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SYSE.111.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Systemische BetrachtungSystemische Betrachtung
derder
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
undund
FertigungstechnikFertigungstechnik
20082008
SYSE.211.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Gliederung
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
MotivationMotivation
SystemtheorieSystemtheorie
DrehDreh--, Fr, Frääss--, Schleifmaschinen und flexible Fertigungssysteme, Schleifmaschinen und flexible Fertigungssysteme
ExterneExterne-- und interne Sensorsystemeund interne Sensorsysteme
Genauigkeitsverhalten und Konzepte zur Genauigkeitssteigerung Genauigkeitsverhalten und Konzepte zur Genauigkeitssteigerung von Werkzeugmaschinenvon Werkzeugmaschinen
SYSE.311.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
MotivationMotivation
SYSE.411.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3355 - 5WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
dem Arbeits- bzw. Fertigungsverfahren z.B.: zerteilen, spanenoder schmieden
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
unterteilt man üblicherweise nach
der Einsatzbreite (Spezial-, Universal- oder Sondermaschinen)
dem Anwendungsfeld (Einzel- oder Massenfertigung)
der Lage der Hauptspindel (horizontal/vertikal)
der Bauart (Schrägbett, Flachbett, Gantry usw.)
der Steuerungsart (manuell, mechanisch, numerisch)
dem Automatisierungsgrad
der Einbindung in den Fertigungsprozess (Einzelmaschine,Mehrmaschinensystem, Transferlinie, flexibles Fertigungssystem)
HANSER
SYSE.511.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 1854 - 4
Urformen UmformenDIN 8582 Trennen Fügen
DIN 8593 BeschichtenStoffeigenschaft
ändern
Spanen mitgeometrischbestimmtenSchneidenDIN 8589
Spanen mitgeometrisch
bestimmtenSchneiden
un
DIN 8589
Abtragen
DIN 8590
Zerlegen
DIN 8581
Zerteilen
DIN 8588
Reinigen
DIN 8592
Fertigungsverfahren zurMetallbearbeitung
nach DIN 8580
Fertigungsverfahren des Spanens mit geometrisch bestimmten Schneiden
SYSE.611.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Gliederung der Werkzeugmaschinen (DIN 69651)
2 - 1855 - 5TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Gliederung der Werkzeugmaschinen (DIN 69651)
Fertigungssysteme
Holzbearbeitung Metallbearbeitung Bearbeitung anderer Werkstoffe
Fertigungs-anlagen zur Stoffeigenschaft-änderung
Fertigungs-anlagen zum Beschichten
Fertigungs-anlagen zum Fügen
Fertigungs-anlagen zum Trennen
Fertigungs-anlagen zum Umformen
Fertigungs-anlagen zumUrformen
Mehrmaschinen-systeme
WZM für mehrere Verfahren
WZM zum Fügen
WZM zum Trennen
WZM zum Umformen
AbtragendeWZM
Spanende WZM mit geometrisch unbestimmten Schneiden
Schleifmasch.(rot) Bandschleifemasch. Hubschleifmaschinen Honmaschinen Läppmaschinen Strahlspanmaschinen Gleitspanmaschinen Polierschleifmaschinen
S p a n e n d e W Z M m i t g e o m e tri s c h b e s tim m te n S c h n e id e n
D re h m a s c h in e n B o h rm a s c h in e n F rä s m a s c h in e n H o b e lm a s c h in e n R ä u m m a s c h in e n S ä g e m a s c h in e n F e i lm a s c h in e n B ü rs tm a s c h in e n M a s c h in e n z u m M e iß e ln u n d S c h a b e n
ZerteilendeWZM
Scheren Schneidpressen
Pressen Hämmer Walzmaschinen Biegemaschinen Zeihmaschinen Maschinen zum Umformen mit Wirkmedien oder Wirkenergie
Weck
Werkzeugmaschinen nach DIN 69651
Fertigungsverfahren entsprechend DIN 8580
SYSE.711.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Anwendungsbereiche
TransportTransport-- und Flugsystemeund Flugsysteme
Röntgenquelle
Röntgengerätschematisch
Strahlenkegel
Bildplatte
Zentralstrahl
Messtechnik, RobotikMesstechnik, Robotikund Medizinund Medizin
Roboter, HandRoboter, Hand--SensorSensor--beziehungbeziehung undund
WerkstWerkstüückposenckposen
KukaAhlers
WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinenWerkstWerkstüückposenckposen
SHW
SYSE.811.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
LastwechselLastwechsel
Alterung und VerschleiAlterung und Verschleißßsowie sowie ÄÄnderung vonnderung vonUmweltbedingungenUmweltbedingungen
ArbeitspunktArbeitspunkt--wechselwechsel
Zeitinvarianz der Systemeigenschaften
Kuka
Boeing
SYSE.911.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Laser-Scanner-Schweißen
LaserLaser--ScannerScanner
LaserLaser--ScannerScanner--SpiegelSpiegel--BewegungenBewegungensind aus konstruktivensind aus konstruktiven
Daten abzuleiten (kein Teachen!)Daten abzuleiten (kein Teachen!)
TRUMPFTRUMPF
SYSE.1011.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Maschinen-Off-Line-Programmierung
Trennung von Anlagenbetrieb und ProgrammierungTrennung von Anlagenbetrieb und Programmierung
Blume
Absolute Posefehler mAbsolute Posefehler müüssen gering gehalten werdenssen gering gehalten werden
SYSE.1111.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Systemlösung im Maschinenbau
ComputerComputerAided ManufacturingAided Manufacturing
ComputerComputerAided DesignAided Design
offoff--lineline--ProgrammierungProgrammierung
Sensoren, KalibrierkSensoren, Kalibrierköörper usw.rper usw.
Palettensystem Palettensystem mit Indexmit Index
OptionOption
MaschinenMaschinenx
yz
w
SensorenSensoren
SpannSpann--vorichtungen,vorichtungen,
Greifer undGreifer undWerkzeugeWerkzeuge
SYSE.1211.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Werkzeugmaschinen und Fertigungssysteme
Energiezuführung
Schaltschrank
x-Schlitten
Ständer
Bett
y-Schlitten
Palettenwechsler Arbeitsspindel und z-Achse
Werkzeugmagazin
Sind Opto-MechatronischeSysteme
SYSE.1311.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Lernen durchLernen durch
Nacharbeiten, Nacharbeiten, ÜÜben undben und
Wiederholen !Wiederholen !
SYSE.1411.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Wahrnehmung
ModellbildungPlanung
Aktion
MotorischeSteuerung
LangzeitgedLangzeitgedäächtnis undchtnis undneuronale Verknneuronale Verknüüpfungen benpfungen benöötigentigenWiederholungen durch NacharbeitenWiederholungen durch Nacharbeiten
Lernen und Erinnern
SYSE.1511.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Erinnerungsquoten
20 %
30 %
50 %
70 %
90 %
Hören
Sehen
Hören und Sehen
Hören, Sehen und Diskutieren
Hören, Sehen, Diskutieren und Tun
Handbuch Hochschullehre
SYSE.1611.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Matlab-Class-Room-Lizenz zum Üben
SYSE.1711.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
http://www.tuhttp://www.tu--harburg.de/ft2/woharburg.de/ft2/wo
LehrunterlagenLehrunterlagen
Formelsammlung etc.Formelsammlung etc.
ÜÜbungsaufgabenbungsaufgaben
Internet
SYSE.1811.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
SystemtheorieSystemtheorie
und und
FertigungstechnikFertigungstechnik
SYSE.1911.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Ein System ist ein aus Elementen / ZustEin System ist ein aus Elementen / Zustäändenndengebildetes Ganzes, gebildetes Ganzes,
wobei die Elemente / Zustwobei die Elemente / Zustäände unternde unter--einander in Beziehung stehen.einander in Beziehung stehen.
Definition eines Systems
SYSE.2011.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Merkmale eines Systems
Ein System besteht aus Elementen / Ein System besteht aus Elementen / Zuständen. Die Elemente ie Elemente werden auch als Komponenten, Bauteile, Teile, Bausteinewerden auch als Komponenten, Bauteile, Teile, Bausteineusw. bezeichnet.usw. bezeichnet.
Diese Elemente / Diese Elemente / Zustände weisen gewisse Eigenschaften auf.weisen gewisse Eigenschaften auf.(Physikalische Werte, Attribute oder Merkmale).
Zwischen den Elementen / Zwischen den Elementen / Zuständen bestehen Relationen, diebestehen Relationen, diedie funktionelle Verkndie funktionelle Verknüüpfung der Elemente / pfung der Elemente / Zustände wieder-geben (Relationen, Funktionen,(Relationen, Funktionen, Gleichungssysteme oder DifferentialgleichungsGleichungssysteme oder Differentialgleichungs--
systemesysteme))..
Die Elemente mit ihren Eigenschaften und Relationen, solltenDie Elemente mit ihren Eigenschaften und Relationen, solltennnääherungsweise eine abgegrenztes Ganzes bilden.herungsweise eine abgegrenztes Ganzes bilden.
In Anlehnung an Rall
SYSE.2111.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 0180 - 9
Verschiedene Systemkonzepte
TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
G.Rahpohl
Verschiedene Systemkonzepte
SYSE.2211.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
3 Konzepte der Fertigungssystemtechnik
2- 0335 - 4
TPM
Lager
HHG
PPS
WZM
M.u.Ü
Strukturales Konzept
Inform.EnergieMaterial:
Inform.EnergieMaterial:
RohteileWerkzeugeH - ZeugH - Stoffe
F - TeileSpäneWerkzeugeH - ZeugH - Stoffe
Funktionales Konzept
Inform.EnergieMaterial:
Inform.EnergieMaterial:
RohteileWerkzeugeH - ZeugH - Stoffe
F - TeileSpäneWerkzeugeH - ZeugH - Stoffe
TPM
Lager
HHG
PPS
WZM
M.u.Ü
Überlagerung der 3 Konzepte
TPM
Lager
HHG
PPS
WZM
M.u.Ü
Hierachisches Konzept
Su
per
syst
emU
nte
rneh
men
RallRall
SYSE.2311.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2304 - 8
Ein ist eine abgegrenzte Anordnung von Komponenten,die miteinander in Beziehung stehen.
System
Es ist gekennzeichnet durch
die Festlegung einer Grenze,die Komponenten (Subsysteme oder Elemente),die Ablaufstruktur,die Relationen,die Zustände der Komponenten,die Zustandsübergänge.
Systemdefinition nach VDI 3633/1
SYSE.2411.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
8 - 0181 - 6
MATERIE
MATERIE
ENERGIE
ENERGIE
INFORMATION
INFORMATION
RAUM
RAUM
ZEIT
ZEIT
Z U S T A N DMATERIELL, ENERGETISCH, INFORMATIONELL
RÄUMLICH, ZEITLICH
TECHNISCHES SYSTEM
G.Ropohl
Blockschema eines technischen Systems
SYSE.2511.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3174 - 4Was ist ein ???ModellModelle sind materielle oder immaterielle Systeme, die komplexe Systeme so darstellen, dass sie beschreibbar, verstehbar und manipulierbar werden (Reduktion der Komplexität, Abstraktion).
Hauptmerkmale
- Abbildungsmerkmal - Modelle sind stets Modelle von etwas, nämlich Relationen ..., die selbst wieder Modelle sein können.
- Verkürzungsmerkmal - Modelle erfassen im allgemeinen nicht alle Attribute..., sondern nur solche, die relevant sind.
- Pragmatisches Merkmal - Modellnutzer: Für wen ist das Modell? - Zeitintervall: Für wann ist das Modell? - Zweck: Wozu dient das Modell?
RallRall
Was ist ein Modell ?
SYSE.2611.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3175 - 4
Beschreibungsmodell Gestaltungsmodell
Darstellung von Systemen
Realitätsnachbildung unter
Verzicht auf irrelevante
Details
Gedankliche Hilfsmittel zur
strukturierten Konzeption
von Systemen, jedoch kein
Optimierungsverfahren
Modell der Systemtheorie
RallRall
SYSE.2711.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Detaillierung ausgehend vomGesamtsystem
Schrittweise Synthetisierungausgehend von den System-elementen
Hoher Planungsaufwand undgroßer Modellumfang
Hohe Anforderungen an dasAbstraktionsvermögen und dieGeduld der Modellersteller
Gefahr der Ablenkung von der eigentlichen Aufgabenstellungdurch die vorgefundeneProblemvielfalt
Möglichkeit zur Verwendungvorgefertigter Strukturen
Möglichkeiten zur schnellenDetailanalyse
Einfaches Systemverständnisdurch von Beginn an systemnaheDarstellung
Mangelndes Verständnis für dasGesamtsystem und erkennen derZusammenhänge schwierig
Hoher Modellerstellungaufwandbei komplexen Originalsystemen
Zusammenfassung vonTeilstrukturen im Einzelfallschwierig
Sichere Problemerkennung durchganzheitlichen Ansatz Schnelleres Verständnis derGesamtzusammenhänge durchstrukturierte ModellerstellungUnterstützung beim Auffindenmöglicher Systemalternativen
Prinzip
Vorteile
Nachteile
Methode TOP-DOWN BOTTOM-UP 9 - 2525 - 7
RallRall
Methoden der Systemstrukturierung
SYSE.2811.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0746a - 4
RallRall
TOP-DOWN-Entwicklung (Software Tools)(Software Tools)
SYSE.2911.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0746b - 4
RallRall
TOP-DOWN-Entwicklung (Software Tools)(Software Tools)
SYSE.3011.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2049 - 6
nach DaenzenRallRall
Allgemeine Vorgehensweise bei Planungsaufgaben
SYSE.3111.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2048 - 6
Methoden
Methoden
Methoden
Daenzer
Anstoß zur Vorstudie
Realisierung
Vorstudie
Hauptstudie
Detailstudie
Entscheidung überFortführung des
Projektes
Phasenmodell
SYSE.3211.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2047 - 6Problem
Ergebnis
Zielsuche
Lösungs-suche
Auswahl
Entscheidung
Bewertung
Analyse
Synthese
Zielformulierung
Situationsanalyse
Problemlösungszyklus
Daenzer
SYSE.3311.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3046 - 3
Merkmale
Klärungsprozess: Projekt technisch und wirtschaftlich sinnvoll ?
Möglichst geringer Zeit- und Ressourcenaufwand
Grobe Analyse des Ist-Zustandes
Grobe Lösungsalternativen
Vorstudie = Grob- bzw. Durchführbarkeitsstudie
Projekt fortführen ?RallRall
Vorstudie
SYSE.3411.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3047 - 3
Merkmale
- Erweitern + Verfeinern von Lösungsalternativen
- Erarbeitung tragfähiger Kriterien zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit, Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit des geplanten Systems
Ergebnis der Hauptstudie:- Gesamtkonzept als Rahmen für weitere
Entwicklungen und Realisierung- Entscheidung über Detailstudien
- Fortführung des Projektes ?- Rücksprung ? RallRall
Hauptstudie
SYSE.3511.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3048 - 3
Merkmale:
zeitweilig isolierte Betrachtung zur- Erarbeitung detaillierter Lösungskonzepte- Entscheidung über optimale Variante- Konkretisierung von einzelnen Untersystemen
Zweck abgegrenzter Detailstudien:
Schaffung überschaubarer und operabler Einheiten
Wichtig: Detailkonzept immer im Zusammenhangmit dem Gesamtkonzept beurteilen !
RallRall
Detailstudie
SYSE.3611.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3049 -3
GK1
GK2
GK3
DK 1 DK 2 ...
Zeit
Vorstudie
Systembau
Hauptstudie
Detailstudien
G.-A. Meier
Dynamik der Gesamtkonzeption
SYSE.3711.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3051 - 3
G.-A. Meier
Vorstudie
Hauptstudie
Detailstudien
Systembau
Einführung
Analysephasen
Realisierungsphasen
Zeit
Bezeichnung der Phasen
SYSE.3811.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3050 - 3
Reduktion der Ablauf - Komplexität
Verminderung des Projektrisikos
Förderung der Zusammenarbeitzwischen Auftraggeber und Produzent
Möglichkeit des frühzeitigen und geordneten Projektabbruchs
Periodische Standortbestimmung ist möglich
G.-A. Meier
Nutzen der Phasengliederung
SYSE.3911.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3052 - 3
Systematische Analyse einer (intuitiv) als problematisch empfundenen Erscheinung oder Sachverhaltes
Ziel: Generierung und Strukturierung vonInformationen über den Problembereich
Merkmal: Art, Umfang und Detailierungsgrad derSituationsanalyse von der jeweiligen Phase ab
Vorstudie: allgemein, grobHauptstudie: spezifischSituationsanalyse: detailliert
Ergebnis: Randbedingungen für die LösungssucheRallRall
Situationsanalyse
SYSE.4011.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3053 - 3
Aufbauend auf der Situationsanalyse wird dasPflichtenheft erstellt:
SOLL // MUSS // K.O.-Kriterien
Merkmale: LösungsneutralitätVollständigkeitGenauigkeit (quantitativ + qualitativ)Verständlichkeit
RallRall
Zielformulierung
SYSE.4111.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3054 - 3
Synthese:Modellhaftes Zusammenführen von Lösungselementen zu Lösungen
Umfassender Überblick über potenzielleLösungskonzepte
Analyse:
Überprüfung der Lösungskonzepte hinsichtlichder Einhaltung der Mussziele und der Randbedingungen
RallRall
Synthese/Analyse
SYSE.4211.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
SystemtheorieSystemtheorie
SYSE.4311.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Annahmen zurVereinfachung VereinfachungAufstellen der
Gleichungen
TheoretischesModell
- Struktur- Parameter
Verein fachtes theoretisches
Modell
A-priori-Kenntnisüber das System
Struktur unbe-bekannt kannt
ExperimentIdentifikation
parame-tr isch
nicht parame-trisch
parame-trisch
nicht parame-trisch
Experim. ModellVergleich
TheoretischeAnalyse
ExperimentelleAnalyse
Qualität
neinja
Ende
Methodik der Systemanalyse
SYSE.4411.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Modellgüte und Prozeßkenntnis
M := ModellgüteK := Prozeßkenntnis
Isermann
ME := Mechanische elektrische Systeme
ET := Energietechnische Systeme
VT := VerfahrenstechnischeSysteme
SYSE.4511.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Isermann
Modellgüte und Aufwand
SYSE.4611.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Ursachen für absolute Positionierfehler
x
yz
w
1. Kinematische Parameter:1. Kinematische Parameter:(Nullage, Fluchtung und Länge)
2. Lage des Maschinen2. Lage des Maschinen--KS KS zum Basiszum Basis--KSKS
3. Temperatur3. Temperatur--schwankungenschwankungen
4. Gelenk4. Gelenk--elastizitelastizitäätenten
5. Element5. Element--elastizitelastizitäätenten6. Getriebefehler6. Getriebefehler
7. Lagerspiel7. Lagerspiel
8. Weggeber8. Weggeber
9. Reibung9. Reibung
10. Steuerung:10. Steuerung:(Rundungen und numerische Verfahrensfehler)
Kuka
SYSE.4711.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Problemstellung Werkzeugmaschine I
Wiederholgenauigkeit 1 - 10 µm
• Winkelfehler 0,1° auf 1 m Achslänge ergibt Bogenlänge von ca. 1,7 mm=> Problem: Nulllagen- und Steigungsfehler Sensoren, Winkelfehler
der Lager und Führungen und Winkelfehler Maschinen- zuWelt-KS sowie
absoluteGenauigkeit 10 - 50 µm
• Koordinatensystem vom Hersteller grob oder gar nicht angegeben
KS:= Koordinatensystem
• Verringerung der Fertigungstoleranzen der Bauteile sind technisch und wirtschaftlich Grenzen gesetzt
SYSE.4811.04.2008
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
x
z
ohne erweiterte Regelung
SollbahnIstbahn
0,5m0,
5m
0,1 0,8 0,9
t/s
0,5m/s
x
z
erweiterter Regler
Problemstellung Werkzeugmaschine II (Bahnfehler)