Durchgängiger, bidirektionaler Informationsfluss [...]

Projekttitel

Durchgängiger, bidirektionaler Informationsfluss zwischen NC-Programmiersystem, NC-Steuerung und Antrieb durch Feature-basierten Datenaustausch

Thematische Stichwörter

Featurebasierte Steuerdatenschnittstelle, Offene Antriebsreglerplattform, Prozessdatenerfassung

Kurzbeschreibung

Ausgangslage

Die Arbeitsvorbereitung in Unternehmen ist für die iterative Optimierung von Fertigungsprozessen auf aktuelle Informationen aus dem Fertigungsbereich angewiesen. In heutigen Prozessketten ist der hierzu erforderliche Informationsrückfluss nur aufwändig zu realisieren, da bestehende Systeme zur Erfassung und Verarbeitung von Daten aus dem Prozess, wie Prozessüberwachung und -regelung, Maschinendiagnose, Betriebsdatenerfassung, nur über ein reduziertes Bild der Bearbeitungssituation (Bearbeitungsaufgabe und jeweils relevante Prozessinformationen) verfügen.  In besonderem Maße ist hiervon die Einzel- und Kleinserienfertigung betroffen, bei der unterschiedliche Typen von Werkzeugmaschinen mit breitgefächertem Werkstückspektrum zum Einsatz kommen.

Dagegen wird die NC-Programmierung für prismatische Werkstücke zunehmend mit Hilfe einer hierarchisch strukturierten Bibliothek sogenannter Fertigungsfeatures durchgeführt, die Bearbeitungsaufgaben, wie das Fertigen einer Gewindebohrung, als parametrierbare Einheiten abbilden. Diese umfassende Kenntnis der Bearbeitungsaufgabe geht jedoch bei der Generierung des NC-Programms verloren, so dass sie in Steuerungs- und Antriebssystemen für eine der Bearbeitungssituation angepasste Prozessdatenerfassung und -verarbeitung nicht genutzt werden kann. Die Zuordnung erfasster Prozessdaten zur Bearbeitungsaufgabe sowie ihre entsprechend strukturierte Rückführung in die Arbeitungsvorbereitung sind nur bedingt zu realisieren.

Zielsetzung

Ziel des durch die Stiftung Industrieforschung geförderten Forschungsprojekts "Durchgängiger, bidirektionaler Informationsfluss zwischen NC-Programmiersystem, NC-Steuerung und Antrieb durch Feature-basierten Datenaustausch" war der Aufbau einer Prozesskette, in der die beteiligten Teilsysteme (NC-Programmiersystem, NC-Steuerung und Antriebsregler) mit relevanten Informationen über die Bearbeitungsaufgabe versorgt werden, um die Erfassung und Verwertung von Prozessdaten entsprechend der Bearbeitungssituation zu steuern.

Die Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen e.V. (FVP) und das ISW verfolgten im Einzelnen folgende Teilziele:

• Analyse und Konzeption einer durchgängigen Prozesskette von der NC-Programmierung bis in die Antriebsregelung
• Verwendung und Erweiterung eines Feature-basierten Datenmodells als NC-Programmierschnittstelle zum Erfassen und Abbilden von Prozessdaten
• Entwicklung von Kommunikationsmechanismen für den bidirektionalen Informationsaustausch zwischen CAM-System und NC-Steuerung sowie zwischen NC-Steuerung und Antrieben
• Konzeption von Aufbereitungs- und Rückflussmechanismen für Prozessdaten in der NC-Steuerung und den Antrieben
• Implementierung von prozessorientierten Algorithmen in NC-Steuerung und Antrieben
• Entwicklung einer Methodik für eine prozessdatengestützte, Feature-basierte NC-Planungsdatenbasis

Ergebnisse

Informationsmodell

Informationstechnisches Rückgrat der Prozesskette ist ein integriertes Bearbeitungs- und Prozessdatenmodell. Ausgeführte Operationspläne referenzieren das zugehörige Bearbeitungsmodell, repräsentiert durch ein STEP-NC-Projekt oder ein EXAPTplus-Teileprogramm. Spezifische Prozessdaten sind einem ausgeführten Arbeitsschritt, wie Bohrung zentrieren, zugeordnet.

Einbindung des Offenen Antriebsreglers

Der Offene Antriebsregler wurde um eine SERCOS-Kommunikationskarte ergänzt, die mit der verwendeten NC-Steuerung neun Parameter zyklisch im Interpolationstakt austauscht. Einer dieser Parameter gibt den Typ des Bearbeitungsobjekts (Featureinformation) vor. Abhängig dieses Featuretyps werden Prozessdaten erfasst und Schwellwerte überwacht.

Erweiterung der NC-Steuerung

Die Anpasssteuerung der NC-Steuerung wurde um zwei Tasks erweitert. Ein Task versorgt den Offenen Antriebsregler mit Informationen über das aktuelle Feature und erfasst Prozessdaten im Interpolationstakt über aus dem Offenen Antriebsregler zurückgeführte SERCOS-Parameter sowie aus Steuerungsvariablen. Eine einfache Prozessdatenverarbeitung erfolgt ebenfalls in diesem Task, bevor die Prozessdaten in einem im NC-Programm vorgegebenen Takt in einen dynamischen Ringpuffer geschrieben werden. Ein im Vielfachen des Interpolationstakts arbeitender Tasks liest diesen Rinpuffer aus und schreibt seinen Inhalt in eine Binärdatei. Nach Schließen der Binärdatei wird an einen CAM-Client über eine Prozesskommunikationsschnittstelle das Vorliegen der Binärdatei mitgeteilt, die dann nach ASCII konvertiert und durch die NC-Planung weiterverarbeitet werden kann.

NC-Planung

In der NC-Planung werden NC-Programme um Prozessdatenerfassungsaufträge ergänzt, die den Featuretyp, featurespezifische Schwellwerte und die Abtastrate beinhalten. Nach der Abarbeitung des NC-Programms werden erfasste Prozessdaten den einzelnen Feature-Instanzen zugeordnet und so einer interaktiven Prozessoptimierung zugänglich gemacht.

Umgesetzte Szenarien

Die Methodik wurde beispielhaft für die Featuretypen Tieflochbohren, Schrupp- und Schlichtfräsen sowie Zentrieren umgesetzt. In einem Demonstrator wurde das Überschreiten von Stromschwellwerten (beim Schruppfräsen) und von Schleppabständen (beim Tieflochbohren) durch das Aufprägen eines Widerstands während des Verfahrens des Antriebs aufgezeigt und in einer Prozessdatendatei sowie einer über die Prozesskommunikationsschnittstelle an die NC-Steuerung gekoppelten Anzeige visualisiert.

Abschlusspräsentation

Präsentationen zur Abschlusspräsentation vom 26.07.2007 in Stuttgart (pdf):

1. Durchgängiges Nutzen von Features in der Prozesskette
2. Einbindung des Offenen Antriebsreglers in die Prozesskette
3. NC-Planung und Steuerdatenschnittstelle
4. Steuerungstechnische Maßnahmen zur strukturierten Prozessdatenerfassung

Weitere Informationen

Projekthandzettel (pdf)

Ansprechpartner

• Dipl.-Wirtsch.-Ing. M. Wosnik