Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-6773
Authors: Kircher, Christian
Title: Selbstadaptierende NC-Steuerung für rekonfigurierbare Werkzeugmaschinen
Other Titles: Self-adapting Numerical Control for reconfigurable machine tools
Issue Date: 2011
Publication type: Dissertation
Series/Report no.: ISW/IPA-Forschung und -Praxis;185
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-67093
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/6790
http://dx.doi.org/10.18419/opus-6773
ISBN: 978-3-939890-79-9
Abstract: Produzierende Unternehmen müssen zukünftig stärker als bisher auf Marktturbulenzen reagieren können. Hinzu kommt, dass wegen den sich rasch ändernden Marktbedürfnissen die Lebenszyklen von Konsumgütern kürzer sind als die Amortisationszeit der Maschinen auf denen sie gefertigt werden. Deshalb müssen Werkzeugmaschinen wiederverwendbar und an neue Produktionsprozesse anpassbar, das heißt rekonfigurierbar sein. Dies betrifft sowohl den mechanischen Aufbau als auch das Steuerungssystem. Bei einer Rekonfigurierung muss jedes Mal auch die NC-Steuerung (NC) angepasst werden. Dabei sind Abhängigkeiten zwischen der Maschinenstruktur und der NC zu beachten. Sie werden bisher von Spezialisten bei der einmaligen NC-Konfigurierung während der Auslegung und Inbetriebnahme berücksichtigt. Für die schnelle und wirtschaftliche Rekonfigurierung von Werkzeugmaschinen muss die Adaption der NC deshalb weitestgehend automatisch ablaufen. In dieser Arbeit wird durch Übertragung von Plug-and-Play-Prinzipien auf die NC-Konfigurierung eine selbstadaptierende NC entworfen, die sich automatisiert an die Maschinenkonfiguration anpasst. Zusammenfassend wurden folgende Neuerungen erarbeitet: • Ein herstellerunabhängiges Strukturmodell einer adaptierbaren NC wurde definiert. Es basiert auf allgemeingültigen NC-Konfigurierungsobjekten über welche die NC konfiguriert wird. • Plug-and-Play-Systeme wurden analysiert, um Merkmale von Plug-and-Play-Geräten herauszuarbeiten und Voraussetzungen für die Übertragbarkeit von Plug-and-Play-Prinzipien auf die Steuerungstechnik zu definieren. • Ein Konzept für eine selbstadaptierende NC und ein Modulkonzept für Werkzeugmaschinen auf Basis mechatronischer Maschinenmodule wurde erarbeitet. • Zur Abbildung von Maschinen- und Steuerungskonfigurationen sowie ihrer funktionalen Zusammenhänge wurde ein Informationsmodell geschaffen. Darin sind die NC-Konfigurierungsobjekte einer adaptierbaren NC abgebildet. • Für die Selbstadaption der NC wurde eine modellbasierte Konfigurierungsmethode entwickelt. Über funktionale Zuordnungen im Informationsmodell werden alle notwendigen NC-Konfigurierungsobjekte abgeleitet. Ihr Zusammenwirken innerhalb der NC-Konfiguration ist durch Konfigurationsmuster festgelegt. Ein Generator erzeugt auf Basis des Informationsmodells eine NC-Konfigurierungsliste, die anschließend von der NC interpretiert wird.
In the future, manufacturing companies will have to deal with market turbulences triggered by globalization and mass customization more than ever before. In addition, due to rapidly changing market demands the life cycles of consumer goods are shorter than the payback period of the machinery and equipment on which they are manufactured. Therefore machine tools must be rapidly adaptable to alternating and unpredictable production orders. They must be reconfigurable. This affects both the mechanical design and the control system. If a machine tool is reconfigured by exchanging machine modules, the Numerical Control (NC) must be adapted to the new machine structure also. In doing so dependencies between the machine configuration and the NC must be considered. Specialists normally have these dependencies in mind during the initial design and commissioning phase of the NC configuration. That’s why the NC is closely related to a special machine configuration, and the NC has to be configured anew after each mechanical reconfiguration. So, the configuration of the NC must be as automated as far as possible. In this doctoral thesis plug-and-play-methods are transferred to the configuration of NC and a self-adaptable NC is designed which adapts itself automatically to a machine configuration. To sum up, the following innovations were developed: • A manufacturer independent concept of an adaptable NC was created by systematisation the NC configuration process. The concept is based on general NC configuration objects which are used to configure the NC. • Plug-and-play-systems were analysed in order to identify properties of plug-and-play-devices and to define preconditions to apply plug-and-play-methods to NC technology. • A self-adaptable NC and a modular machine concept based on mechatronic modules were defined by transferring properties of plug-and-play-systems to machine tools. • An information model was defined which represents the functional relations between machine and NC configuration. It includes the NC configuration objects of an adaptable NC. • For the self-adaptation of the NC a model based configuration method was developed. This method uses the functional relations of the information model to identify the NC configuration objects related to the machine modules of the machine configuration. The combination of the NC configuration objects is defined by patterns for NC configurations. A generator is used to create a configuration file out of the information model. This configuration file is afterwards interpreted by the adaptable NC.
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