Simulations und Optimierungsaufgaben bei der Planung und virtuellen Inbetriebnahme von Produktionsanlagen

Dauer

Von April 2001 bis Ende 2012.

Leiter des Projekts

Ingo Bremer

Cooperation

Rücker EKS GmbH , Weingarten

Einleitung

In der Automobilindustrie verstärkt sich mit jeder Modellgeneration der Druck zu kürzeren Entwicklungszeiten (,,time tomarket``). Dies hat nicht nur große Auswirkungen auf die Entwicklung von Bauteilen, auch die Zeit für Entwurf und Realisierung von Produktionssystemen wird permanent gekürzt. Die immer größer werdende Varianz und die kürzeren Lebenszyklen der Modelle sowie die Forderung nach mehr Flexibilität bilden hier enorme Zielkonflikte.

In diesem Kontext stellt das Konzept der Virtuellen Inbetriebnahme von Produktionsanlagen die konsequente Weiterentwicklung des digitalen Gedankens dar: Statt der Fokussierung auf die Konstruktion von Produkten und Anlagen am Rechner wie beim CAD werden nunmehr komplette Produktionsanlagen inkl. ihres Zusammenspiels dynamisch simuliert und visualisiert. Teure ,,Hardwaretests`` an den realen Produktionsanlagen (z.B. Einrichtung, Konfiguration und Tests von kooperierenden Robotern) sowie dabei möglicher Crashs können so durch die Verlagerung auf die virtuelle Ebene eingespart werden.

Grundlagen

Die von der Rücker EKS GmbH in Kooperation mit dem WIAS entwickelte Software INVISION erlaubt die ganzheitliche und realitätsnahe Simulation der Systeme und gewährleistet bereits frühzeitig die Prozesssicherheit und die Qualität der Produktion. Die Produktionsunterbrechungen werden verkürzt, die Qualität gesteigert und die Kosten gesenkt. Mit dem modular aufgebauten System werden Produktionsanlagen in Echtzeit simuliert und die virtuelle Inbetriebnahme realisiert. Dabei werden nicht nur Roboter dargestellt und animiert, sondern alle wesentlichen beweglichen mechatronischen Komponenten und Materialien. Neben der Verifikation der Ablaufsteuerung bietet die Virtual-Reality-Umgebung auch die Möglichkeit zur Kollisionsanalyse.

Die softwaremäßige Basis für die VR-Rendering-Engine bildet die OpenGL-Performer-Library von SGI.

Herausforderungen

• Das gesamte Inventar einer Produktionsanlage einschließlich Halle und Materialien muss in (VR-),,Scene`` gesetzt werden.
• Viele dynamische Objekte müssen parallel in Echtzeit simuliert werden. Während im realen Roboter eine Recheneinheit (CPU) für die Bewegungssteuerung eines Roboters zuständig ist, muss in der VR-Simulation eine Einheit diese Aufgabe für viele Elemente übernehmen.
• Die Original-3D-Modelle aus dem CAD-Bereich sind nicht performance-optimiert und können so sehr umfangreich sein (Dreieckszahl in der Regel im 6-stelligen Bereich). Derart triangulierte Oberflächen in Industriemodellen sind für die effiziente Implementierung komplexer mathematischer Methoden ungeeignet. Eine Vorbehandlung mit Korrektur und Reduzierung der Anwendermodelle ist daher erforderlich.
• Entwicklung eines verallgemeinerten Roboterprogrammiermodells mit Import- und/oder Konvertierungsmöglichketen für die jeweiligen Ansteuersprachen verschiedener Hersteller.