Denis Özdemir

Integration und Durchgängigkeit von Information im Produktionsmittellebenszyklus

Kurzfassung Die effiziente Lösung von Engineering- und Serviceaufgaben während des gesamten Lebenszyklus heutiger Produktionsanlagen setzt einen intensiven Informationstransfer zwischen Mitarbeitern der einzelnen Fachbereiche in Entwicklung, Konstruktion, Inbetriebnahme und Service voraus. Idealerweise dient hierbei das digitale Anlagenabbild als übergreifendes Informationsmodell und begleitet das Produktionssystem entlang seines Lebenszyklus und darüber hinaus für spätere Neukonstruktionen. Die Vernetzung von Lebenszyklusdaten ist jedoch in der Regel lückenhaft. So werden zum Beispiel externe Engineering- und Produktdaten sowie Daten aus der Elektro- und Automatisierungstechnik einschließlich des resultierenden Anlagenverhaltens nur unzureichend in das Informationsmodell der Digitalen Fabrik integriert. Zudem fehlen Werkzeuge, die nach der Inbetriebnahme einen systematischen Abgleich der realen Anlage mit dem digitalen Abbild ermöglichen. Damit entfernt sich aber die reale Anlage von ihrer digitalen Version, und es fehlen aktuelle und konsistente Informationen für Serviceaufgaben sowie für Erweiterungs- und Änderungsprojekte. Die in diesem Artikel vorgestellten Konzepte zielen auf eine verbesserte Durchgängigkeit der Information im Lebenszyklus von Produktionsmitteln unter Berücksichtigung der Notwendigkeit eines stetigen Abgleichs zwischen digitaler und realer Welt ab. Die entwickelten Konzepte werden anhand der Siemens-Modellanlage SmartAutomation veranschaulicht.

Integration of Software Tools with Heterogeneous Data Structures in Production Plant Lifecycles

Abstract Today, most technical disciplines involved in the lifecycle of production plants process their tasks with software tools that establish their own data stocks. Thus, the corresponding information networks are characterized by heterogeneous data structures leading to drawbacks considering information retrieval, identification of interdisciplinary dependencies and creation of generalized design solutions. Information integration aims to solve these problems by providing unified access to distributed heterogeneous sources. This article first describes the information network in production plant lifecycles and discusses the required elements for the process of information integration. This is followed by an outline of current research and technology in the fields of neutral formats and engineering ontologies. The developed concepts for information integration in production plant lifecycles are presented based on this, and demonstrated with a model plant for bottling, commissioning, and recycling.

Integrative Production Technology—Theory and Applications

Manufacturing is a key factor in a country’s economic success. In manufacturing-oriented high-wage countries of Europe, Japan or South Korea it contributes to the largest share of exports and innovation. Skill shortages, volatility of markets and the urge to compete through innovation are major challenges for these countries. To cope with these challenges, ICT integration promises to increase productivity and shorten time-to-market. This chapter first gives an overview on the economic background of manufacturing, and subsequently outlines opportunities and challenges for high-wage countries. The third section outlines the vision of integrative production technology in the scope of the economic background and thus provides a framework for the subsequent chapters.

Introduction to integrative production technology

Production technology is a highly interdisciplinary field of research. It comprises different production domains (cutting, welding, forming, assembly, etc.), industry-sectors, materials and scales. Moreover, production has strong interdependencies with other scientific disciplines such as product development, materials engineering, business economics, information and communication technology, social science and natural science. Integrative Production Technology aims to develop a deep technology spanning perception to offer products matching customer and societal demands at competitive prices and to quickly adapt to market and societal changes while assuring constant and predictable product properties. The Cluster of Excellence (CoE) “Integrative Production Technology for High-Wage Countries” has initiated this special issue to present some of the newest results in the field. For a wider summary of results, the reader may refer to the recently published book of the CoE (Brecher and Özdemir, Integrative production technology: theory and applications. Springer, Cham, 1).

Object-oriented modeling of machine tool feed axes: An approach to analysis of control parameters

Feed drives are one of the most important parts of machine tools. Their static and dynamic behavior strongly influences the positioning accuracy and their speed determines productivity. The control parameters play a decisive role concerning the performance of the mechatronic system and for control analysis, a sufficient model of the feed drive system is necessary. This paper demonstrates the structure of a feed drive system using object-oriented modeling in MATLAB/ SIMSCAPETM. The model is validated by comparing simulation with measured results for the example of a precision machining center. The modeling methodology of feed drives illustrated in this paper provides a tool, which enables engineers to analyze and optimize the control parameters in the machine tool design phase.

Kybernetische Ansätze in der Produktionstechnik

Kybernetische Ansatze sind seit langem ein wichtiger Teil der Produktionstechnik. Die Regelungstechnik – als Teil der Kybernetik – ist die Voraussetzung dafur, dass Zustandsgrosen in Produktionsmaschinen gefuhrt oder konstant gehalten werden, wahrend Storgrosen ohne menschlichen Eingriff kompensiert werden. Klassische regelungstechnische Ansatze gehen davon aus, dass sich Regelstrecken mit einer festgelegten Struktur von Ubertragungsfunktionen beschreiben lassen. Im Hinblick auf Automatisierungslosungen fur kundenindividuelle Produkte ist diese Voraussetzung jedoch nicht mehr gegeben. In diesem Zusammenhang wird der Begriff der Selbstoptimierung fur Systeme verwendet, „die in der Lage sind, auf Grund geanderter Eingangsbedingungen oder Storungen eigenstandige („endogene“) Veranderungen ihres inneren Zustands oder ihrer Struktur vorzunehmen“ (Schmitt et al., Selbstoptimierende Produktionssysteme. In: Integrative Produktionstechnik fur Hochlohnlander. Springer, 2011, S. 750). Der Schritt von der klassischen Regelungstechnik zur Selbstoptimierung besteht somit darin, das Zielsystem mithilfe von modellbasierten oder kognitiven Methoden anzupassen. Im Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik fur Hochlohnlander“ und in flankierenden Projekten wird erforscht, wie selbstoptimierende Produktionssysteme auf unterschiedlichen Ebenen konzipiert werden konnen. Der Beitrag zeigt anhand ausgewahlter Demonstratoren die Potenziale der Selbstoptimierung in der Produktionstechnik auf und macht dadurch deutlich, dass die IT-gestutzte Kybernetik auch zukunftig ein wichtiges Hilfsmittel in der Produktionstechnik darstellen wird.

Automatische Generierung von Arbeitsabläufen

Kurzfassung Die steigende Komplexität von Topologie und Verhalten von Produktionsanlagen stellt neue Herausforderungen an den Service. Die Erstellung von Service-Dokumenten erfordert Fachkenntnisse und verursacht in der Regel hohen Aufwand. Des Weiteren werden das Anlagenverhalten und die Veränderlichkeit von Arbeitsumgebungen bei herkömmlichen Service-Dokumenten nur indirekt berücksichtigt. Insgesamt kann die Suche nach passenden Informationen während eines Servicefalls daher beträchtliche Zeit erfordern. Eine automatische Generierung von Anweisungen für Arbeitsabläufe könnte Service-Aufgaben signifikant erleichtern und zudem besser absichern. In diesem Beitrag wird ein Konzept zur automatischen regelbasierten Generierung von Arbeitsabläufen vorgestellt, welches die Parameter der Arbeitsumgebung, den augenblicklichen Anlagenzustand sowie die aktuellen Aufgabenstellungen für die Arbeitsablaufplanung dynamisch berücksichtigt. Das entwickelte Konzept wurde prototypisch implementiert und anhand einer fertigungstechnischen Modellanlage, der Abfüllanlage SmartAutomation der Siemens AG, getestet.