Forschung

Forschung am ISW

Wir forschen interdisziplinär an Technologien für die Produktion und Automatisierung von Übermorgen. Die industrielle Anwendbarkeit steht dabei immer im Fokus. Unsere Forschungsaktivität umfasst dabei die folgenden Themenschwerpunkte.

Wir haben auch eine Übersichtsliste aller unserer Projekte.



Antriebsregelung

Geregelte elektrische Antriebe sind aus kaum einer Branche mehr wegzudenken. Im Bereich der Produktionstechnik stellt hierbei die schnelle, präzise und robuste Einstellung von Position oder Geschwindigkeit von Maschinenkomponenten eine wesentliche Herausforderung dar. Im Bereich der Vorschubantriebe müssen vorgegebene Bahnen exakt umgesetzt und dabei gleichzeitig einwirkende Störungen eliminiert werden. Das ISW forscht in diesem Bereich an der Umsetzung neuartiger Regelverfahren und Strukturen, mit welchen sich Genauigkeit, Effizienz oder Flexibilität von Antrieben steigern sowie neue Anwendungen erschließen lassen.



Bedienung

Um der zunehmenden Komplexität heutiger Maschinen und Anlagen zu begegnen, entwickelt das ISW flexible und 3D-gestützte Bedienoberflächen. Hierbei werden neueste Technologien aus der Spielebranche, wie die Unity3D oder Unreal 4 Entwicklungsumgebung, mit den Erkenntnissen aus dem Bereich der Gamification – der Nutzung von Spielmechanismen im Produktiveinsatz - vereint. Das Ergebnis ist ein Bedienkonzept, das auf direkter Interaktion mit dem virtuellen Abbild der Maschine beruht. Beispielsweise lassen sich die Kurvenscheiben für eine Transferpresse mit dem neuen Konzept - ähnlich dem Teach-in-Verfahren bei Robotern - durch direktes Verschieben der virtuellen Achsen programmieren.



Engineering

Zur Effizienzsteigerung des Entwicklungsprozess forscht das ISW an simulationsgestützten und baukastenorientierten Engineering-Methoden. Hierbei werden Simulationsmodelle als Kommunikations- und Validierungsplattformen verwendet, um bereits in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses Funktionen visualisier- und überprüfbar zu machen. Um die Modellbildung zu erleichtern, werden Methoden aus dem baukastenorientierten Engineering verwendet, die es erlauben, Modelle automatisch aus funktionalen Primitiven auf Basis einer Anforderungsbeschreibung zu erstellen und zu bewerten. Die Methodik sieht vor, dass die Modelle mitwachsen und abschließend für die virtuelle Inbetriebnahme bzw. in Wartungsfällen verwendet werden.



Kommunikation

Die Kommunikationstechnik spielt für den Maschinen- und Anlagenbau eine wichtige Rolle. Im Rahmen der Initiativen zu Industrie 4.0 und IoT hat die Bedeutung der Kommunikationstechnik noch weiter zugenommen. Das ISW treibt in diesem Zusammenhang Innovationen im Bereich der echtzeitfähigen und nicht-echtzeitfähigen sowie der drahtgebundenen, drahtlosen und Powerline-Kommunikationsmechanismen voran. Neben der Spezifikation von Kommunikationsprotokollen und –profilen zählen hierzu auch Validierung und Test. Das ISW ist dabei fest in der Sercos und OPC UA Community verankert.



Maschinentechnik

Im Themenfeld der Maschinentechnik befasst sich das ISW unter anderem mit den Themen der Maschinendynamik, unterschiedlichen Vorschubantriebskonzepten, den einzelnen Maschinenkomponenten und neuen Maschinenkinematiken. Es werden experimentelle Untersuchungen von Maschinen und Anlagen durchgeführt; verschiedenste Vorschubantriebe, wie Kugelgewindetriebe, Zahnstange-Ritzel-Antriebe, Riemen- und Lineardirektantriebe, werden ebenfalls messtechnisch analysiert. Zusätzlich werden neue Möglichkeiten zu deren Auslegung und Inbetriebnahme entwickelt. Um neuen technologischen Anforderungen gerecht zu werden, werden neue Maschinenkinematiken entwickelt, ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen.



Simulation

Die simulative Abbildung von Bauteilen, Maschinen und Prozessen stellt heute ein unverzichtbares Werkzeug für Ingenieure aller Disziplinen dar. Durch die Simulationstechnik können frühzeitig Aussagen zur Lebensdauer von Bauteilen getroffen werden sowie das Zusammenspiel von Komponenten effizient verifiziert werden. Das ISW entwickelt und nutzt aus diesem Grund die Simulationstechnik auf allen Ebenen der Produktionstechnik: Im Bereich der mechanischen Analyse von Maschinenkomponenten mittels Finite-Elemente- und Mehrkörpermethoden, in der Auslegung elektrischer und elektronischer Schaltungen sowie für die virtuelle Abbildung ganzer Anlagen und Prozesse zur Virtuellen Inbetriebnahme.



Steuerungsalgorithmen

Das ISW arbeitet seit vielen Jahren im Bereich der Grundlagenforschung zu Algorithmen für die Steuerungs- und Regelungstechnik im Kontext des Werkzeugmaschinen- und Anlagenbaus. Ziel ist es, bei der Werkstückbearbeitung die Genauigkeit und Oberflächengüte zu verbessern, die Maschinen- und Werkzeugbelastung zu senken und die Bearbeitungszeit zu verringern. Hierfür entwickelt das ISW für Werkzeugmaschinen, Roboter und Antriebssysteme neuartige Interpolationsverfahren, Algorithmen zur kollisionsfreien Bahnplanung, hochperformante Regelalgorithmen auf FPGA-Basis sowie Algorithmen zur kinematischen und physikalischen Abbildung von Maschinen und Anlagen für die Echtzeitsimulation.



Steuerungsarchitekturen

Die Steuerungs- und Antriebstechnik profitiert in starkem Maße von den Entwicklungen der IT. Steigende Rechenperformance durch Multicore-, GPU- und FPGA-Systeme sowie durch die Cloud-Technologie, die Miniaturisierung von Hardware-Komponenten sowie neuartige Softwarekonzepte werden am ISW zielgerichtet für die Weiterentwicklung der Steuerungs- und Antriebssysteme eingesetzt. Unter anderem hat das ISW die Architektur heutiger CNC-Systeme maßgeblich mitgeprägt und mit der Offenen Antriebsreglerplattform sowie Test- und Zertifizierungslösungen für Feldbus- und Steuerungssysteme weitere innovative Lösungen und Konzepte erarbeitet.



Alle Projekte

Eine Liste aller unserer Projekte finden sie hier.