Produktionsautomatisierung TU Dresden
Dies sind die genannten Schwerpunkte aus der Vorlesung von Prof. Nestler
Dies sind die genannten Schwerpunkte aus der Vorlesung von Prof. Nestler
Zählen Sie Unternehmensfunktionen auf, die von der Produktionsautomatisierung beeinflusst werden!
- wirkt generell in allen Unternehmensfunktionen
- Gesamtfunktion eines Unternehmens --> Teilfunktionen
- Verknüpfung der Funktionen zu Abläufen --> Energie-, Material- und Informationsflüsse
- wirkt in der Unternehmensfunktion "Produktion"
- zusätzlich alle Tätigkeiten und Dienstleistungen für Herstellprozesse der Produktion
- ganzheitliche Sicht --> alle Leistungsprozesse
- Produktion beinhaltet: Entwicklung/Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Materialwirtschaft, Produktionsplanung
und -steuerung, Quallitätässicherung, Betriebsmittelbau, Teilefertigung (Produktionsprozess), Monatge,
Instandhaltung)
Führen Sie die Elemente des Produkentwicklungs- und Produktherstellungsprozesses in einer Skizze auf!
siehe Bild
Nennen Sie Einflüsse des Marktes auf den Produktentwicklungsprozess!
- kürzere Produktlebenszyklen
- Stärkere Konkurrenz
- höhere Individualisierung
- Innovationsdruck
Geben Sie in Stichworten die Lösungsmöglichkeiten fr die Beschleunigung des Produktionsentwicklungsprozesses!
- Parallelisierung von Prozessen, Silmutaneous Engineering, Simultaneous Process Engineering
- Zeitverkürzung von Einzelprozessen
Geben Sie in Stichworten die Verwendung der Modellarten an!
- Design-/Konzept-/Anschauungs-/Kommunikationsmodelle
- für Designerüberprüfung (Ästhetik)
- für Entscheidungsprozesse im Vorstand
- für Kommunikation mit Kunden und/oder Zulieferern
- Funktions- und Ergonomiemodell
- für Funktionstests (Durchströmverhalten, Montierbarkeit, Fertigbarkeit)
- für Öffentlichkeitsarbeit (Messen, Prospekte)
- Fertigungsmodell
- für Erzeugnisprototypen
- für Gießmodelle (Dauer- und verlorene Formen, letzteres für Feinguss)
Nennen Sie Datenquellen zum RPD!
- CAD-System (meist 3D-Konstruktion)
- Digitalisieren / Reverse Engineering vorhandener physischer Objekte
- Verarbeitung / Aufarbeitung von Bilddaten
- Computer-Kernspintomographie, Photogrammetrie, 2D-Zeichnungen, Handskizzen
- externe Konstruktion --> STL-Schnittstelle
Beschreiben Sie das Grundprinzip der RP-Verfahren in Stichworten!
4 Prozessschritte:
1. Rechnerinterner Datensatz:
- geschlossenes 3D-Modell
- Umwandlung rechnerinterner Darstellung (RID) in Datenformat STL
- Übergabe an das Fertigungssystem --> STL-Datenschnittstelle
2. Datenaufbereitung/Fertigungsvorbereitung
- Einlesen der Daten im STL-Format
- Prüfen auf Umsetzungsfehler und Beseitigung (Lücken, Überlappungen, falsche Orientierung)
- evtl. Generierung erforderlicher Stützstruktur
- Umformung der Daten entsprechend Fertigungssystem
- Slicen, automatisches Zerlegen in Schichten (Schichtdicke, Schichtinformationen)
- Infos bereitstellen für die Fertigung --> Generieren der Bauprozessinformation
3. Generative Fertigung - Bauprozess
- Übernahme der Fertigungsinformation (geom. Daten, Anlagespezif. Zusatzinformationen)
- Wirkprinzip: Nutzung verfahrensabhängiger chem./phys. Effekte und Energiequellen
- Wirkstelle: WST / WZ - Auftragen und Behandeln von formlosen Rohmaterial
- Wirkvorgang: schichteweises Erzeugen + evtl. Hilfsstrukturen (Support)
- Steuerrechner steuert pro Schicht das WZ (Konturpolygonzug,...)
- Erzeugung von "Grünteilen"
4. Finishen und Nachbearbeiten der Teile
- Entfernen überflüssigen Roh- und Stützmaterials
- Nachhärten der Teile (je nach Verfahren)
- Oberflächenbearbeitung der Teile (mech. Bearbeitung, Lackieren,..)
- Ergebnis: auslieferbare Modelle, Werkstücke, Werkzeuge
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Selective Laser Sintering!
- Nutzung eines phys. Effekts
- Aufschmelzen pulverförmigen Materials oder Komponenten (Binder, niedrigschmelzende Legierung) durch Wärmezufuhr
- Verbindung der Pulverpartikel beim Erkalten/Erstarren
- Wärmezufuhr durch CO2-Laser
- Generierung von Objekten durch schichtweises Aufbringen und Aufschmelzen von Pulver
- Aufheizen von Arbeitskammer bis knapp unter die Schmelztemperatur (Laseerleistung verringert, Verzug der Bau-
teile verringert)
- Füllen der Arbeitskammer mit Schutzgas (N2)
- Material: Polystyrol, Polyamid, Croning-Sand, Bronze- und Stahlpulver
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Fused deposition Modelling!
- Schmelzen des erwärmten "Drahtes", der mit einer Führungs-/Extrudierdüse positioniert wird
- verbindet sich mit vorhergehender Schicht und erkaltet
- Schmelzort: Führungsdüse im Extrusionskopf
- Arbeitstemperatur: 50-85°C
- Drahtstärke: Durchmesser 1,8 mm
- Material: ABS, PC, Elastomer, Feinwachsguss
- Stützkontur über 2. Rolle
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Laminated Object Manufacturing!
- Heißkleben einer Papier-/Materialbahn auf die Bauplattform oder vorhergehende Schicht
- Heißaufkleber aktiviert durch beheizte Rollen
- konturgetreues Zerteilen der Papier-/Materialbahn durch Laserstrahl/Cutter, Restmaterial zerteilt in quadratisches
Grundmuster
- CO2-Laser (25-50W, Durchmesser: 0,2-0,25 mm)
- Material: Papier, Kunststoff, Keramikmaterial beschichtet mit Heißkleber
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Multi Jet Modelling!
- Aufschmelzen des Thermopolymers in der Anlage (90°C)
- Tröpfchen schichtweise auftragen, erkaltet bei Raumtemperatur
- Prinzip wie Tintenstrahldrucker, 352 Düsen verfahren parallel
- Material: Thermopolymer aus Wachsbasis
Nennen Sie die Elemente der NC-Maschinen, mit denen die Automatisierung verwirklicht wird (steuerbar und regelbar)!
- NC-Achsen
- Antriebe (Hauptantrieb (Hauptspindel/Arbeitsspindel), Vorschubantrieb (Vorschubantrieb/-bewegung)
- Weg-/Winkelmessrichtung (direkt/indirekt, inkremental/absolut)
- NCM: System von Lagerregelkreisen und Steuerketten (Lageregelung)
- WZ-Revolver
Stellen Sie in einer Prinzipskizze einen Regelkreis der Werkzeugmaschine dar!
siehe Bild
Zeichnen Sie ein Prinzipschaubild der Komponenten einer CNC (intern)!
siehe Bild
Listen Sie die Softwarearten in einer NC auf, geben Sie mit Stichworten die jeweiligen Funktionen an und charakterisieren Sie den Begriff Echtzeit unter dem Blickwinkel der NC!
MMC (Man-Machine-Communication)
- MMC-Betriebssystem, Verwaltung Maschinendaten, Diagnose, Fehlersuche, Hinweistexte, WZ_Datenverwaltung,
Korrekturdaten WZ, Nullpunkt, Verschleißdaten, Datengenerieung und -auswertung...
NC-Kern (NCK - Numerical Control Kernel)
- Aufbereitung Führungsgrößenwerte für die Lageregelkreise, Geschwindigkeits-/ Beschleunigungsvorsteuerung,
Rückbegrenzung, Interpolation, Aufteilung der Bewegung auf die einzelnen Achsen, Weitegabe der Lageregelung an die Antriebsmodule
SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)
- zyklische Abarbeitung des gesamten SPS-Programms (die gesamte Anweisungsfolge wird dauernd bearbeitet,
unabhängig davon, ob sich Zustände an den Eingängen ändern)
Echtzeit
- wenn Programme ohne spürbare Verzögerung arbeiten
- jedoch in vorher definiertem Zeitintervall
- Prioritäten werden beim Ablauf der Prozesse einbezogen
Stellen Sie den allgemeinen Aufbau der Koordinatensysteme in einer Skizze dar!
siehe Bild
Verdeutlichen Sie die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Koordinatensystemen der NC-Technik durch eine Skizze!
siehe Bild
Nennen Sie die Gründe für die Wahl eines Operativen Führpunktes!
- zur Beschreibung der Bearbeitungsoperation
- fährt direkt an der Kontur des Werkstücks entlang
- bezieht geometrische Informationen (Werkzeugabmessungen, Korrekturwerte) mit ein
- Verfahrweg des Maschinenführpunktes wird durch ein NC-Programm berechnet
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt I!
siehe Bild
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt II!
siehe Bild
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt III!
siehe Bild
Welche standardisierten Datenschnittstellen kennen Sie? Erläutern Sie die Problematik der Datenschnittstellen für CAD/CAM!
- IGES - US Standard
- SET - Französischer Standard
- VDAFS - Version 1 als DIN, Version 2 als VDI-Richtlinie
- STEP - Internationaler Standard ISO 10303
- Indutriestandards (DXF, DWG, STL)
- Native Schnittstellen (CATIA VS, SolidEdge, SolidWorks, ProEngineer...)
- Problematik:
- große Zahl unterschiedllicher CAD-Systeme (nicht unbedingt miteinander kompatibel, unausweichlilch
aufgrund großer Unternehmensstrukturen bzw. Zulieferer, Aufgabenklassen,...)
- Kosten beim CAD-Datenaustausch (Schnittstellenkosten, Änderung in native Datenformate, verschiedene
Systeme --> zeitaufwendig)
Welche Aufgaben hat das DNC-System?
- DNC - District Numerical Control (Werkstattsteuerung)
- Aufgaben: Verwaltung und zeitgerechte Verteilung von Steuerinformationen an mehreren Steuerungen [VDI 3424]
- Datenaustausch mit WZM und weiterer automatisierter Fertigungseinrichtungen
- Rückübertragung korrigierter NC-Programme, NC-Programmvergleiche
Erläutern Sie das Wesen der Werkstattsteuerung!
- Gesamtheit von Prozessen, Maßnahmen und Mitteln, die zur Auftragsabwicklung von Fertigungsabläufen in der
Produktion unter bestimmten Zielstellungen eingesetzt werden
- alle Funktionen lassen sich in Leitständen realisieren, wobei der Mensch als die oberste Instanz in den von ihm zu
überwachenden Ablauf eingreift
Skizzieren Sie einen einfachen Regelkreis zur Werkstattsteuerung!
siehe Bild
Bennenen Sie typische Störgrößen (Werkstattsteuerung)!
- fehlendes Material
- fehlende Dokumente (Arbeitsplan, Arbeitsskizze...)
- Maschinenauswahl, fehlende Komponenten (Werzeuge, Betriebsmittel,...)
- Ausfall Personal
- fehlende Bauteile
- fehlende NC-Programme
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Lernkarten
Zählen Sie Unternehmensfunktionen auf, die von der Produktionsautomatisierung beeinflusst werden!
- wirkt generell in allen Unternehmensfunktionen
- Gesamtfunktion eines Unternehmens --> Teilfunktionen
- Verknüpfung der Funktionen zu Abläufen --> Energie-, Material- und Informationsflüsse
- wirkt in der Unternehmensfunktion "Produktion"
- zusätzlich alle Tätigkeiten und Dienstleistungen für Herstellprozesse der Produktion
- ganzheitliche Sicht --> alle Leistungsprozesse
- Produktion beinhaltet: Entwicklung/Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Materialwirtschaft, Produktionsplanung
und -steuerung, Quallitätässicherung, Betriebsmittelbau, Teilefertigung (Produktionsprozess), Monatge,
Instandhaltung)
Führen Sie die Elemente des Produkentwicklungs- und Produktherstellungsprozesses in einer Skizze auf!
siehe Bild
Nennen Sie Einflüsse des Marktes auf den Produktentwicklungsprozess!
- kürzere Produktlebenszyklen
- Stärkere Konkurrenz
- höhere Individualisierung
- Innovationsdruck
Geben Sie in Stichworten die Lösungsmöglichkeiten fr die Beschleunigung des Produktionsentwicklungsprozesses!
- Parallelisierung von Prozessen, Silmutaneous Engineering, Simultaneous Process Engineering
- Zeitverkürzung von Einzelprozessen
Geben Sie in Stichworten die Verwendung der Modellarten an!
- Design-/Konzept-/Anschauungs-/Kommunikationsmodelle
- für Designerüberprüfung (Ästhetik)
- für Entscheidungsprozesse im Vorstand
- für Kommunikation mit Kunden und/oder Zulieferern
- Funktions- und Ergonomiemodell
- für Funktionstests (Durchströmverhalten, Montierbarkeit, Fertigbarkeit)
- für Öffentlichkeitsarbeit (Messen, Prospekte)
- Fertigungsmodell
- für Erzeugnisprototypen
- für Gießmodelle (Dauer- und verlorene Formen, letzteres für Feinguss)
Nennen Sie Datenquellen zum RPD!
- CAD-System (meist 3D-Konstruktion)
- Digitalisieren / Reverse Engineering vorhandener physischer Objekte
- Verarbeitung / Aufarbeitung von Bilddaten
- Computer-Kernspintomographie, Photogrammetrie, 2D-Zeichnungen, Handskizzen
- externe Konstruktion --> STL-Schnittstelle
Beschreiben Sie das Grundprinzip der RP-Verfahren in Stichworten!
4 Prozessschritte:
1. Rechnerinterner Datensatz:
- geschlossenes 3D-Modell
- Umwandlung rechnerinterner Darstellung (RID) in Datenformat STL
- Übergabe an das Fertigungssystem --> STL-Datenschnittstelle
2. Datenaufbereitung/Fertigungsvorbereitung
- Einlesen der Daten im STL-Format
- Prüfen auf Umsetzungsfehler und Beseitigung (Lücken, Überlappungen, falsche Orientierung)
- evtl. Generierung erforderlicher Stützstruktur
- Umformung der Daten entsprechend Fertigungssystem
- Slicen, automatisches Zerlegen in Schichten (Schichtdicke, Schichtinformationen)
- Infos bereitstellen für die Fertigung --> Generieren der Bauprozessinformation
3. Generative Fertigung - Bauprozess
- Übernahme der Fertigungsinformation (geom. Daten, Anlagespezif. Zusatzinformationen)
- Wirkprinzip: Nutzung verfahrensabhängiger chem./phys. Effekte und Energiequellen
- Wirkstelle: WST / WZ - Auftragen und Behandeln von formlosen Rohmaterial
- Wirkvorgang: schichteweises Erzeugen + evtl. Hilfsstrukturen (Support)
- Steuerrechner steuert pro Schicht das WZ (Konturpolygonzug,...)
- Erzeugung von "Grünteilen"
4. Finishen und Nachbearbeiten der Teile
- Entfernen überflüssigen Roh- und Stützmaterials
- Nachhärten der Teile (je nach Verfahren)
- Oberflächenbearbeitung der Teile (mech. Bearbeitung, Lackieren,..)
- Ergebnis: auslieferbare Modelle, Werkstücke, Werkzeuge
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Selective Laser Sintering!
- Nutzung eines phys. Effekts
- Aufschmelzen pulverförmigen Materials oder Komponenten (Binder, niedrigschmelzende Legierung) durch Wärmezufuhr
- Verbindung der Pulverpartikel beim Erkalten/Erstarren
- Wärmezufuhr durch CO2-Laser
- Generierung von Objekten durch schichtweises Aufbringen und Aufschmelzen von Pulver
- Aufheizen von Arbeitskammer bis knapp unter die Schmelztemperatur (Laseerleistung verringert, Verzug der Bau-
teile verringert)
- Füllen der Arbeitskammer mit Schutzgas (N2)
- Material: Polystyrol, Polyamid, Croning-Sand, Bronze- und Stahlpulver
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Fused deposition Modelling!
- Schmelzen des erwärmten "Drahtes", der mit einer Führungs-/Extrudierdüse positioniert wird
- verbindet sich mit vorhergehender Schicht und erkaltet
- Schmelzort: Führungsdüse im Extrusionskopf
- Arbeitstemperatur: 50-85°C
- Drahtstärke: Durchmesser 1,8 mm
- Material: ABS, PC, Elastomer, Feinwachsguss
- Stützkontur über 2. Rolle
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Laminated Object Manufacturing!
- Heißkleben einer Papier-/Materialbahn auf die Bauplattform oder vorhergehende Schicht
- Heißaufkleber aktiviert durch beheizte Rollen
- konturgetreues Zerteilen der Papier-/Materialbahn durch Laserstrahl/Cutter, Restmaterial zerteilt in quadratisches
Grundmuster
- CO2-Laser (25-50W, Durchmesser: 0,2-0,25 mm)
- Material: Papier, Kunststoff, Keramikmaterial beschichtet mit Heißkleber
Beschreiben Sie in Stichworten das Wirkprinzip des Multi Jet Modelling!
- Aufschmelzen des Thermopolymers in der Anlage (90°C)
- Tröpfchen schichtweise auftragen, erkaltet bei Raumtemperatur
- Prinzip wie Tintenstrahldrucker, 352 Düsen verfahren parallel
- Material: Thermopolymer aus Wachsbasis
Nennen Sie die Elemente der NC-Maschinen, mit denen die Automatisierung verwirklicht wird (steuerbar und regelbar)!
- NC-Achsen
- Antriebe (Hauptantrieb (Hauptspindel/Arbeitsspindel), Vorschubantrieb (Vorschubantrieb/-bewegung)
- Weg-/Winkelmessrichtung (direkt/indirekt, inkremental/absolut)
- NCM: System von Lagerregelkreisen und Steuerketten (Lageregelung)
- WZ-Revolver
Stellen Sie in einer Prinzipskizze einen Regelkreis der Werkzeugmaschine dar!
siehe Bild
Zeichnen Sie ein Prinzipschaubild der Komponenten einer CNC (intern)!
siehe Bild
Listen Sie die Softwarearten in einer NC auf, geben Sie mit Stichworten die jeweiligen Funktionen an und charakterisieren Sie den Begriff Echtzeit unter dem Blickwinkel der NC!
MMC (Man-Machine-Communication)
- MMC-Betriebssystem, Verwaltung Maschinendaten, Diagnose, Fehlersuche, Hinweistexte, WZ_Datenverwaltung,
Korrekturdaten WZ, Nullpunkt, Verschleißdaten, Datengenerieung und -auswertung...
NC-Kern (NCK - Numerical Control Kernel)
- Aufbereitung Führungsgrößenwerte für die Lageregelkreise, Geschwindigkeits-/ Beschleunigungsvorsteuerung,
Rückbegrenzung, Interpolation, Aufteilung der Bewegung auf die einzelnen Achsen, Weitegabe der Lageregelung an die Antriebsmodule
SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)
- zyklische Abarbeitung des gesamten SPS-Programms (die gesamte Anweisungsfolge wird dauernd bearbeitet,
unabhängig davon, ob sich Zustände an den Eingängen ändern)
Echtzeit
- wenn Programme ohne spürbare Verzögerung arbeiten
- jedoch in vorher definiertem Zeitintervall
- Prioritäten werden beim Ablauf der Prozesse einbezogen
Stellen Sie den allgemeinen Aufbau der Koordinatensysteme in einer Skizze dar!
siehe Bild
Verdeutlichen Sie die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Koordinatensystemen der NC-Technik durch eine Skizze!
siehe Bild
Nennen Sie die Gründe für die Wahl eines Operativen Führpunktes!
- zur Beschreibung der Bearbeitungsoperation
- fährt direkt an der Kontur des Werkstücks entlang
- bezieht geometrische Informationen (Werkzeugabmessungen, Korrekturwerte) mit ein
- Verfahrweg des Maschinenführpunktes wird durch ein NC-Programm berechnet
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt I!
siehe Bild
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt II!
siehe Bild
Erläutern Sie mit Skizze den operativen Führpunkt III!
siehe Bild
Welche standardisierten Datenschnittstellen kennen Sie? Erläutern Sie die Problematik der Datenschnittstellen für CAD/CAM!
- IGES - US Standard
- SET - Französischer Standard
- VDAFS - Version 1 als DIN, Version 2 als VDI-Richtlinie
- STEP - Internationaler Standard ISO 10303
- Indutriestandards (DXF, DWG, STL)
- Native Schnittstellen (CATIA VS, SolidEdge, SolidWorks, ProEngineer...)
- Problematik:
- große Zahl unterschiedllicher CAD-Systeme (nicht unbedingt miteinander kompatibel, unausweichlilch
aufgrund großer Unternehmensstrukturen bzw. Zulieferer, Aufgabenklassen,...)
- Kosten beim CAD-Datenaustausch (Schnittstellenkosten, Änderung in native Datenformate, verschiedene
Systeme --> zeitaufwendig)
Welche Aufgaben hat das DNC-System?
- DNC - District Numerical Control (Werkstattsteuerung)
- Aufgaben: Verwaltung und zeitgerechte Verteilung von Steuerinformationen an mehreren Steuerungen [VDI 3424]
- Datenaustausch mit WZM und weiterer automatisierter Fertigungseinrichtungen
- Rückübertragung korrigierter NC-Programme, NC-Programmvergleiche
Erläutern Sie das Wesen der Werkstattsteuerung!
- Gesamtheit von Prozessen, Maßnahmen und Mitteln, die zur Auftragsabwicklung von Fertigungsabläufen in der
Produktion unter bestimmten Zielstellungen eingesetzt werden
- alle Funktionen lassen sich in Leitständen realisieren, wobei der Mensch als die oberste Instanz in den von ihm zu
überwachenden Ablauf eingreift
Skizzieren Sie einen einfachen Regelkreis zur Werkstattsteuerung!
siehe Bild
Bennenen Sie typische Störgrößen (Werkstattsteuerung)!
- fehlendes Material
- fehlende Dokumente (Arbeitsplan, Arbeitsskizze...)
- Maschinenauswahl, fehlende Komponenten (Werzeuge, Betriebsmittel,...)
- Ausfall Personal
- fehlende Bauteile
- fehlende NC-Programme
