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Die Erfindung betrifft ein System
sowie ein Verfahren zur Simulation von Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen
und zur Auslegung und/oder Projektierung und/oder Programmierung
einer Steuerung und/oder eines Antriebs.
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Um den Anforderungen nach steigender
Effizienz bei der Produktion von Waren gerecht zu werden, müssen die
in der Produktion verwendeten Produktions- bzw. Fertigungsmaschinen
zunehmend spezifischere Aufgaben übernehmen. Dementsprechend
wird die Konstruktion der Maschinen spezieller, damit sie diese
unterschiedlichen Aufgaben erfüllen
können
und es müssen
somit vermehrt neue Maschinen entworfen werden. Produktions- bzw.
Fertigungsmaschinen bestehen generell aus einem mechanischen Teil,
einer elektrotechnischen Ausstattung, einer Steuerung und einer
Steuerungssoftware. Zur Steuerung der Maschine wird in der Regel
der Antrieb, das heißt
das Leistungsteil und der Elektromotor, hinzugezählt. Beim Entwurf einer speziellen Produktionsmaschine
werden diese einzelnen Bestandteile in der Regel unabhängig voneinander
entworfen. Eine Entwurfskette sieht beispielsweise folgendermaßen aus:
an einem Rechnerarbeitsplatz wird mit Hilfe von CAD-Systemen ein
mechanischer Aufbau einer Maschine entworfen. Die Mechanik der Maschine
wird anschließend
auf Basis der CAD-Daten entworfen. Schließlich wird passend zum mechanischen
Aufbau der Maschine eine den Anforderungen entsprechende elektrotechnische
Ausstattung konzipiert und die zur Ansteuerung der Maschine sowie
zum Auswerten bzw. Auslesen der Prozessdaten notwendige Hardware
ausgewählt.
Die Maschinensteuerung, die je nach Komplexität der zu betreibenden Maschine
geeignet auszuwählen
ist, wird mit den zugeordneten elektrotechnischen Komponenten verbunden
und zusammen mit ihnen in Betrieb genommen. Moderne Maschinen laufen
heutzutage nach einem Pro gramm ab, das in Abhängigkeit von den Anforderungen
an die Maschine bzw. an die Applikation beschrieben werden muss.
Für die
einzelnen Konstruktions- bzw. Herstellungsschritte einer Produktionsmaschine
existiert heutzutage bereits eine Vielzahl von Softwarelösungen,
die den Konstrukteur in den o. g. Phasen unterstützen. Die Konstruktionsphasen
werden heutzutage jedoch in der Regel nacheinander abgewickelt,
wobei die Maschine, also der Mechanikteil, die Konstruktion der
elektrotechnischen Teile und auch die Realisierung der Steuerung vorgibt.
Diese sequenzielle Arbeitsweise führt zu relativ langen Entwicklungszeiten
für derartige
Maschinen, und nachgeschaltete Konstruktionsphasen, wie beispielsweise
die Planung der elektrotechnischen Ausstattung, die Auswahl der
Antriebe und die Entwicklung der Steuerung, sind hierbei an durch
die mechanische Konstruktion vorgegebene Zwänge gebunden. Zudem wird die
für die
einzelnen Konstruktionsphasen benötigte Information heutzutage
in der Regel noch in Papierform weitergegeben. Neben einer Unterstützung durch
Software, wie beispielsweise den CAD-Systemen, werden aber auch
Simulationswerkzeuge für
die Konstruktion von Maschinen genutzt. Hierbei können maschinenspezifische
Parameter im Modell geändert
werden, und die Auswirkung solcher Veränderung auf das Gesamtverhalten der
Maschine kann simuliert werden. Derartige Simulationswerkzeuge sind
in der Regel aber ebenfalls auf die einzelnen Konstruktionsphasen
beschränkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein System sowie ein Verfahren anzugeben,
mit dessen Hilfe eine ganzheitliche Konstruktion von Produktions-
und/oder Fertigungsmaschinen durchgeführt werden kann, bei der die Mechanik
sowie die Steuerung der Maschine im Entwurf frühzeitig aufeinander abgestimmt
werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein System
zur Simulation von Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen gelöst, wobei
das System eine erste Vorrichtung zum Erstellen mindestens eines
Mechanikmodells mindestens einer Produktions- und/oder Ferti gungsmaschine,
Mittel zur Durchführung
mindestens einer Mechaniksimulation mindestens einer Produktions-
und/oder Fertigungsmaschine sowie zur Bereitstellung von Simulationsdaten
und eine zweite Vorrichtung zum Erstellen mindestens eines Steuerungs-
und/oder Antriebsmodells für
mindestens eine Produktions- und/oder Fertigungsmaschine auf Basis der
Simulationsdaten aufweist. Bei einem derartigen erfindungsgemäßen System
wird sichergestellt, dass Kenntnisse über die mechanischen Eigenschaften der
Produktionsmaschine, welche mit Hilfe des Mechanikmodells und einer
anschließenden
Simulation gewonnen werden, frühzeitig
für die
Projektierung einer Steuerung und eines Antriebes genutzt werden können. Größen, die
bereits im Mechanikmodell zur Verfügung stehen, und die relevant
für die
Steuerungs- bzw. Antriebsauslegung sind, können frühzeitig verwendet werden. Ist
die mechanische Konstruktion dergestalt ausgeführt, dass für die Steuerungs- bzw. Antriebsauslegung
Probleme entstehen, so können
diese rechtzeitig erkannt und im Gegensatz zu einer sequenziellen
Abarbeitung der einzelnen Konstruktionsphasen eventuell behoben
werden. Außerdem
ermöglicht
das System einen vorteilhaften Informationsfluss zwischen den einzelnen
Konstruktionsphasen, da die benötigten
Daten alle innerhalb des Systems zur Verfügung stehen und keine Datenweitergabe
in Papierform benötigt
wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Auslegung
und/oder Projektierung und/oder Programmierung einer Steuerung und/oder
eines Antriebs für
die Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen vorgesehen ist. Auf
Basis der aus dem Mechanikmodell vorhandenen Simulationsdaten kann somit
der gesamte Zyklus der Erstellung der Steuerung sowie des Antriebs
durchlaufen werden. Vom Beginn der Konzeption der Auslegung der
beteiligten Komponenten bis zur Programmierung der Software zur
Steuerung der Maschine kann der Erstellungsprozess innerhalb eines
Systems durchlaufen werden. Dieses Vorgehen vereinfacht die Planung
und Herstellung, da die benutzte Datenbasis immer gleich ist, so
dass kein Datentransfer zwischen verschiedenen Systemen notwendig
ist. Außerdem kann
unter einer einheitlichen Oberfläche
gearbeitet werden, so dass Einarbeitung in verschiedene Systeme
entfällt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung
zum Erstellen grafischer Mechanikmodelle der Produktions- und/oder
Fertigungsmaschinen vorgesehen ist. Die Möglichkeit einer grafischen Modellierung
erleichtert einem Maschinenbauer die Konstruktion einer Maschine
in erheblichem Maße. Die
für die
Maschine benötigten
Komponenten können
vom Konstrukteur auf einfache Weise am Bildschirm zusammengefügt, hinzugefügt und ausgetauscht
und die wechselseitigen Einflüsse
der Komponenten können
beobachtet werden. Auf diese Weise entsteht ein anschauliches Modell
der zu konstruierenden Maschine.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung
zum Erstellen eines Steuerungs- und/oder Antriebsmodells für die Produktions- und/oder
Fertigungsmaschinen als Engineering-System ausgebildet ist. Die
Auslegung/Projektierung/Programmierung der Antriebe bzw. der Steuerungen
kann somit in der gewohnten Umgebung mit den gewohnten Werkzeugen
erfolgen. Eine Substitution von Einrichtungen, die zur Auslegung,
Projektierung bzw. zur Programmierung bereits in Benutzung sind,
erübrigt
sich auf diese Weise. Die Verwendung bereits vorhandener Engineering-Systeme
führt somit
zu einer Kosteneinsparung bei der Anwendung des neuen Systems.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Vorrichtung
zur Erzeugung mindestens eines Computerprogramms zur Steuerung der
Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen auf Basis des Steuerungs-
und/oder Antriebsmodells vorgesehen ist. Die im System auf Basis
des Mechanikmodells bzw. der Mechaniksimulation projektierten Steuerungen
können
auf diese Weise gleich umge setzt werden. Die Projektierungsdaten
werden genutzt, um beispielsweise Teile einer Anwendersoftware zu
erzeugen, die dann unter der Runtime Software zu laufen gebracht wird.
Somit wird die Projektierung/Programmierung vereinfacht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass weitere Mittel zur
grafischen Darstellung der Simulationsdaten vorgesehen sind. Die
bei der Mechaniksimulation errechneten Größen werden also nicht nur direkt
zur Erstellung eines Modells für
die Steuerung bzw. den Antrieb genutzt, sie lassen sich vielmehr
auch sofort in Form von beispielsweise Kurven darstellen. Eine derartige
Darstellung hat den Vorteil, dass das Verhalten der Größen vom
Konstrukteur direkt abgelesen werden kann. Die Veränderung
von beispielsweise Kraft, Masse, Bewegung oder Energie bei der Simulation
der Bewegung der Maschine wird mit samt den dazugehörigen Maßeinheiten
dargestellt, was einen Konstrukteur unmittelbar in die Lage versetzt,
zu erkennen ob bestimmte Größen beispielsweise Schwellenwerte überschreiten
oder ob sich das System als Ganzes destruktiv verhält.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erstellung
eines Steuerungs- und/oder
Antriebsmodells zur Übertragung
von Daten der von ihr erstellten Modelle auf die Vorrichtung zum
Erstellen eines Mechanikmodells für die Erstellung neuer Modelle
auf Basis der Daten der Steuer- und/oder Antriebsmodelle für eine erneute
Mechaniksimulation durch die Mittel zur Durchführung einer Simulation vorgesehen
ist. Diese Rückkopplung
zwischen der Vorrichtung, die zur Auslegung, zur Projektierung bzw.
zur Programmierung der Steuerung bzw. Antriebe vorgesehen ist, sowie
der Vorrichtung, die zur Konstruktion des Mechanikmodells vorgesehen
ist, ermöglicht
eine wechselseitige positive Beeinflussung der jeweiligen Modelle. Eigenschaften
der Steuerung bzw. des Antriebs, beispielsweise des Drehmoments
eines Motors oder auch nur sein Gewicht, beeinflussen das mechanische
Verhalten der Maschine. Diese Daten können durch die beschriebene
erfindungsgemäße Ausprägung direkt
wieder im Mechanikmodell und damit in der Mechaniksimulation Berücksichtigung
finden. Gleichzeitig kann, wenn beispielsweise erkannt wird, dass
spezielle Eigenschaften des Mechanikmodells zu Problemen bei der
Steuerung bzw. Antriebsauslegung führen, diese Feedbackschleife
für eine
einfache Lösung
genutzt werden. Der Nachteil, dass die Mechanikkonstruktion unter
Umständen
einschränkende
Randparameter für
die Auslegung der Steuerung bzw. der Antriebe vorgibt, die bei der
Auslegung dann zu erheblichen Problemen führen können, wird minimiert. Parameter
der Steuerung bzw. Antriebsauslegung können verändert werden, so dass das Problem
umgangen werden und anschließend im
Mechanikmodell getestet werden kann, ob diese Veränderung
einen negativen Effekt auf die Arbeitsweise der Maschine hat oder
ob der Einfluss der Veränderung
zu vernachlässigen
ist. Diese iterative Vorgehensweise mit schrittweiser Anpassung
der beiden Modelle führt
zu einer zügigen
Entwicklung und einer besseren Abstimmung der Mechanikanteile mit
den dazugehörigen
Steuerungen bzw. Antrieben. Insgesamt führt eine derartige Co-Simulation
der Mechanik und der Steuerung bzw. Antriebe zu einer verbesserten
Entwicklung der Maschinen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher zur
Speicherung von Informationsdaten zu Hardwarekomponenten der Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen
vorgesehen ist. Neben den rein mechanischen Bauteilen, die im System
modelliert werden, bestehen die Produktionsmaschinen auch aus elektronischen,
elektrotechnischen und elektromechanischen Komponenten, wie beispielsweise
Motoren, Geber oder Messtaster. Diese Komponenten beeinflussen das
Verhalten des Mechanikmodells und eben auch später das Verhalten der Maschine.
Beispielsweise müssen
Trägheitseigenschaften
oder Schaltzeiten der Komponenten bei der Konstruktion berücksichtigt
werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Vorrichtung
zur Erstellung eines Mechanikmodells eine Bibliothek mit Information
zu den jeweiligen Komponenten zur Verfügung steht, auf die sie zurückgreifen
kann. Werden im Mechanikmodell spezielle Komponenten eingefügt, so können deren
Eigenschaften und die Wechselbeziehungen zu anderen Bauteilen gleich
simuliert werden. Darüber
hinaus stehen mit den Eigenschaften Größen zur Verfügung, die
für die
Auslegung/Projektierung/Programmierung der Steuerung/Antrieb vorteilhaft
verwendet werden können.
Das Vorhandensein einer derartigen Bibliothek, vereinfacht die Beschreibung
der Eigenschaften der Komponenten im Einzelfall, was die zügigere Konstruktion
gewährleistet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsdaten
zur Speicherung in Form von die jeweiligen Hardwarekomponenten repräsentierenden
Objekten vorgesehen sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Informationsdaten
nicht einzeln im Speicher gespeichert werden, und bei Auswahl einer Komponente
jeweils zusammengesucht werden müssten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte zu Erstellung
der Mechanikmodelle durch die Vorrichtung 2 vorgesehen sind. Alle
zu einer Komponente dazugehörigen
relevanten Daten sind fest mit dieser Komponente verknüpft, und
bei Anwahl der jeweiligen Komponente werden sie automatisch in das Mechanikmodell
eingebunden. Ein derartiges Vorgehen vereinfacht und beschleunigt
die Projektierung des Mechanikmodells.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Speicher
zur Speicherung von Abbildern der Objekte auf der Vorrichtung zum
Erstellen eines Steuerungs- und/oder Antriebsmodells für eine Produktions-
und/oder Fertigungsmaschine vorgesehen ist. Da die genannten Komponenten,
wie beispielsweise Motoren, Geber oder Getriebe nicht nur das Verhalten
des Mechanikmodells, sondern auch das Verhalten der Steuerung beeinflussen,
ist es vorteilhaft, die gleichen Objekte mit ihren Eigenschaften auch
bei der Auslegung/Projektierung/Programmierung der Steuerung/Antrieb
zur Verfügung
zu haben. Alle zur Auswahl stehenden Komponenten können auf
diese Weise sowohl bei der Erstellung des Mechanikmodells als auch
bei der Auslegung/Projektierung/Programmierung der Steuerung bzw.
der Antriebe ausgewählt
werden. Anschließend
werden sie jeweils im Gesamtsystem in Bezug auf ihre Eigenschaften durch
die Simulation hin untersucht. Dadurch, dass ein Abbild der Objekte
vorliegt, ist sichergestellt, dass beide Vorrichtungen auf die gleichen
Grundlagen zurückgreifen
auch wenn die von ihnen jeweils benötigten Informationsdaten, die
zu den jeweiligen Objekten gehören,
andere sein mögen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die in den Informationsdaten
enthaltene Semantik zur Nutzung durch die Vorrichtung zur Erzeugung
eines Computerprogramms vorgesehen ist. Da die Informationsdaten
im Speicher in Form von Objekten abgelegt sind, können sie
auf einfache Weise zur Erzeugung einer Software genutzt werden.
Die Objekte weisen Eigenschaften bzw. Attribute und Methoden auf.
Ein Attribut eines Antriebs ist beispielsweise die Position innerhalb
der Maschine und die Methode eines Antriebes sei beispielsweise
das Beschleunigen. Für die
Erstellung der Software können
die Attribute in einfacher Weise in Form von Variablen und die Methoden
in Form von Prozeduren wiedergegeben werden. Eine einfache und ganzheitliche
Umsetzung von den einzelnen Hardwarekomponenten bis zur Erstellung
der Steuerungssoftware ist auf diese Art und Weise gewährleistet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum
Erstellen eines Mechanikmodells und die Vorrichtung zum Erzeugen
eines Computerprogramms zur Verwendung der gleichen Variablennamen
vorgesehen sind. Ein Abgleich der jeweiligen Systeme aufeinander
wird auf diese Art und Weise erleichtert. Die Konstrukteure, die
die unterschiedlichen Konstruktionsphasen beglei ten, können somit einfacher
miteinander kommunizieren und der gesamte Konstruktionsablauf wird
einheitlicher gestaltet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Empfang
und/oder zum Senden von Daten über
ein Intra- und/oder Internet vorgesehen ist. Eine derartige Datenübertragung
kann vorteilhaft zur Analyse von Runtime-Software genutzt werden,
die beispielsweise auf einer Maschine an einem weit entfernten Standort
läuft,
und die auf ihre Funktion hin überprüft werden
soll. Die entsprechende Runtime-Software kann über das Internet in das System geladen
werden, und ihr Verhalten kann gemeinsam mit einem, der entsprechenden
Produktionsmaschine zugehörigem
Mechanikmodell simuliert werden. Die Software kann dann im System
entsprechend angepasst und über
das Internet zurück
auf die entfernt stehende Produktionsmaschine gesendet werden. Eine
Fernwartung von Software für
Produktionsmaschinen wird durch diese erfindungsgemäße Ausbildungen
auf vorteilhafte Weise ermöglicht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Systems zur Simulation von Produktionsmaschinen und
zur Auslegung/Projektierung/Programmierung einer Steuerung bzw.
eines Antriebes für
die Produktionsmaschinen,
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2 eine
schematische Darstellung der Übertragung
von Software über
ein Intra-/Internet
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines integrierten
Systems zur Simulation von Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen
und zur Auslegung/ Projektierung/Programmierung einer Steuerung-
und/oder Antriebes für
die Produktions- und/oder Fertigungsmaschinen. Das System 1 besteht
aus einer ersten Vorrichtung 2, mit deren Hilfe ein mechanisches
Modell einer Produktionsmaschine erstellt wird. In der Regel handelt
es sich hierbei um ein grafisches Modell der Produktionsmaschine.
Das System 1 verfügt
weiter über
Mittel 3, mit deren Hilfe eine Mechaniksimulation des entsprechenden
Mechanikmodells der Produktionsmaschine durchgeführt werden kann. Hierbei werden
Eigenschaften wie Kraft, Masse, Bewegung und Energie der jeweiligen
Produktionsmaschine simuliert und in Form von Simulationsdaten bereitgestellt,
welche an die Mittel 13 zur Durchführung einer Steuerungs- bzw.
Antriebssimulation übertragen
werden. Die durch die Mittel 13 errechneten Werte dienen
als Basis für
die Auslegung beispielsweise der Antriebe und für die Konzeption der Steuerung
für eine
zweite Vorrichtung 4, um ein Steuerungs- bzw. Antriebsmodell
für die
jeweilige Produktions- bzw. Fertigungsmaschine zu erstellen. Eine
Steuerungssoftware für
die Produktions- bzw. Fertigungsmaschinen wird mit Hilfe einer dritten
Vorrichtung 5 zur Erzeugung eines Computerprogramms hergestellt.
Die Simulationsdaten der Mechaniksimulation können mit Hilfe der Mittel 6 zur
grafischen Darstellung in Form von beispielsweise Kurvenscheiben
angezeigt werden. Hierbei werden die während der Simulation errechneten
Größen mit
den entsprechenden Maßeinheiten
parallel zum Bewegungsablauf der jeweiligen Maschine dargestellt.
Die Simulationsdaten für die
Steuerung bzw. die Antriebe werden durch die Mittel 14 zur
grafischen Beobachtung angezeigt. Über die Mittel 14 kann
die Vorrichtung zur Simulation 13 auch bedient werden,
indem neue Daten eingegeben und durch sie verursachte Veränderungen anschließend simuliert
werden. Für
die Produktionsmaschine benötigte
Hardwarekomponenten, wie beispielsweise verschiedene Motoren sind
in Form von Objekten 8 auf einem Speicher 7 hinterlegt
und können
von der Vorrichtung 2 zur Erstellung eines Mechanikmodells
genutzt werden. Abbilder 8* der jeweiligen Hardwarekomponenten
in Form von Objekten sind auch auf der Vorrichtung 4 zur
Erstel lung eines Steuerungs- bzw. Antriebsmodells in einem Speicher 9 hinterlegt
und können
von der Vorrichtung 4 zur Auslegung/Projektierung/Programmierung
benutzt werden.
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Die Besonderheit des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
des Systems 1 besteht im Wesentlichen darin, dass die Konzeption
der Mechanik einer Produktionsmaschine, die Auswahl der dazu gehörigen elektrotechnischen
Komponenten, die Auslegung/Projektierung der jeweiligen Antriebe
und die Projektierung sowie die Programmierung der Steuerung für das Automatisierungssystem
in einem System 1 zusammengeführt sind. Die in der Abbildung
dargestellte Projektierung der Steuerung bzw. des Antriebes mit
Hilfe der Vorrichtung 4 basierend auf dem durch die Vorrichtung 2 erzeugten
Mechanikmodell ist vorteilhaft, weil während des Entwurfs des Mechanikmodells
bereits Größen im Modell
zur Verfügung
stehen, die auf den Ablauf des Maschinenverhaltens Einfluss nehmen
und somit für
die Auslegung der Steuerung bzw. des Antriebes verwendet werden
sollten. Umgekehrt beeinflussen jedoch auch die Eigenschaften der
Steuerung bzw. des Antriebs das mechanische Verhalten der Maschine. Die
wechselseitige Beeinflussung von Mechanik und Steuerung wird vom
erfindungsgemäßen System 1 auf
vorteilhafte Weise anerkannt, da es durch wechselseitige Anpassung
der jeweiligen Modelle zu einer Optimierung der gesamten Maschine
inklusive der Steuerung führt.
Die aus der Mechaniksimulation abgeleiteten Daten können direkt
für einen
Steuerungsentwurf genutzt werden. Zu den Daten gehören beispielsweise
Parameter, die für
die Auswahl der Hardware relevant sind. Anhand der Messwerte aus
der Simulation kann beispielsweise ermittelt werden, welcher Motor
für eine
bestimmte Bewegung bzw. Beschleunigung benötigt wird. Des Weiteren stehen Daten
zur Verfügung,
die für
die Parametrierung der jeweiligen Hardware relevant sind. Hierbei
handelt es sich beispielsweise um die Anzahl der digitalen Ein- und
Ausgänge,
die für
eine spezielle Produktionsmaschine nötig sind. Weitere, für die Steuerung
relevante Parameter sind unter anderem Verzögerungszeiten von Schaltern,
Abtastzeiten oder die An zahl von Bewegungen, die von der Maschine
innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit gemacht werden müssen. Für die Projektierung/Programmierung
einer Steuerung für
ein entsprechendes Automatisierungssystem stellen diese Daten eine
wichtige Basis dar. Die durch die Simulation erzeugten Daten können mit
Hilfe der Vorrichtung 6 für den Konstrukteur auch grafisch
dargestellt werden. Hierbei werden Bewegungen beispielsweise eines
Bezugspunktes oder auftretende Kräfte in Form von Kurven aufgezeigt.
Es lässt
sich aus den Kurven unmittelbar ablesen, ob spezielle Kräfte ausreichen
oder evtl. zu groß werden
bei der vorgeschlagenen Konstruktion und es lässt sich beispielsweise auch
erkennen, ob Schwenkbewegungen von Hebelarmen der Maschine zu ausufernd
sind, so dass Schutzbereiche oder verbotene Verfahrwege verletzt werden.
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Wird nun ein Mechanikmodell von der
Vorrichtung 2 unter Zuhilfenahme von auf dem Speicher 7 gespeicherten
Hardwarekomponenten in Form von Objekten 8 erstellt, so
werden sämtliche
Eigenschaften wie Bewegungen dieses Mechanikmodells durch die Mittel 3 simuliert.
Die entsprechenden Simulationsdaten werden durch die Mittel 13 zur
Simulation einer Steuerung bzw. eines Antriebs für die Erstellung eines Modells
für die
Steuerung durch die Vorrichtung 4 genutzt. In dem System 1 liegen
also gleichzeitig ein Modell der Steuerung bzw. des Antriebes und
ein Modell der Maschinenmechanik vor. Beide werden parallel simuliert
und die jeweiligen Veränderungen
in einem Modell werden zu festgelegten Zeitpunkten in das andere
Modell übertragen und
die Eigenschaften des neuen Modells dann jeweils wieder getestet.
Die von der Maschinensimulation errechneten Zustandsgrößen werden
der Steuerungssimulation zugeführt
und dort im Programm weiterverarbeitet. Die errechneten Steuergrößen werden
wiederum dem Mechanikmodell zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise
wird eine Durchgängigkeit
im Entwurf von der Mechanik bis zur Software erreicht. Eine ganzheitliche
Optimierung der kompletten Anlage bzw. Maschine, also beispielsweise Durchlaufzeiten,
Massen, Kräfte
und Energieverbrauch wird ermöglicht.
Der Nachteil einer nachge schalteten Auslegung/Projektierung der
elektromechanischen Teile und Projektierung/Programmierung der Steuerung
entfällt
im vorgeschlagenen erfindungsgemäßen System
bzw. wird erheblich vereinfacht, da sowohl Steuerungsmodell als
auch Mechanikmodell schrittweise aneinander angepasst werden. Hierdurch
kommt es zu einer Optimierung des gesamten Herstellungsprozesses.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Übertragung von maschinenspezifischer
Steuerungssoftware 11 von einer Produktions- bzw. Fertigungsmaschine 12 auf
das System 1, wobei zur Übertragung ein Intra- bzw.
Internet 10 dient. Die Software wird direkt an die Vorrichtung 5 zur
Erzeugung eines Computerprogramms übertragen.
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Die Besonderheit des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
des Systems 1 besteht darin, dass maschinenspezifische
Runtime-Software 11 einer sich an einem entfernten Standort
befindenden Produktions- bzw. Fertigungsmaschine 12 auf
das System 1 ohne weiteren Kopieraufwand oder Verschicken
von Datenträgern übertragen
werden kann. Voraussetzung hierfür
ist nur, das die Maschine 12 und das System 1 einen
Zugang zum Intra- bzw. Internet 10 aufweisen. Eine derartige Übertragung
ermöglicht
es, innerhalb des Systems 1 die Runtime-Software durch
Simulation zu überprüfen und
an einem dort hinterlegten Mechanikmodell der Maschine 12 zu
testen. Anschließend
kann die modifizierte Software auf die Maschine zurückgespielt
werden. Eine Fernanpassung bzw. -wartung der Software wird dadurch
auf einfache Weise möglich.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung
ein System 1 sowie ein Verfahren zur Konstruktion und Projektierung
von Produktions- bzw.
Fertigungsmaschinen. Die verschiedenen Konstruktionsphasen werden
innerhalb des Systems 1 in einem iterativen Prozess durchlaufen.
Hierbei werden Simulationsdaten eines Mechanikmodells einer Maschine 12 für die Auslegung/Projektierung/Programmierung
einer Steuerung und eines Antriebes ge nutzt. Der Einfluss der projektierten/programmierten
Steuerung auf das Verhalten des Mechanikmodells wird in einem weiteren
Schritt wiederum überprüft. Dadurch
kommt es zu einer schrittweisen Optimierung des gesamten Systems
bestehend aus Maschine und Steuerungssoftware 11 sowie
Antrieb und es wird eine Durchgängigkeit
des Entwurfs von der Mechanik bis zur Software erzielt.