EasyKit. Innovative Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme

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1 Innovative Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme Gerd Bauer efm-systems GmbH Dr. Reinhard Pittschellis Festo Didactic GmbH & Co. KG Anwendung Steuer- und Regelungstechnik Mechatronischer Pneumatikzylinder: Festo Standardbaugruppen: Zylinder ADN-20, Wegmesssystem SMAT, Näherungsschalter SMT, MHA1Ventile 4-6 Bausteine erforderlich Integriertes System aus Bausteinen zum positionsgesteuerten Ausfahren des Zylinders 1

2 Anwendung Steuer- und Regelungstechnik Scherzinger Pumpenprüfstand: Erfassung von Druck, Temp., Durchfluss, Drehzahl Ansteuerung von Ventilen und Motor Verteilte Systemarchitektur Pro System 1-3 Ein- oder Ausgänge Reduzierung Verkablung + verbesserte Steuerung/Regelung Klassischer Ansatz Schaltungsentwurf mit E-CAD Nachteile Sequentielles Vorgehen Expertenwissen erforderlich Hoher Zeitaufwand Platinenherstellung Konstruktion mit CAD Mechatronisches System mit Embedded Controller Programmierung Bildquellen: Festo Didactic 2

3 Schaltung aus Funktionsblöcken Vorteile: Verwendung definierter Funktionsblöcke Durchgängiger Entwurfsprozess Beschleunigter Entwurfsprozess Vermeidung von Expertenwissen/ Expertenwerkzeugen Konstruktion mit CAD Mechatronisches System Blockorientierte Programmierung Bildquellen: Festo Didactic Die Idee Durchgängiges Hardware/Software Co-Design Bildquellen: Festo Didactic 3

4 Drei-Stufen-Konzept Wirtschaftlich für alle Stückzahlen Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme Hardware/Software Co-Design Match-X Bausteine und Komponenten Match-X Schnittstellen und Standards Technologie Layoutvorlagen Fertigungshilfsmittel Testwerkzeuge EasyLab Programmierwerkzeug Bibliotheken EasyLab, LabView) 4

5 Stufe 1 Funktionsmuster Ziel: Rapid Engineering schnell zum Funktionsmuster Einfacher Aufbau Viele verfügbare Funktionen Widerverwendbarkeit der Funktionen Hardware-/Software Co-Design Stufe 2 Prototypen/ Kleinserie Ziel: Systemaufbau für Test und Kleinserie Komplett einsatztauglich Einfach montierbar Zuverlässigkeit vollständig gegeben Schneller Übergang von Stufe 1 zu Stufe 2 5

6 Stufe 3 Serienprodukt Einfacher Übergang zu Serienprodukt Schaltungen und Bauelementeauswahl aus Stufe 1/2 verwendbar Layoutbibliotheken verwendbar Softwarebibliotheken verwendbar Stufe Bausteine und Platinen Beispiel: Prozessorbaustein CPU3.x Bausteine sind beschaltet u. enthalten komplette Funktionalität PIC 18F2520 Taktgeber, Reset-Funktion Schnittstellen: RS232 oder RS485, SPI Baugröße: 12,5mm x 12,5mm 6

7 Stufe Alternatives Aufbaukonzept Runde Grundbauform Größere Bestückungsfläche Rahmenleitungen auf der Baustein-Außenseite ersetzt durch Flex-LP Verbesserte Testbarkeit bei der Produktion Stabiles Gehäuse ABER Erschwerter Übergang von Stufe 1->2 Bildquellen: Digiraster Werkzeuge Hardware Schaltung + Layout Basislayout verfügbar (Eagle) Schaltung einfach integrierbar Interner Bus an Außenseiten einfach verlötbar Empfehlungen für Ausfräsungen und Nutzenanordnung Empfehlungen für Leiterplattenhersteller 7

8 Werkzeuge Hardware Test Werkzeuge für Entwicklung und Test Einfacher Zugriff auf alle Signale Kombinierbarkeit von Systemen unterschiedlicher Bauart EasyLab Bildquellen: Festo Didactic 8

9 EasyLab Bildquellen: Festo Didactic Anwendung Messtechnik Integrierte Auswerteelektronik Miniaturisierte Bauform Multisensorische Anwendungen Unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen 9

10 Anwendung Steuer- und Regelungstechnik Beispiel: KSB - Pumpentechnik Pro Sockel 8 externe Signale anschließbar (2xDig IN, 2xDig OUT, 2x An IN, 2x An OUT) Signale werden erst durch stecken eines Bausteins aktiv Mehrere Schnittstellen (USB, RS485 oder CAN) Anwendung Aus- und Weiterbildung Beispiel Starter mit Applikationsboard (Festo Didactic) Bestehend aus: Basisplatine mit 2 Bausteinen Applikationsboard mit Motor EasyLab Software 10

11 Zusammenfassung Vorteile Verwendung definierter Funktionsblöcke auf allen Ebenen -> kurze Entwicklungszeiten und geringe Entwicklungskosten Vermeidung von Expertenwissen und Expertenwerkzeugen Einfachste Programmierung durch EasyLab Einfacher Aufbau von Mess- und Regelkreisen Verknüpfung von Software und Hardware im frühen Entwicklungsprozess Offenes, herstellerübergreifendes System Einfache Handhabung und Robustheit Danksagung Unser Dank gilt dem BMBF für die Förderung des Vorhabens und dem Projektträger FZK-PTKA für die sehr gute Betreuung sowie den Projektpartnern für eine sehr intensive Zusammenarbeit. 11