Durch die stetig voranschreitende Vernetzung von Produktionsstrukturen entsteht eine Fülle von neuen innovativen Möglichkeiten, Prozessqualitätssicherung nachhaltig weiterzuentwickeln und zu verbessern. Unter diesem Aspekt wird im Rahmen dieser Arbeit ein Rechnerverbund zur Regelung von Bauteileigenschaften im Kontext dezentraler Produktionsstrukturen entworfen. Der Beispielprozess "Herstellung eines Fingerkühlkörpers aus Blech" wird mittels eines selbst entwickelten Matlab-basierten Programms und einer relationalen Datenbank modularisiert und prozessunabhängig implementiert.
Ziel ist es, die Regelungsarchitektur so zu konzipieren, dass sie in der Lage ist, die Eigenschaften des Bauteils zu verschiedenen Zeiten zu erfassen, zuzuordnen und mit diesen gewonnenen Daten zukünftiges Prozessverhalten abschätzen und anpassen zu können. Durch die Eingliederung der Arbeit in den Sonderforschungsbereich SFB 805 "Beherrschung von Unsicherheiten in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus" wird hierbei ein besonderes Augenmerk auf die Konformität mit bereits entwickelten Modellen und Methoden gelegt.
Darauf aufbauend wird eine standardisierte Kategorisierung der Daten und Datenflüsse eingeführt, die als Grundlage für die umzusetzenden Funktionen dient und eine Konsistenz der gespeicherten Datensätze gewährleistet. Abschließend wird anhand der Vorversuche eine Konvergenz der Regressionsmodellbildung untersucht, woraus Entwicklungspotentiale zur Steigerung der Fertigungsgenauigkeit, der Regressionsmodellgüte und des Automationsgrades abgeleitet werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Vorgehensweise
2. Stand der Technik
2.1. Regelung von Bauteileigenschaften in der Umformtechnik
2.1.1. Regler
2.1.2. Sensorik zur Messung von Bauteileigenschaften
2.1.3. Flexible Aktorik am Beispiel der 3D-Servo-Presse
2.2. Vernetzung von Produktionsstrukturen
2.2.1. Kommunikationsebenen in der Produktion
2.2.2. Auflösung der Hierarchie: Cyber-physische Systeme
3. Anforderungsermittlung und Definition
3.1. Bestimmung der Prozessinformationen und des Informationsflusses
3.1.1. Prozessmodell und prozessrelevante Daten
3.2. Zusammenfassung der relevanten Prozessdaten
3.3. Anforderungsermittlung: Festlegung der zu implementierenden Funktionen
3.3.1. Hauptprogramm
3.4. Schnittstellen
3.4.1. Aufbau der Steuerungsarchitektur
3.4.2. Klassifizierung von Daten und Datenflüssen
3.4.3. Benutzerklassen und Zugriffsrechte
3.5. Definition der Programmiersprachen und Standards
3.5.1. Programmiersprache und -umgebung: Vergleich zwischen Matlab und LabView
3.5.2. Datenspeicherung und Datenbanksystem
3.5.3. Messstation
3.5.4. Die verwendeten Standards im Überblick
4. Implementierung
4.1. Ausgangssituation und nötige Anpassungen
4.1.1. Installation von benötigter Software und Treibern
4.1.2. Anpassung der SPS-Applikation
4.1.3. Enumerationstransformation
4.1.4. Operations-Modus
4.2. Aufbau der Datenbank
4.3. Implementierung der definierten Funktionen
4.3.1. Implementierung des Hauptprogramms
5. Erprobung
5.1. Vorgehensweise und Ziele
5.2. Bewertung der Konvergenzphase der Regression in Abhängigkeit der geführten Vorversuche
5.3. Erprobung des Systems am Realversuch Biegestern
5.3.1. Funktionalität und Fehleranfälligkeit
5.3.2. Erprobung der Konvergenzphase der Regression
6. Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist der Entwurf und die Implementierung einer prozessunabhängigen, verteilten Steuerungsarchitektur zur automatischen Regelung von Bauteileigenschaften, um durch Datenmodellierung und adaptive Regelkreise Unsicherheiten in Umformprozessen zu beherrschen.
- Entwicklung eines modularen Rechnerverbunds zur Bauteileigenschaftsregelung
- Integration von Matlab-basierten Programmen und relationalen Datenbanken
- Analyse und Standardisierung von Datenflüssen in cyber-physischen Systemen
- Konformität mit SFB 805 Anforderungen zur Unsicherheitsbeherrschung
- Bewertung von Regressionsmodellen zur Steigerung der Fertigungsgenauigkeit
Auszug aus dem Buch
3.1.1. Prozessmodell und prozessrelevante Daten
In diesem Abschnitt wird anhand des SFB-Prozessmodells der Biegeprozess der 3D-Servo-Presse vorgestellt und mit den genannten Methoden die Eingangs- und Ausgangszustandsmatrix und die sich daraus ergebenden prozessrelevanten Daten ermittelt. Hierbei wird die Prozessgrenze so gewählt, dass sie den adaptiven Regelkreis und damit auch die Rechnerarchitektur zur Regelung miteinschließt.
Hierbei wurde definiert, dass innerhalb einer Prozesskette jeder Teilprozess einen Anfangszustand tn und Endzustand tn+1 und somit auch eine Anfangszustandsmatrix Z_n und Endzustandsmatrix Z_n+1 besitzt (siehe Abbildung 12). Da die zu implementierende dezentrale Rechnerarchitektur zur Regelung von Bauteileigenschaften am Beispiel des Biegeprozesses als Teil des Forschungsbereichs und somit auch der eingeführten Standardisierung und Methodik anzusehen ist, gilt es im Zuge dieser Arbeit eine SFB-Unsicherheitsmodell-konforme Implementierung zu entwerfen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung und Vorgehensweise: Einordnung der Arbeit in den Stand der Technik und Vorstellung der methodischen Vorgehensweise zur Regelung von Bauteileigenschaften.
2. Stand der Technik: Übersicht über klassische Steuer- und Regelungskonzepte, Vernetzung von Produktionsstrukturen und die Rolle cyber-physischer Systeme in der Umformtechnik.
3. Anforderungsermittlung und Definition: Herleitung der Anforderungen an die Steuerungsarchitektur basierend auf SFB 805 Modellen und Festlegung der modularen Funktionsstruktur.
4. Implementierung: Praktische Umsetzung des Hauptprogramms, der Datenbankanbindung sowie notwendige Anpassungen an Hard- und Softwarekomponenten.
5. Erprobung: Durchführung von Testläufen zur Bewertung der Konvergenz des Regressionsmodells und Überprüfung der Systemfunktionalität am Realversuch.
6. Fazit und Ausblick: Zusammenfassende Bewertung der erreichten Ziele und Diskussion zukünftiger Optimierungspotenziale durch fortgeschrittene Sensorik und Vollautomation.
Schlüsselwörter
Steuerungsarchitektur, Umformtechnik, Bauteileigenschaften, adaptive Regelung, cyber-physische Systeme, Matlab, MySQL, SFB 805, Prozessqualität, Regressionsmodell, Datenbankmanagement, Automatisierung, Prozessabbildung, Schnittstellendefinition, Fertigungsgenauigkeit
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung einer verteilten Steuerungsarchitektur, die in der Lage ist, Bauteileigenschaften in Umformprozessen automatisch zu regeln.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Automatisierung von Umformprozessen, die Anwendung von adaptiven Regelkreisen, die Vernetzung von Produktionsstrukturen sowie das Management von Daten in relationalen Datenbanken.
Welches ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Auslegung eines prozessunabhängigen Rechnerverbunds, der Bauteileigenschaften erfassen, zuordnen und das Prozessverhalten für zukünftige Durchläufe vorhersagen kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein modellbasierter Ansatz unter Anwendung univariater linearer Regression nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate verwendet, eingebettet in die Systematik des SFB 805.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Anforderungsermittlung, die Definition der Softwarearchitektur, die konkrete Implementierung in Matlab und MySQL sowie die experimentelle Erprobung am Beispiel eines Biegeprozesses.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Steuerungsarchitektur, adaptive Regelung, SFB 805, Matlab, MySQL, Prozessqualität und cyber-physische Systeme.
Warum wurde Matlab als Entwicklungsumgebung gewählt?
Matlab wurde aufgrund seiner Flexibilität, der starken Anbindung an IT-Schnittstellen und der Ähnlichkeit zu modernen Hochsprachen gegenüber LabView bevorzugt.
Welche Rolle spielt die Datenbank in der Architektur?
Die Datenbank dient als zentraler, persistenter Speicherpunkt, der Konsistenz gewährleistet und den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Softwaremodulen und der Messstation ermöglicht.
Was ist die Bedeutung der "sensiblen Datenfluss-Interaktionen"?
Diese Klassifizierung stellt sicher, dass Schreib- und Lesezugriffe auf prozessrelevante Daten sicher und konsistent erfolgen, indem sie Zugriffsrechte und Validierungsschritte festlegt.
Wie wurde die Konvergenz der Regression bewertet?
Die Bewertung erfolgte anhand des Bestimmtheitsmaßes R², um den optimalen Stichprobenumfang für die Modellparameteranpassung zu ermitteln.
- Citar trabajo
- Jan Heimer (Autor), 2014, Entwurf und Implementierung einer verteilten Steuerungsarchitektur zur Regelung von Bauteileigenschaften, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/704269
