Entwicklung und Implementierung einer Leitrechnersoftware zur agilen Steuerung von Fertigungszellen

Abstract

Um den wechselnden Anforderungen des Marktes gerecht zu werden und dennoch weiterhin wettbewerbsfähig und effizient produzieren zu können, werden Unternehmens- und Fertigungsstrategien der heutigen Zeit angepasst. Hinzu kommt, dass mit dem technischen Fortschritt durch Weiterentwicklung und neue Technologien im Bereich der automatisierten Fertigung innovative Möglichkeiten für die ökonomische Herstellung von Bauteilen in der Kleinserien- und Einzelfertigung bestehen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Steuerung von Fertigungszellen in einem agilen Produktionsumfeld. Mithilfe des Einsatzes eines dafür geeigneten Leitrechners soll eine außerordentlich hohe Produktions- und Werkstückflexibilität realisierbar werden. Bisher war eine agile Steuerung von Fertigungszellen, die auch einen Wechsel der Zellkomponenten ermöglicht, am Markt unüblich, wodurch sich die Beschaffung einer geeigneten und kostengünstig anpassbaren Steuerungssoftware als komplex darstellt. Die Erstellung einer individuellen Software bietet des Weiteren zahlreiche Vorteile hinsichtlich Wartbarkeit und anwendungsspezifischer Erweiterungen.Um eine, für den Anwendungsfall optimierte, Steuerungssoftware entwickeln zu können, ist eine umfassende Analyse des Produktionsablaufs, sowie der dafür mit der Zellsteuerung interagierenden Geräte und Akteure, nötig. Zu Beginn wurde herausgearbeitet, welche Anforderungen an die Steuerungssoftware gestellt werden, um Fertigungszellen „agil“ betreiben zu können. Auch die Einordnung in die Fertigungsebene und der daraus resultierenden Aufgaben sowie der dafür benötigten Eigenschaften der Steuerung, wurde im theoretischen Teil der Arbeit behandelt. Neben der Prozesslandschaft wurden auch am Markt verfügbare Systeme begutachtet, wodurch aktuell gängige Softwarefunktionen und Trends ebenfalls in der Implementierung der Leitrechnersoftware berücksichtigt werden konnten.In weiterer Folge wurde an der Umsetzung der Leitrechnersoftware gearbeitet, welche vorerst an einer Versuchszelle am Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien implementiert wurde. Neben der Bedienoberfläche waren auch alle im Hintergrund zur Steuerung, Konfiguration, Verwaltung und Bedienung laufenden Programmelemente zu erstellen.Aufgrund des Umfangs einer solchen Software wurden nicht alle Programmteile bis ins Detail ausgearbeitet. Eine Erstimplementierung der vorläufigen Letztversion verlief erfolgreich, jedoch müssen zum Betrieb der Fertigungszelle einige Funktionen hinzugefügt oder bearbeitet werden.

To meet the dynamic demands of the market and sustain competitiveness and efficiency in production, contemporary business and manufacturing strategies are undergoing adaptation. Furthermore, with technological progress and the evolution of automated manufacturing technologies, innovative avenues for economically producing components in small-scale and custom manufacturing have emerged. This thesis explores the control of manufacturing cells within an agile production framework. Through the implementation of a suitable supervisory computer, achieving exceptionally high levels of production and workpiece flexibility becomes feasible. Until now, agile control of production cells, which also allows the cell components to be changed, has been unusual on the market, which makes the procurement of suitable and cost-effectively adaptable control software complex. The development of custom software offers numerous advantages, particularly in terms of maintainability and the incorporation of application-specific extensions. To develop the most optimal control software, a comprehensive analysis of the production processes, the devices, and the actors interacting with cell control is imperative. The thesis begins by delineating additional requirements for the control software to facilitate the agile operation of manufacturing cells. The theoretical component of the thesis addresses the classification within the manufacturing hierarchy, resulting tasks, and the requisite properties of the control system. In addition to examining the process landscape, emphasis was placed on commercially available systems, thereby allowing for the incorporation of prevailing software functions and trends in the implementation of the supervisory software. Subsequently, efforts were directed towards the implementation of the supervisory software, initially deployed in a test cell at the Institute of Production Engineering and Photonic Technologies (IFT). This encompassed the creation of both the user-visible interface and all background elements responsible for control, configuration, management, and operation. Given the expansive nature of such software, not all program components were detailed extensively. The initial implementation of the provisional final version yielded success; however, certain functions require further refinement or augmentation for the seamless operation of the manufacturing cell.