Fertigungsautomatisierung

Allgmeine Begriffe, KV-Diagramm, Boolsche Logik, Petri-Netze, SPS, NC-Maschinen, Leitsysteme

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Lernen

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Über diese Lernkartei

Diese Karteikarten behandeln die Grundlagen der Fertigungsautomatisierung auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf NC-Maschinen, deren Achsen, Programmierung und Steuerungsarten, sowie auf die Automatisierungstechnik und deren hierarchische Strukturen. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende der Elektrotechnik, die sich mit der Programmierung und Steuerung von CNC-Maschinen sowie den Prinzipien der Automatisierung vertraut machen möchten.

Karten

Lernende

Sprache

Deutsch

Kategorie

Elektrotechnik

Stufe

Universität

Erstellt / Aktualisiert

11.02.2015 / 01.05.2018

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Produktflexibilität

Wiederverwendungsflexibilität

Technische / Wirtschaftliche Gründe für Automatisierung

Produktivität

Kostensenkung

Qualität

Lieferfähigkeit

Humane Gründe für Automatisierung

Entlastung von körperlich anstrengender Arbeit

Entlastung von monotoner Arbeit

Ökologische Gründe für Automatisierung

Ressourcenschonung

Schadstoffreduktion

Recycling

Vorraussetzung für Massenproduktion

konsistent austauschbare Teile

Arbeitsteilung (Taylorismus->Arbeit in kleinste planbare Schritte)

Fließfertigung

Organisatorisch/dispositive Maßnahmen

Steuern

offener Wirkungskreis

Beeinflussung von Energie oder Materialfluss

Regeln

geschlossener Wirkungskreis

Angleichung der Regelgrößen an die Führungsgrößen

Steuerungsarten

Informationsdarstellung (analog/digital)

Signalverarbeitung (Verknüpfung->parallel / Ablauf->sequentiell)

Programmverwirklichung (VPS-SPS oder andere)

Automatisierungsstrukturen

(so dezentral wie möglich, so zentral wie nötig)

zentral (eine Steuerung für alles)

dezentral (verschiedene Geräte für verschiedene Aufgaben)

Dezentrale Automatisierungshierarchie

Vorraussetzung:

- sinnvolle Gliederung in Teilprozesse

- komm.-fähige Automatisierungsgeräte

- leistungsfähige Kommunikationsnetze

Leitebene (Hohe Verarbeitungsleistung->dispositive Aufgaben)

Koordinierungsebene (Prozesskoordinierung/-überwachung)

prozessnahe Ebene (Hohe Verfügbarkeit/Reaktion)

Rationalisierungseffekte (Durchlaufzeit/Kostenanteil)

Rüstzeitanteil (9%/10%) ->Werkzeugmagazin, Vorrichtungswechsel

Nebenzeit (11%/30%) -> Werkstückwechsel, Teilehandhabung

Hauptzeit (9%/48%) -> Fertigungsprozess

Transportzeit (1% / 1%)

Liegezeit (70% / 11%)

Automatisierungsstufen

1.Stufe: Autom. des Fertigungsprozesses (+ Qualität, - Fertigungszeit)

2.Stufe: Autom. Fertigungsablauf (Greiferwechsel, Werkstück, Verfahren)(- Nebenzeiten)

3.Stufe: Autom. Produktionsablauf (Lager, Transport, Überwachung, Information) (+ Flexibilität, - Transportzeiten)

4.Stufe: Autom. der Produktionsabläufe: (- Stillstände, + Verfügbarkeit)

Hierarchische Steuerung (mit Planungsebenen)

Planungsebene

Zentrale Leitebene

Zellen-/Linienebene

Steuerungsebene

Prinzipieller Aufbau SPS

Eingangs-Interface

Ausgangs-Interface

Programmierschnittstelle

Kommunikationsschnittstelle

Zentraleinheit (OS, Zähler, Adressregister, RAM, ROM, Zeiten, Programm)

Software-Model nach IEC 61131

Konfiguration

Ressource

Task

Programm

Modellbasierte Diagnose

"Anlage muss laufen"

viele Einzelsysteme->Fehlerquellen->Störungen

-> Beobachter einsetzen

Anlagenverfügbarkeit

\(Vstat = {1\over 1+{MTTR\over MTBF}}\)

Vstat = 1 ist idealer Fall

AWL-Syntax

S, R

AND, OR, XOR (wahlweise mit "(")

ADD, SUB, MUL, DIV (wahlweise mit "(")

GT(>), GE (>=), EQ(=), NE(!=), LT(<), LE(<=)

LD, ST (wahlweise mit N (Negierung))

Boolsche Algebra

Dach -> UND (Mit Negationsbalken ein ODER)

v -> ODER (Mit Negationsbalken ein UND)

KV-Diagramm

1.Wertetabelle (Reihenfolge: MSB, 2. Bit, 1.Bit, LSB)

2.KV-Diagramm (2-Waagrecht, Nummerierung 0;1, dann nach unten spiegeln, Nummerierung nach Spiegelung fortsetzen, Nach rechts spiegeln, nach unten spiegeln)

3.Wertetabelle übernehmen

4. 2er, 4er und evtl. Ecken einkreisen (Wechselnde Variablen rauschmeißen)

5. Wenn 1er Felder eingekreist: (Var verUNDen, Terme verODERn ->DSF), wenn 0er:(Var verODERn, Terme verUNDen ->KNF)

Petri-Netze

Situation (PN:Stelle, Platz)

Übergang (PN: Transition/Ereignis)

Zusammenhang (PN:Kante)

Marke (PN: Marke)

Katalytische Kante (kein Markenfluss, aber Transitionsbedingung)

Steuerungsarten NC-Maschinen

Punktsteuerung (Bohrvorgänge)

Streckensteuerung (x,y-Achse nicht simultan verfahrbar)

Bahnsteuerung

Bahnsteuerungsarten NC-Maschinen

2D: 2-Achsen simultan steuerbar

2,5D: x,y-Achsen simultan steuerbar, z verfahrbar

3D: Alle 3 Achsen simultan steuerbar

4 und 5D: Gleichzeitig um 2 Achsen kippbar

Interpolationsarten

Linear-/Geradeninterpolation

Zirkular-/Kreisinterpolation

Parabelinterpolation (stetige Krümmungsänderung, nur 3 Punkt, 1 durch vorherige Bewegung bekannt ->weniger Codezeilen

Splineintwrpolation ( niedriggradige Polynome, Linie berührt Stützstellen tangential)

Signalfluss NC-Maschine

Interpolation

Transformation

Koordinatensystem NC-Maschine

z-Achse immer in Spindelrichtung

x-Achse ist Hauptachse in Koordinatensystem

normalerweise rechtsdrehendes Koordninatensystem von z ausgehend)

Programmaufbau NC-Maschine

Programmanfang

Satz (Satzbeginn, Wort1...Wort8, Satzende)

Programmende

Bezugspunkte NC-Maschine

Werkstücknullpunkt (unten rechts gefüllt)

Maschinennullpunkt (oben links gefüllt)

Referenzpunkt (links unten und oben rechts gefüllt)

Werkzeugeinstellpunkt (keine Füllung)

Satzzeichen NC-Maschinen

N (Satznummer, überlicherweise in Zehnerschritten zum evtl. Einfügen von Code)

G (Geometric)

F (Feed, Vorschub), S (Speed, Spindelgeschwindigkeit)

T (Tool)

M (Miscalleaneous)

Ausgewählte Geometric-Befehle NC-Maschinen

G00: Eilgang

G01: Linearinterpolation

G02, G03: Kreisinterpolation (Uhrzeigersinn, gegen Uhrzeigersinn)

G70, G71: Maßeinheit (inch, mm)

G90, G91: Maßangabenbezug (absolut, relativ)

G40-44: Werkzeugkorrektur

G94, G95: Vorschubsmaß (mm/min, mm/U) oder eben inch

Ausgewählte Miscelleaneous-Befehle NC-Maschinen

M03, M04: Spindel EIN (Rechtslauf, Linkslauf)

M05: Spindel AUS

M06: Autom. Werkzeugwechsel

M09: Kühlmittel AUS

M13, M14: Spindel und Kühlmittel EIN (Rechtslauf, Linkslauf)

M02: Programm ENDE

M30: Programm ENDE und zurück zu Anfang

Beispielprogramm NC-Maschinen

N10 G90 F300 S1000 M3

N20 G54 X0 Y0 Z+5 (Nullpunktverschiebung)

N30 T320

N40 G00 X-15 Y-15 Z+2

N50 G42 (Radiuskorrektur rechts)

N60 G01 Y+0 M13

N70 G01 Z-2

N80 G01 X+100

Manuelle Programmierung NC-Maschinen

Informationsbeschaffung (Geometrie, Technologie, Werkzeuge usw.)

explizite Programmierung (jeder einzelne Schritt muss manuell prgorammiert werden)

-> Fehleranfällig

Rechnergestütze Programmierung NC-Maschinen

Maschinen- und Steuerungsunabhängige Programmierung

schnelle und fehlerfreie Berechnung und Erstellung

Unterstützung bei Technologiefeststellung

Mögliche Programmierung mehrerer Bearbeitungsverfahren

Kollisionsüberwachung/Optimierung (CAD-Anbindung)

Begriff Leiten

- Auftragsdatenverwaltung

- untergeordnete Instanzen mit Material versorgen

- Überwachung

- Dokumentation

Veranlassen

Beauftragen

Koordinieren

Überwachen

Leittechnik

Leittechnik nicht standardisiert

Entscheidung über Ressourceneinsatz

Dispositive und veranlassende Funktionen wesentliche Aufgaben eines jeden Leitsystems

Dispositive und veranlassende Funktionen eines Leitsystems

Stammdaten (zeitlich konstante Daten: Arbeitsplandaten, Arbeitsvorgangsfolgen, Stationen; Beschreibung Montage/Fertigungstechnik; Steuerprogramme)

Dispositionsdaten (bestimmter Planungszeitraum: Stationsbeledungsliste, Werkzeugversorgung)

Zustandsdaten (zeitlich veränderlich: Funktions-/Betriebszustand; Lager-/Transportabbild)

Leittechnik-Hierarchie

Planungsebene

Zentrale Leitebene

Zellen-/Linienleitebene

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