenkomponenten ebenso berücksichtigt wie die Anforderungen des Werkers an die Interaktion mit der Steuerung und der Maschine. Dies führte zu der Erkenntnis, dass die ursprüngliche Idee der Minimalsteuerung nicht in Einklang mit den praktischen Bedarfen steht. Es gelang nicht, die in der Serienfertigung erforderlichen Funktionen so weit zu substituieren, dass auf die Nutzung eines mobilen Bedienteils verzichtet werden konnte. Es stellte sich im Gegenteil heraus, dass es eine bedeutendere Rolle einnehmen muss, als noch zur Antragsstellung vermutet. Im Projektrahmen wurde eine neue Art von NC-Programm definiert. Anstelle von G-Code enthalt es interpolierte Lagesollwerte für die Antriebe sowie Schaltbefehle für die SPS. Es wurde ein Sicherheitskonzept für die minimalfunktionale Steuerung erstellt, das die Sicherheit für den Maschinenbediener, die Werkzeugmaschine und das Werkstück gewährleistet und den Wiederanlauf nach einem fehlerbedingten Halt ermöglicht. Die weiterhin verfügbar zu haltenden Funktionalitäten wurden entweder in ein minimalfunktional erweitertes CAM-System transferiert, auf das mittels eines CAM-Clients zugegriffen werden kann, oder sie wurden direkt in der Minimalsteuerung vorgesehen. Das so erstellte Konzept wurde in zwei verschiedenen Umgebungen prototypisch implementiert. Ein minimalfunktionaler Steuerungskern konnte auf diese Weise erfolgreich entwickelt werden. Hierfür war eine Überarbeitung der aus dem OCEAN-Projekt hervorgegangenen Standardkomponenten erforderlich. Die Methodik der Funktionalitätsauslagerung in ein vorgelagertes CAM-System und die Reduktion der an der Maschine erforderlichen Hardwareressourcen wurden im Forschungsvorhaben verifiziert. Weiterhin wurde eine durchgängige CAD-CAM-NC-Verfahrenskette geschaffen, welche die technologische Umsetzbarkeit des Minimalsteuerungskonzepts demonstriert. In der Wirtschafllichkeltsbetrachtung war festzustellen, dass keine deutliche Kostenreduktion bei Hard- und Software der Steuerung zu erwarten ist Die möglichen Einsparungen sind anteilig an den Gesamtkosten einer Werkzeugmaschine gering und bedingen ungewollte Veränderung in der Betriebsorganisation. Diese Veränderung kann auch als Chance begriffen werden, entspricht jedoch derzeit nicht den Vorstellungen der im Forschungsvorhaben befragten Unternehmen.
Publications
- Modularization requirements of a numerical control with optimized functional range for large-scale production, in Production Engineering - Research and Development, 6/2010, S. 633-640
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- Open control systems - state of the art, in Production Engineering - Research and Development, 2-3/2010, S. 247-254
Brecher, C., Verl. A., Servos, M., Lechler, A.
- Minimalsteuerung - Ein innovatives Konzept für die Großserienfertigung - Entwicklung einer kostengünstigen, minimalfunktionalen Steuerung für Werkzeugmaschinen, in ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 7-8/2012, S. 547-552
Brecher, C., Servos, M., Lohse W.
- Minimalsteuerung - Ein innovativer Ansatz zur kostengünstigen Steuerung einfacher Anlagen in der Großserienfertigung in wt - Werkstattstechnik online, 5/2013
Brecher, C., Lohse W., Servos, M.
