Automatisierungstechnik
Fragenkatalog
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Kartei Details
| Zusammenfassung | Diese Lernkarten bieten eine grundlegende Einführung in die Automatisierungstechnik, mit Fokus auf Produktion, Steuerungen und Simulation. Sie behandeln die Anwendung von Signalträgern, die Beschreibung von Verfahren und die Nutzung von SPS sowie die Optimierung durch Simulation. Ideal für Mechatronik-Interessierte, die die Grundlagen der Automatisierung verstehen und anwenden möchten. |
|---|---|
| Karten | 31 |
| Lernende | 7 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Mechatronik |
| Stufe | Grundschule |
| Erstellt / Aktualisiert | 19.02.2013 / 27.12.2018 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/automatisierungstechnik
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Welche Themen sind Bestandteile der Produktion?
Beschreiben Sie diese kurz
Fertigung
Alle Verfahren und Mittel zum schrittweise Verändern der Form und / oder der Stoffeigenschaften, die der Herausbildung materieller Elemente und dem Zusammenbau zu komplexen technischen Gebilden dienen.
Montage
Gesamtheit aller Vorgänge, die dem Zusammenbau von geometrisch bestimmten Körpern dienen. Dabei kann zusätzlich formloser Stoff zur Anwendung kommen
Nennen Sie 4 Kennzahlen zur Beschreibung eines Produktionssystems die auch als Zielgrößen im Planungsfall verwendet werden können, erläutern Sie die Zielgrößen
- Produktivität
Verhältnis der Produktionsmenge zur Einsatzmenge, die für den Produktionsprozess benötigt wird
- Wirtschaftlichkeit
Quotient der Produktionsleistung zu den Kosten des Einsatzes
- Rentabilität
Verhältnis von Ertrag minus Aufwand zu eingesetztem Kapital
- Stückkosten
In Geldeinheit pro Produktionseinheit. Enthält die Stückeinzelkosten+ proportionalisierte Fixkosten
Beschreiben Sie mit Hilfe eines Diagramms für die Fertigungssysteme
- Konventionelle Transferstraße
- NC- Maschine
- Flexibles Fertigungssystem
den Zusammenhang zwischen Produktivität, Flexibilität und Jahresstückzahl pro Werkstück
siehe bild
Welche Schritte werden bei der Layoutplanung durchlaufen. Beschreiben Sie die Schritte kurz
- Funktionsschema und Anforderungsmatrix
Definieren der Aufgabenstellung und Festlegung der Anforderungen
- Optimierungsverfahren
Findung eines wirtschaftlichen Layouts
- Ideallayout
Ideallayout ohne Randbedingungen (grüne Wiese)
- Groblayout
Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten
- Feinlayout
Technische Zeichnung die Umsetzbar ist
Die Organisationsform der Fertigung lässt sich unterscheiden in den Ablauf der Fertigung und die Layoutgestaltung. Nennen Sie mindestens 2 Organisationsformen für die Fertigung und vergleichen Sie die miteinander.
Punktfertigung
- alle Arbeitsvorgänge an einem Erzeugnis erfolgen stationär an einer Stelle
- dies erfordert eine gewisse Arbeitsteilung
- Terminplanung kommt besondere Bedeutung zu
- hohe Flexibilität
- wenig für Automatisierung geeignet
- findet Anwendung im Anlagen-, Schiffsbau
Gruppenfertigung
- Zusammenfassen der notwendigen Verfahren für eine Werkstückgruppe
- Maschinen mit unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren werden
zusammengefasst
- Räumliche Anordnung wie Fließfertigung
- Produktion erfolgt in Losen
- Transportwege und Durchlaufzeiten im Gegensatz zur Werkstattfertigung
erheblich verkürzt
- Wenn das Werkstückspektrum dies zulässt (Bildung von Teilefamilien)
Beschreiben Sie 2 dieser Fälle bezüglich der zu verändernden
Bestimmungsgrößen
- Bei der Neuplanung müssen im Produktionsprogramm Produkte und Mengen als Bestimmungsgröße neu festgelegt werden. Für das Produktionspotential müssen als neue Bestimmungsgrößen der Standort, die Produktionsmittel, die Gebäude und Flächen, die Struktur, das Personal, die Technologien und die Organisation geplant werden
- Bei einer Verlagerung müssen als Bestimmungsgrößen Standort, Struktur und Organisation neu geplant werden. Es können die Produktionsmittel und das Personal neu beplant werden
Nennen und beschreiben Sie die 3 Produktanlaufstrategien zur Umstellung vom alten zum neuen Produkt
Blockumstellung
- Umstellung erfolgt nur zum Teil.
- Sobald die neue Produktion in stabilem Zustand ist, erfolgt die komplette Umstellung
Nennen und beschreiben Sie die 3 Produktanlaufstrategien zur Umstellung vom alten zum neuen Produkt
Step by Step
- Produktion des neuen Produkts wird allmählich in die alte Produktion eingegliedert.
- Schwierigste Anlaufstrategie, da beide Produktionen parallel laufen.
Nennen und beschreiben Sie die 3 Produktanlaufstrategien zur Umstellung vom alten zum neuen Produkt
Shut Down
- Nur neues Produkt wird gefertigt.
- • Keine gemischte Modellpalette.
- • Im Vergleich am einfachsten.
- • Steile Anlaufkurve realisieren um Verkaufseinbußen zu vermeiden
Der Produktionsanlauf wird dargestellt über die Inbetriebnahme, Nullserie Vorserie, Produktionshochlauf. Bringen Sie diese Schritte in die richtige chronologische Reihenfolge und beschreiben Sie 2 davon
Produktionshochlauf
- Erreichen und Sichern eines stabilen Betriebszustandes auf hohem Niveau
- Behebung von Frühausfällen
- Qualifizierung des Bedien- und Instandhaltungspersonal
- Verbesserung technisch suboptimaler Systeme
- Optimierung der Betriebsstrategie
- Technologische Prozessoptimierung
Nullserie
- Nachweis des Reifegrades für den Produktionshochlauf
- Schulung der Mitarbeiter
- Entdecken und beseitigen von Störungen
- Ermitteln des Verhaltens der Produkte unter Realbedingungen
- Seriennahe Produktion mit Serienwerkzeugen
- Integration der Zulieferer
Die digitale Fabrik beinhaltet Simulationstools in allen Planungsbereichen von der
Produktidee, Konstruktion bis zum Hochlauf. Dies ermöglicht eine Optimierung in
der virtuellen Welt für die reale Welt. Nennen Sie 3 Verbesserungen die durch die digitale Fabrik ermöglicht werden.
• Die Digitale Fabrik (DF) sichert Datenintegration und –transparenz
• Die DF automatisiert die Planungsaufgaben
• Die DF standardisiert
• Die DF optimiert das Workflow- und Change-Management
Simulation kann für die Planung einer Anlage bzw. während des Betriebs einer Anlage eingesetzt werden. Worin unterschieden sich hierbei die Zielsetzungen?
• Während der Planung:
Festlegung des Bedarfs von Maschinen und Einrichtungen
• Während des Betriebs
Optimierung des Fertigungsablaufs im vorgegebenen System
Fabrikmodelle lassen sich in statische und dynamische Modelle einteilen.
Unterschieden Sie die beiden Modelle
• Ein statisches Modell gibt nach der Fertigstellung nur eine
Momentaufnahme wieder. Jede Änderung erfordert eine Umgestaltung des Modells, so dass eine neue Momentaufnahme abgebildet wird.“
• Dynamische erlauben, im bestehenden Modell bewegte Abläufe und Prozesse abzubilden. In diesem Zusammenhang wird auch von „Simulation“ gesprochen.“
Nennen Sie die 3 Phasen der Simulation und deren Inhalte
• Analyse
o Problemanalyse
o Zielsetzung
o Systemanalyse
• Simulation
o Modellerstellung
o Simulations- Experiment
o Auswertung
• Optimierung
o Realisierung
o Optimierung
Simulation wird in fast allen Bereichen der Wissenschaft und Forschung angewandt. Wann ergeben sich Einsatzbereiche für die Simulationstechnik.
• Sobald analytische Methoden keine brauchbaren Ergebnisse liefern oder nicht einsetzbar sind
• Wenn ein neues Fachgebiet erschlossen wird und es keine vergleichbaren Anwendungen gibt
• Wenn die Wirkungszusammenhänge so komplex sind, dass sie für den Menschen nicht mehr vorstellbar sind
• Sobald der Veränderungsprozess am realen System nicht durchführbar oder zu kostenintensiv ist.
Nennen Sie 4 konkrete Gründe für die Anwendung der Simulation in der Automatisierungstechnik.
• Unterstützung der Fertigungssystemplanung
• Testen der Fertigungsstrategien
• Minderung des Planungsrisikos
• Quantifizieren der Ergebnisse
Nennen Sie 3 Optimierungspotentiale die mit Hilfe einer Simulation für Automatisierte Systeme umgesetzt werden können. Beschreiben Sie diese
Potenziale kurz.
• Reduzierung organisatorischer Stillstandzeiten:
Dabei muss sich der Anwender über die Aufbau- und Ablauforganisation seine Gedanken machen. z.B. bessere Abstimmung und Rückmeldung zwischen den einzelnen Stationen, oder größere Puffer schaffen (bindet Kapital!)
• Erhöhung der technischen Verfügbarkeit:
Hersteller: hohe Basiszuverlässigkeit und den Einbau von Redundanz bewirkt eine Erhöhung der Zuverlässigkeit durch Wartungs-, Reparatur- und Diagnosefreundlichkeit werden die Zeitanteile für die Instandhaltung verkürzt. Anwender: vernünftige Organisation der Instandhaltungsvorgänge und gezielte Ersatzteilhaltung
• Verlängerung der Bereitschaftsdauer durch:
- dritte mannlose Schicht
- Überwachung der Pausendisziplin
- Durchfahren der Pausen im Automatikbetrieb
Nennen und Beschreiben Sie 4 Anforderungen an Aktoren
• Statisches Verhalten:
großer Stellbereich, Genauigkeit, Kennlinienform
• Beständigkeit:
gegen Korrosion, Kavitation, Druck und Temperatur, Feuchte
• Zuverlässigkeit:
Ausfallraten, Selbst- und Früherkennung von Ausfällen
• Systemfähigkeit:
Austauschbarkeit, genormte Schnittstellen, geringer Energiebedarf, einfacher Einbau
Nennen Sie 3 Vorrichtungskonzepte für Werkzeugmaschinen und unterschieden Sie diese
Baukastenvorrichtungen
• Kleinserienfertigung
• hohe Änderungshäufigkeit
• geringer Monatsbedarf
Modulare Vorrichtungen
• Serienfertigung
• hohe Variantenvielfalt
• Komplettbearb. in einer Aufspannung
Mehrfachaufspannungen
• hohe Laufzeiten je Palette
• geringe Durchlaufzeiten
• montagesynchrone Fertigung
Bennen Sie 4 wichtige Funktionsbausteine von Robotern:
• Sensoren
• Antriebe
• Messsysteme
• Steuerung
Moderne Werkzeugmaschinen beinhalten Automatisierungslösungen für die Maschinenmodule. Benennen Sie die 3 wichtigsten Automatisierungsaufgaben
von Werkzeugmaschinen.
• Automatisches Werkzeughandling
• Automatisches Werkstückhandling
• Automatische Prozessüberwachung
Welche 2 direkten Programmierverfahren für Industrierobotoren gibt es, worin unterscheiden sich diese?
• Teach-In-Verfahren
Abfahren von Punkten und Speichern über eine Teach Box
• Play-back-Verfahren
Abfahren einer Bahn und Speichern
Nennen Sie die 4 unterschiedlichen Prinzipien zur Realisierung von Steuerungen.
Welche Signalträger ergeben sich jeweils aus den Steuerungsprinzipien.
Mechanische Steuerungen
Signalträger: Kraft, Weg
Elektrische Steuerungen
Signalträger: Strom
Pneumatische Steuerungen
Signalträger: Druckluft
Hydraulische Steuerungen
Signalträger: Flüssigkeit
Beschreiben Sie die Funktionsweise einer mechanischen Kurvensteuerung
Kurven stellen Speicher für Weg- und Geschwindigkeitsverläufe dar. Während einer
Umdrehung wird der geforderte Bewegungsverlauf nach Weg und Geschwindigkeit über die Tastspitze des Übertragungsglieds. auf das zu bewegende Bauteil, z.B. den Werkzeugmaschinenschlitten übertragen.
Die SPS ist eine Kombination aus Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung.
Beschreiben Sie kurz die Eigenheiten dieser SPS typischen Kombination
Verknüpfungssteuerung
-die Eingangssignale werden zyklisch abgefragt, ihnen wird in jedem Zyklus ein eindeutiger Zustand der Ausgangssignale zugeordnet
-Zwischen Ursache und Wirkung vergehen bis zu zwei SPS Zyklen
Ablaufsteuerung
-schrittweiser Ablauf: der n+1te Schritt kann erst erfolgen wenn der n-te Schritt beendet ist und die Weiterschaltbedingungen erfüllt sind
-entspricht einer Auflösung des Programms in Einzelschritte die wiederum zyklisch durchlaufen werden
-Zeitgeführte Ablaufsteuerungen: Weiterschaltbedingungen von Prozesssignalen abhängig (Bsp. Wegabhängige Folgesteuerung mehrerer Pneumatikzylinder
Nennen Sie 5 Vorteile der SPS Steuerung
Hohe Betriebssicherheit
Programm leicht änderbar
Diagnostizierbarkeit
Wirtschaftlich
Einbindung in Leittechnik möglich
Nennen Sie die drei Arten numerischer Steuerungen und Beschreiben Sie diese kurz
Punktsteuerung
Anwendungen:
Bohren
Punktschweissen
Interpolator nicht erforderlich
Beim Verfahren nicht im Eingriff
Streckensteuerung
Anwendungen:
Drehen (zylindrisch)
Fräsen (achsenparallel)
Interpolator nicht erforderlich
Beim Verfahren im Eingriff
Bahnsteuerung
Anwendungen
Drehen
Fräsen
Brennschneiden
(beliebige Konturen)
Bahninterpolator
Beim Verfahren im Eingriff
Nach VDI 3300 lässt sich der Materialfluss in Ordnung I – IV einteilen.
Beschreiben Sie die einzelnen Ordnungen.
I Ordnung: Äußerer Materialfluss: Abtransport von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen zur Fabrik hin bzw. Abtransport der Fertigwaren von der Fabrik weg
II Ordnung: Fördern zwischen den einzelnen Fabrikgebäuden
III Ordnung: Alle Materialbewegungen innerhalb von Gebäuden, zwischen Maschinen und Arbeitsplätzen
IV Ordnung: Förderung unmittelbar an der Maschine bzw. Arbeitsplatz
Welche Herausforderungen ergeben sich bei der Anlieferung von großen Teilen im Vergleich zur Anlieferung von kleinen Teilen? Nennen Sie jeweils ein Beispiel für die Teile
Kleine Teile:
Vereinzelung, Entwirrung, Orientierung prüfen, Zuführung
Schrauben
Große Teile
Lage- und Positionserkennung, Orientierung, Zuführung
Motorblock
Oftmals werden in automatisierten Systemen Daten der gefertigten Teile zugeordnet zu den jeweiligen Teilen benötigt. Welche Möglichkeiten gibt es diese Daten zu verwalten und zuzuordnen?
Direkte Kodierung: Alle Daten werden mit dem Bauteil entweder elektrisch, optisch oder mechanisch mitgeführt.
Indirekte Kodierung: Das Bauteil trägt eine Identnummer. In einem zentralen Rechner
werden die Daten des Bauteils gespeichert und zum benötigten Zeitpunkt Bauteilbezogen abtgerufen
Zur Qualitätsprüfung müssen in automatisierten Anlagen Messvorgänge vorgesehen werden. Welche Messstrategien zur Integration des Messvorgangs kennen Sie und worin unterscheiden sich diese?
In Prozess Messen
Prozessintermittierendes Messen
Post-Prozess-Messen
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