Digitalisierte Fertigung. Digitaler Zwilling

Transkript

1 Digitalisierte Fertigung Digitaler Zwilling

2 Inhalt Industrie 4.0 als Treiber Praktische Fragestellungen aus der Industrie Digitalisierte Fertigungstechnik: digitaler Twin Potential der Technologie 2

3 Zukunft der Massenproduktion: personalisierte Produkte Bauernhansl et al: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, Springer 2014 Produkte werden individualisiert: Losgrösse 1 mit Hilfe von Massenproduktionsmitteln Massenproduktion wird künftig in der virtuellen Welt geplant und geführt 3

4 Cyber-Physisches System (CPS): digitales Modell Bauernhansl et al: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, Springer 2014 Ein Produkt entsteht virtuell und wird laufend mit gemessenen Echtzeitdaten aufdatiert Die Fertigung passt sich auf Basis des Cyber-Physischen Modells laufend an: digitaler Twin Fertigungs- & Entwicklungsprozess erlauben die Losgrösse 1 mit Massenproduktionsmitteln 4

5 Prinzip der schichtweisen Fertigung: Anwendungen 5

6 Digitalisierung der Produktion eines Lohnfertigers 6

7 digitale Daten Digitale Fertigung: spanabhebende Verfahren automatische Programmierung Fertigungsschritt i Fertigungsschritt i+1 Fertigungszelle digitale Messzelle Programmierung Messdaten in situ zusätzliche Messdaten x z Fertigungsmöglichkeiten ti(x,y,z) y x z Bauteilgeometrie er1(x,y,z) y SOLL - = IST ABWEICHUNG CPS Regelung der Maschinenfunktionalität Dokumentation Projektzielsetzungen Qualitätssicherung - Digitale Prozessplanung für ein Bauteil, Losgrösse 1 - Mess- und Regelungstechnik für ein Bauteil im Fertigungsprozess, automatische Bearbeitungskorrekturen - Bauteil wird vollständig digital abgebildet: «Digital Twin» - Aenderungen des Bauteils können digital in situ in Prozessplanung einfliessen (spät möglichster Zeitpunkt) 7

8 Stand der Technik beim Lohnfertiger, Vorgehen 8

9 Zielsetzung des Lohnfertigers, digitale Prozessverknüpfung; «model-based enterprise» Digitaler, maschinen-interpretierbarer Link zwischen allen Teilprozessen. 9

10 Parallele Welten: Fertigung und Messtechnik CAD Calypso Kontrolle & Korrektur Relation Geometrie <> Fertigungsplanung <> Messung fehlt! 10

11 «Model-based Enterprise»: Potentiale der technischen Lösung Fertigungsplanung und Fertigungsanweisung CNC: Kinematik Rückführung zur Fertigungsanweisung CNC (G-Code) über Geometrie 11

12 Modellierung des digitalen Zwillings: Dexel-Modell Modellieren des kubischen Fertigungsprozesses (fräsen, bohren,...) DEXEL- Repräsentation Werkstück Geometrische Interaktion Werkzeug - Werkstück 12

13 Dexel-Modell: rotative und kubische Fertigung Modellieren des rotativen Fertigungsprozesses (drehen,...) Geometrische Interaktion Werkzeug - Werkstück Berechnungen erfolgen im DEXEL-Modell Toleranzen aus STEP AP242 (Model Based Design, MBD) Digitales Einlesen der Fertigungstoleranzen 13

14 Künftig: dank MBD-Daten dynamische Produktionsoptimierung Digitaler Zwilling 14

15 Dynamische Produktionsoptimierung: Korrekturmassnahmen Digitaler Zwilling 15

16 Zuordnung der Toleranzen zu Bauteil MBD - Ausgangslage 16

17 Autocorrection: Prinzipieller Algorithmus Der Einfluss einer einzelnen Toleranzveränderung auf alle andern wird geprüft Sämtliche Varianten aller möglichen Aenderungen werden überprüft Optimierungsalgorithmus für die Auswahl der Korrekturanweisung 17

18 Resultierender Algorithmus Finden des Optimums in einer Baumstruktur Optimum wird angezeigt CNC-Programm wird auf Basis des Vorschlags programmiert Falls mehrere Varianten: weitere Kriterien berücksichtigen 18

19 Die wesentlichen Benefits des Einsatzes digitaler Zwillinge: Vernetzung Hersteller mit Auftraggeber, hohe Transparenz Digitalisierter Datenaustausch Kunde - Hersteller maximale Flexibilität in der Produktion dynamische in situ Produktionsplanung maximale Auslastung, effizienteste Nutzung der Maschinentechnik 19