Digitale Fabrik

Vorlesung
Grundzüge der Wirtschaftsinformatik
W1311
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
W. Dangelmaier
Grundzüge der Wirtschaftsinformatik - Inhalt
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Einführung: Worum geht es hier?
System
Modell
Modellierung von Gegenständen
Strukturmodelle (Gebildestruktur)
Verhaltensmodelle (Prozessstruktur)
Produktion
Digitale Fabrik
Datenorganisation und Datenmanagement
Datenintegration/Funktionsintegration
Kommunikationssysteme, Internet, World Wide Web und Lab 2.0
E-Commerce / E-Business
IT-Governance
Systementwicklung
Entscheidungsunterstützung
Planung von Investitionsalternativen
Wirtschaftlichkeitsrechnung
Glossar
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8. Digitale Fabrik
Definition
„Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen,
Methoden und Werkzeugen die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden.
Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller
wesentlichen Prozesse und Ressourcen der Fabrik in Verbindung mit dem Produkt.“
[VDI-Richtlinie 4499]
Die Digitale Fabrik erlaubt es, in einer virtuellen Fabrik die Produkte, Prozesse und Anlagen in
Modellen abzubilden
Basierend auf den virtuellen Produkten, Prozessen kann die geplante Produktion getestet und so
verbessert werden, dass ein ausgereifter Prozess in der realen Fabrik zum Einsatz kommen kann.
8. Digitale Fabrik
Idee
Markt
Produktentstehungsprozess idea to market
Strategische
Produktplanung
Produktentwicklung
Prozessentwicklung
Markt
Virtual Prototyping & Simulation
FE-Methoden
Virtuelle
Realität
Off-LineProgrammierung
Signifikanter Nutzen:
Verkürzung „Time to Market“
Materialflusssimulation
Bearbeitungssimulation
Strömungssimulation Digital Mock-Up Mehrkörpersimulation
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8. Digitale Fabrik
Aufgabenstellung
• Aufgabe ist die…
– Planung der Auslegung der Produktionsstätten
– Planung der Produktionssysteme
– Überwachung der Umsetzung der Planung bis zum Anlaufen der Produktion
• Teilgebiete:
– Werkstrukturplanung
– Technologieplanung
– Prozessplanung
– Layoutplanung
– Materialfluss- und Logistikplanung
– Betriebsmittelplanung
– Arbeitsplatzgestaltung
• Eine reibungslose Inbetriebnahme hängt
entscheidend von der Qualität der Vorplanung ab.
8. Digitale Fabrik – Simulation Produktdesign
Simulation in der Entwicklung von Produkten mit weiter steigender Bedeutung. Problem bleibt die
Integration der Daten und Formate.
1980
1990
2000
2009
Alle Simulationen laufen in einer integrierten
Datenumgebung, um das digitale Produkt zu berechnen
 Bedeutung von Computer-
Simulation in der
Entwicklung steigt
 Computerbasierte
Berechnungen
hauptsächlich für
Steifigkeits- und
Schwingungssimulation
 Berechnungs-abteilungen
arbeiten weitgehend noch
unabhängig voneinander
Quelle: Theodor Großmann “Calculating Innovative
Benefits”, DC Technology Times March 2007
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8. Digitale Fabrik – Simulation Produktdesign
Auch im Prozessdesign hilft das Werkzeug der Simulation, um dynamische Prozesse abzusichern
und zu planen.
8. Digitale Fabrik – Digital Mock-Up
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Digitales Versuchsmodell
repräsentiert die geometrische Produktstruktur
Baugruppen und Einzelteile liegen im Produkt an ihrem Platz
Simulation von physischen Zusammenhängen
Ein-/Ausbauversuche von Teilen
Kollisionstest
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geht realen Tests voraus
beugt nachträglichen Änderungen vor
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8. Digitale Fabrik - Layoutsimulation
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Simulation des geplanten Fabriklayouts
Anordnung der Maschinen und Arbeitsplätze
Transportwege zwischen den Arbeitsschritten
Frühes Erkennen von Problemen im Layout-Design
Vermeidung von hohen Kosten bei Umstrukturierungen
8. Digitale Fabrik - Personalsimulation
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Personaleinsatzplanung
Zusammen-/Gruppenarbeit
– Auch unter Berücksichtigung der Qualifikation der einzelnen Mitarbeiter
Ergonomiesimulation
– Simulation von manuellen Arbeitsgängen
Physische-/psychische Belastung
Zugänglichkeitsprüfung
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8. Digitale Fabrik – Montagevisualisierung und -simulation
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Digitale Montageprozessplanung und Prozessüberprüfung
3D-Visualisierung und Simulation der Montagesequenz
Frühzeitige Abstimmung von Produkt, Prozess und Ressource
Planung der Produktmontagesequenz und optimalen Fügefolge
Planung von Füge- und Entnahmewegen
Überprüfung der Verbaubarkeit
Schrittweise Animation der Prozessfolgen auf Basis des
Prozessablaufplans zur Prozessverifikation
statische und dynamische Kollisionskontrolle
3D-Visualisierung dient auch der Kommunikation und Schulung der
Beteiligten
8. Digitale Fabrik – Maschinensimulation
•
NC-Simulation
– Durchlauf des NC-Programms
– Test ob es zu Konflikten/Kollisionen zwischen
Werkzeugen kommen kann
– Optimierung der Laufwege
•
Roboter-Simulation
– Simulation der Bewegung des Roboterarms
– Verbesserung der Programmgenauigkeit
– Kollisionstest
– Planung von Roboterarbeitszellen
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8. Digitale Fabrik - Materialflusssimulation
 Dynamische Analyse und Optimierung von Fabriklayouts
 Frühzeitige Überprüfung des Produktionskonzeptes
 Ermittlung von Engpässen und Produktion und Logistik
 Verringerung von Lager- und Durchsatzzeiten
 Verbesserung von Produktionsliniendesign und Zeitplanung
 Analyse, Validierung und Optimierung von Fertigungsvarianten
 Maximierung des Einsatzes von Fertigungsressourcen
 Dynamische Überprüfung der Pufferauslegung
8. Digitale Fabrik - DMG Virtuelle Maschine
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8. Digitale Fabrik - Gildemeister - die reale Maschine
GILDEMEISTER nimmt als Hersteller von spanenden Werkzeugmaschinen weltweit
eine führende Position ein: Das Angebot umfasst innovative Hightech-Maschinen,
Serviceleistungen sowie Software- und Energielösungen. GILDEMEISTER verfügt in
verschiedenen Branchen und Regionen über eine gewachsene, breite und
diversifizierte Kundenstruktur.
Video der realen Maschine:
http://de.dmgmoriseiki.com/sites/products/de/fraesmaschinen/hsc-55-linear
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel
Die DMG Virtual Machine integriert Geometrie, Kinematik und Dynamik realer DMGMaschinen sowie alle Funktionalitäten von NC und PLC in einer durchgängigen
virtuellen Prozesskette.
Vorteile:
• Höchste Prozesssicherheit durch Kollisions- und Arbeitsraumprüfung
• Authentisches Maschinenmodell
• Umfassende Vorab-Kontrolle aller Programm- und Fertigungsabläufe
• Schnelles Erlernen neuer DMG-Maschinen und Steuerungen
• Rüstzeitreduzierung durch optimal vorbereitete Programme
• Einsatz für die Aus- und Weiterbildung
• CAD-Datenimport von Betriebsmitteln
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Virtuelle Maschine - Idee und Ziel
Komponenten:
• Simulations-Applikation: Virtueller Rüstvorgang sowie Maschinen- und
Abtragssimulation
• Steuerungs-Applikation: Original-Steuerungssoftware zur Ansteuerung der
Maschinensimulation, Siemens und Heidenhain
• CAMP: Simulator, der das zeitliche Verhalten einer realen Maschine nachbildet
• SolidWorks OEM: Integriertes CAD-Programm, um Ressourcen zu erstellen
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik - Screenshot
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Screenshot - Übersicht
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik - Anlegen der Ressourcen
Für eine konkrete Maschine werden zunächst die
projektspezifischen Ressourcen erstellt oder importiert:
• Spannmittel
• Werkstücke
• Werkzeuge
• NC-Programme
• CAM-Projekte
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Steuerungsbereich
Über diesen Bereich erreicht man zahlreiche
Funktionen zur Programmierung, Steuerung und
Kontrolle der virtuellen Maschine. Hier kann ein
konkretes NC-Programm erstellt und dann simuliert
werden.
Das vollständige DMG Control Panel kann entweder
direkt auf dem Bildschirm angezeigt oder extern an
den PC angeschlossen werden (optional).
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik - Simulation
Während der Simulation eines Programms auf einem Werkstück erfolgt die
Visualisierung der Maschinensteuerung in einer 3D-Umgebung. Parallel dazu
erscheinen auch die Maschinenbetriebsdaten in Echtzeit sowie Kollisionen, wenn es
sie gibt.
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Simulation - Video
Während der Simulation eines Programms auf einem Werkstück erfolgt die
Visualisierung der Maschinensteuerung in einer 3D-Umgebung.
Quelle: GILDEMEISTER, 2012 / FILM: C. LAROQUE
8. Digitale Fabrik - Auswertung
Nach der erfolgreichen Simulation zeigt die virtuelle
Maschine das Werkstück in seinem finalen Zustand
nach der Bearbeitung durch das NC-Programm.
Darüber hinaus kann ein Auswertungsreport erstellt
und exportiert werden (PDF, etc.).
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
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8. Digitale Fabrik - Auswertung
Treten durch ein fehlerhaftes Programm oder eine falsche Aufspannsituation Fehler auf,
so werden diese in der virtuellen Maschine angezeigt. Man kann zwischen
verschiedenen Strategien wählen, wie mit Kollisionen umgegangen werden soll:
• Stoppen bei Kollision: Es wird ein NC Stopp ausgeführt; Fortsetzung mit NC Start
möglich
• Stoppen und fortsetzen bei Kollision
• Kollisionen protokollieren: erscheint im
Steuerungs- und Kontrollbereich unter
der Registerkarte Meldungen
Quelle: GILDEMEISTER, 2012
8. Digitale Fabrik
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8. Digitale Fabrik
Frage 1: Digitale Fabrik
1. Bei einer NC-Simulation
 läuft das NC-Programm virtuell ab
 wird überprüft, ob es zu Kollisionen kommt
 werden ggf. die Laufwege des Werkzeugs optimiert
2. Bei einer Robotersimulation
 werden die Bewegungen des Roboterarms simuliert
 wird kein Kollisionstest durchgeführt.
 werden ggf. die Bewegungen hinsichtlich der Programmgenauigkeit optimiert.
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