Simulation-driven virtual engineering – Intelligentes digitales Engineering von vernetzten Produktionssystemen

Projektcluster mit drei Teilprojekten

Im Projekt-Cluster Simulation-driven Virtual Engineering führt Siemens dito CT RDA AUC drei Projektvorhaben in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb, Lehrstuhl für Betriebswissenschaften und Montagetechnik (Prof. Dr. G. Reinhart), Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik von (Prof. Dr. M. Zäh)) an der Technischen Universität München sowie dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU, Fraunhofer-Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen (RMV)) durch:

  • Neue Simulationsmethoden als Basis für autonome Produktionseinheiten
  • Modellierung der Fähigkeiten von cyber-physischen Produktionssystemen
  • Intelligentes digitales Engineering von vernetzten Produktionssystemen


Cyber-Physische Systeme für die flexible Vernetzung von Produktionseinheiten

Das Engineering und der Betrieb von Produktionssystemen umfassen unter anderem Inhalte der Produktionsplanung und Steuerung (PPS) auf der Fabrikebene. Um den Anforderungen an eine kundenindividuelle und mengenflexible Produktion zu begegnen, bieten cyber-physische Systeme neue Möglichkeiten einer lösungsorientierten Vernetzung einzelner, teilautonomer Produktionseinheiten wie z.B. Fertigungsmaschinen oder Transportsystemen. Diese Flexibilität erfordert für die Planung und Steuerung der Produktion neue Ansätze in der Konzeption und in der Planung sowie auch während des Betriebs eines Produktionssystems. Die Simulation hat sich im Lebenszyklus eines Produktionssystems und seiner Einheiten als effektives Hilfsmittel etabliert, z.B. um Entwicklungsergebnisse oder Änderungen des Produktionssystems vorab – bei der Neuplanung und während des Betriebs – zu analysieren und abzusichern.

Abb.: Generierung der Fabriksimulation über Produktionsgraph und erweiterten Montagevorranggraph (eMVG)

Simulationsmethoden für die Nachbildung von Cyber-Physikalischen Produktionssystemen

Aufgrund der oben genannten Eigenschaften cyber-physischer Produktionssysteme müssen geeignete Simulationsmethoden und -modelle entwickelt werden, die eine Nachbildung des hochdynamischen und teilweise autonomen Verhaltens des Produktionssystems auf Fabrikebene effizient ermöglicht. Die Teilziele des Forschungsvorhabens sind:

  • Definition einer Systemarchitektur zur Materialflusssimulation cyber-physischer Produktionssystemen
  • Adaption und ggf. Neuentwicklung von Simulationsmethoden und Modellen aus der Konzeption und Planung für den Betrieb von Cyber-Physischen Produktionssystemen
  • Integration der entwickelten Methoden in einer anwendungsnahen Werkzeugkette

Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten bildet die simulationsbasierte Auswahl von Produktionsplanungs- und Steuerungsverfahren unter Verwendung von Planerzeugungsheuristiken und ereignisbasierten Steuerungsmechanismen. Dies erfordert eine konzeptuelle Erweiterung von Fabriksimulationen um die cyber-physischen Aspekte der Flexibilisierung und Dynamisierung der Produktionsprozesse, z.B.: Kommunikation und Aushandeln zwischen Produktionseinheiten, das Produkt besitzt Informationen zu seiner Herstellung, kurzfristigere Aufträge mit kleinen Losgrößen. Beispiele zur datentechnischen Umsetzung dieser Aspekte sind der erweiterte Montagevorranggraph (flexible Fertigungsreihenfolge eines Produktes) und der Produktionsgraph (Graphen-basiertes, abstrahiertes Modell der Fertigungsstationen), die u.a. die möglichen Routen eines Fertigungsauftrags mit den Produktionseinheiten und –vorgängen der Fertigung verbinden und damit das Bindeglied zwischen der Maschinen- und der Systemperspektive darstellen.

Partner

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU, Fraunhofer-Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen (RMV))
Siemens AG Corporate Technology

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