WO2007036466A2 - Verfahren zur simulation eines steuerungs- und/oder maschinenverhaltens einer werkzeugmaschine oder einer produktionsmaschine - Google Patents

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WO2007036466A2
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Marc Holz
Matthias Diezel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning

Definitions

  • the invention relates to a method and to a device of a control and / or machine behavior of a machine tool or a production machine.
  • Models for rigid multibody systems in particular in connection with flexible connecting members
  • - multi-mass models in this case are compositions and Elastizitä ⁇ th in the drive train taken into account
  • flexible multi-body systems in this case are compositions and Elastizitä ⁇ th in the drive train taken into account
  • - FE models by finite elements is a complete
  • a Numbers ⁇ specific control consists essentially for example of a so-called numerical control kernel (NCK), which NC-Ge led controlled axes in the interpolation group (for example, around a circle) controls and a Programmable Logic Control (PLC), which is usually uncontrolled axes, eg for a tool changer, controls. In some applications, however, the PLC also controls controlled axes.
  • NCK numerical control kernel
  • PLC Programmable Logic Control
  • Control thus also integrates controlled axes in the interpolation network (for example, cornering) and auxiliary / infeed axes, which are controlled or unregulated.
  • a machine tool or a pro production machine eg, a plastic injection molding, egg ⁇ ne printing machine, a packaging machine, etc.
  • a pro production machine eg, a plastic injection molding, egg ⁇ ne printing machine, a packaging machine, etc.
  • Her ⁇ supplied manufacturers and mounted it is initially in a known and defined state.
  • the state and the configuration ⁇ changed data of the machine by new production processes, maintenance, repairs, wear, etc.
  • the knowledge of the exact condition of the machine needed eg:
  • a continuous recording and documentation of the required state parameters of the machine tool is complex and therefore does not take place.
  • the operator can also rely on a simulation. If the simulated processing a workpiece, then for each Ma ⁇ machine to perform a separate simulation run. Of course, this procedure can also be applied to production machines. To simulate a machine tool is it is necessary to know the NC part program. So far, these programs have been created either with the aid of a CAM system in the work preparation department or directly at the machine tool on site.
  • the invention has for its object to enable both ver ⁇ improved simulation of a control and / or machine behavior of a machine tool or a production ⁇ machine, as well as to better exploit the simulation results.
  • data is transmitted via the tool or production machines from this to a simulation device by means of an intranet and / or by means of an Internet.
  • the data relate in particular to status data and / or parameter data which, for example, are used during the startup procedure. Settlement and / or in the optimization of the machine can be changed. These are eg gain parameters, dead times, delay elements, parameters for integration elements of a control and the like.
  • data may, for example, also relate to information about a performance, a control quality, an expansion stage of the machine.
  • ⁇ sen data is data which the machine principlessma ⁇ or relate to the machine tool, under the ⁇ sen data and data to be understood by means for regulating and / or controlling the production machine or the machine tool.
  • the data are in particular parameter data and / or configuration data and / or hardware data and / or program data, such as a part program, and / or performance data.
  • the data of the tooling or production machines are transmitted by the latter via a network to the simulation device.
  • a control device and / or a control device which is provided for the regulation and / or control of the tool or production machines, transmits the data to a server.
  • the server is connected to another server via the Internet, with the other server receiving the data.
  • the further server is then itself the simulation device or transmits the data to the data processing system connected to the other server simulation device.
  • this device for regulation and / or control can be simulated or emulated on a separate computer or the downstream computer in an advantageous embodiment.
  • the computer is the simulation device, whereby the computer and the machine in a local network distributed worldwide are connected to each other in terms of data technology. Receiving a connection takes place for example by the computer to the real Ma ⁇ machine to upload the current configuration of the machine (machine data). Also downloads are feasible.
  • the device according to the invention can be constructed with a uniform hardware despite the often different, machine-related control hardware of the machine. In this method, a virtual NCK is advantageously used on the simulation device.
  • the simulation is performed on the simulation device in real time. This makes it possible for a user to easily provide a time-correct image of a manufacturing process.
  • configuration data and / or status data of the production machine or the machine tool are transferred to a model-tion with the production machine or the machine tool synchronized current Simula ⁇ .
  • the simulation model is calculated on the simulation facility.
  • the synchronization concerns in particular a same data base used ⁇ location and / or time-synchronous simulation.
  • the transfer of data for the simulation device for example, caused by an operator of the machine tool or production machine Pro or in a further Ausgestal ⁇ the invention tung transmitted automated.
  • the automatic ⁇ specific transmission of the data to the simulation device carried out for example at least after a change of a data tums from the set of data, wherein at least the date is transmitted to the simulation device.
  • ⁇ can be formed that when:
  • a system which, for example, has a computer as a simulation device, wherein the computer is connected to the device for controlling and / or regulating the machine tool or production ⁇ machine via the intranet and / or the Internet for the purpose of data exchange
  • the simulation device can be used for several machines at different standstill places are used worldwide. This increases the utilization of the simulation facility and enables a global comparison of machines. For this it is necessary that the simulation device or a related of these devices tung, which thus is part of the simulation device, data stores a plurality of machine tools or production machines, in particular, simulation results of at least two tool ⁇ or production machines automatically be compared with each other and / or via a Human Machine Interface (HMI) are comparable.
  • HMI Human Machine Interface
  • a simulation system for the machine tool which is composed of models for the control (for the control emulation), the kinematics and the machining process and can be extended by further models.
  • models for the control for the control emulation
  • the kinematics and the machining process can be extended by further models.
  • data about the tool or production machines for the simulation are changed on the simulation device.
  • These data relate, for example, parameters of a control or also data with which possible expansion stages of the machine can be simulated.
  • a simulation with the changed data is performed on the simulation device.
  • the changed data can be transferred without further simulation for machine tool or production machine ⁇ . It is advantageous if simula- tion results, which are based on different data sets are stored so that they can be compared with each other.
  • the point in time concerns at least the time of the simulation.
  • the simulation model provides the opportunity to examine the effects of changes to an entire manufacturing system.
  • the data obtained from the model can be incorporated into the short-term and long-term production planning and used for the optimization of the manufacturing process on the machine tool or the ge ⁇ samtem manufacturing process in a manufacturing system.
  • Simulation results and / or stored data of the machine tool ⁇ or the production machine are in one Another variant for a secure restart and / or shutdown of a production machine or a tool ⁇ machine used.
  • Generating machine simulation results and / or stored data ⁇ factory or the production machine can CAM system used for production planning in ei ⁇ nem. This concerns in particular data which concerns one or more tools.
  • the invention has the advantage that through a now possible continuous documentation of the machine condition a more accurate planning of maintenance work is possible.
  • This planning is automatable, e.g. With the help of a trend analysis of the existing data the planning is optimized.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out one or more of the method steps described above.
  • the device has a simulation device which is provided both for carrying out a simulation step and in particular for carrying out a comparison step of simulation results.
  • Embodiments and / or more embodiments of the invention are ⁇ He depicted in the drawing and described in more detail below. Showing:
  • FIG. 1 shows a first illustration of the invention and FIG. 2 shows a further illustration of the invention.
  • the illustration in FIG 1 representatively shows a machine 1.
  • the machine 1 is for example a machine tool wel ⁇ che a CNC (computer numerical control) which, or a production machine.
  • data stores 5 ge ⁇ . 5 These data are transferred via an Internet 2 by ei ⁇ nes data transfers 4 to a simulation means 3, which data relate, for example configuration data, wear data and / or traces.
  • the simulation device 3 is for example also a system for production monitoring or production planning.
  • the simulation device 3 is in particular used as a control emulation and / or as a device for executing other simulation methods. provided (eg simulation with a CNC emulation), wherein in the simulation device 3, for example, a persistent storage of model process data can be made.
  • the simulation device 3 On the simulation device 3 several under defenceli ⁇ che data 5 are stored by one or more machines, not shown. In the simulation device 3, the data will be 5 used for a simulation 7, wherein after the simulation 7 simulation results hen 8 ste available ⁇ .
  • the simulation results 8 show how the Maschi ⁇ nen a machine at different data changes or as a number of machines different from each other in their behavior. By means of the simulation results 8, a desired-actual comparison between simulation and reality can also be carried out advantageously.
  • the simulation results 8 are compared with one another in a comparison step 9 and / or transmitted via the Internet 2.
  • the comparison results in comparison results such that certain data 6 are preferred.
  • the preferred data 6 are then transferred back to the machine 1.
  • These data 6 relate in particular to correction data for implementing measures for improving the machine behavior. For example, the corrections will be made after
  • Comparison of the simulation results made automatically, with a new simulation with the corrected data is possible.
  • the machine 1 is operated to complete the method with the preferred data 6.
  • a trend analysis is also possible by means of the simulation results 8, with it also being possible to derive measures with regard to a change of data.
  • the system comprises the simulation device 3, which is, for example, a computer that controls the machine tools via the intranet or the Internet for the purpose the information exchange is connected.
  • the simulation device 3 is, for example, a computer that controls the machine tools via the intranet or the Internet for the purpose the information exchange is connected.
  • On the computer be ⁇ is a simulation system for the machine tool.
  • the models of the simulation system eg for control, drive technology, workpiece, tool and machine tool
  • data 5 of the real machine tool 1 are continuously transmitted and documented.
  • the system can be expanded according to the requirements for further status data and models of the machine tool.
  • the system or a method based thereon has in particular ⁇ at least one of the following features:
  • the configuration data is the machine data of a numerical control (including drive and control)
  • the status data are process data (eg axis positions) as well as machine or tool properties influenced by wear, service life or tool life;
  • the simulation model comprises an emulation of the Steue ⁇ tion, a simulation of the kinematics of the driving technique, and / or the machining process;
  • An interface on the simulation device makes it possible to access the data of the simulation device 3 via the intranet or Internet 2 from other simulation devices, not shown.
  • the illustration according to FIG. 2 shows a server 11.
  • a programming station 12 is connected to the server in terms of data technology.
  • the server 11 is configured as a simulation means, wherein simulation results are transmitted to the game as programming station 11 at ⁇ on the Internet.
  • the pro ⁇ gramming station 12 is in a non-illustrated execution tion integrated into the machine 1.
  • This integration concerns either a local integration or a functional integration. Even with a functional integration, the programming station 12 is to be regarded as a part of the machine 1. From the programming station 12 2 parts of programs workpiece models (CAD, 3d, ...), production requirements and / or quality requirements can be gene for simulation device 11 by means of the data transfer 4 übertra ⁇ over the Internet. Machine data of the machine 1 can be transmitted to the simulation device 11. From the simulation device 11, a new part program can be transferred to the machine 1 via the Internet 1.
  • the system or a method based thereon has in particular ⁇ at least one of the following features or a corresponding advantage:
  • the system offers a workpiece manufacturer the possibility of incorporating machines that are physically (yet) physically unavailable because machine manufacturers can offer their machines globally via this system;
  • the simulation itself can be operated by the person who wants to manufacture the workpiece, so that the workpiece model does not have to be published and thus safeguards its know-how protection; • The simulation can be relocated to a trustworthy entity, so that the know-how protection can be guaranteed both for the machine manufacturer and for the workpiece manufacturer; • The system can be used by a production planner in advance to select a machine or, for example, to assist the NC programmer with program generation for a current machine configuration; • The NC programmer no longer needs to be on-site to create and test the NC program, but can work independently of the location via the software system;
  • the NC programmer has the option of simulating his NC programs locally on his PC or relocating them as a simulation job to a trustworthy entity (the computer);
  • the NC programmer can use this system to design programs for own company machines as well as for external machines connected to the computer. This opens up the possibility of global commissioned work.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Simulation eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1), wobei Daten (5) über die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) von dieser zu einer Simulationseinrichtung (3) mittels eines Intranets (2) und/oder mittels eines Internets (2) übertragen werden. Die Daten (5) können automatisch zur Simulationseinrichtung (3) übertragen werden, wobei insbesondere zumindest nach der Änderung eines Datums aus der Menge der Daten (5) zumindest dieses Datum zur Simulationseinrichtung (3) übertragen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Simulation eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens einer Werkzeugmaschine oder einer Produktions- maschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens einer Werkzeugmaschine oder einer Produktionsmaschine.
Mit wachsenden Qualitäts- und Wirtschaftlichkeitsanforderungen im Anwendungsbereich der Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, wobei unter Werkzeug- oder Produktionsmaschinen auch Roboter zu verstehen sind, nimmt die Komplexität dieser Ma- schinen ständig zu. Neuartige Maschinenkinematiken und komplexe mechatronische Funktionen benötigen zunehmend leis¬ tungsfähigere Funktionen für Mechanik, Antriebe und Steue¬ rung. Diese sind jedoch nicht immer einfach zu entwerfen und auszulegen. Hersteller sehen deshalb zunehmend die dringende Notwendigkeit bereits im Zuge der Produktentwicklung die Pro¬ duktivität einer Maschine, das exakte Verhalten von Steue¬ rungssignalen, Sensorsignalen und einzelner Achsbewegungen bis hin zur Kollisionskontrolle, simulationsgestützt zu be¬ werten und zu optimieren. Die Simulation kann hierbei sowohl das mechanische Verhalten der Maschine, das Verhalten der An¬ triebe als auch die Funktion der Steuerung nachbilden. Nur so kann das Zeitverhalten der Mechanik, der Antriebe und der numerischen Steuerung, z.B. für die Simulation von NC-Bear- beitung oder Werkzeugwechsel, exakt modelliert werden.
Für die Modellierung des mechanischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen werden derzeit Modelle verschiedenen Detaillierungsgrades eingesetzt, z.B.:
- geometrische Kinematikmodelle (hierbei wird nur die Geo¬ metrie ohne Massen und Elastizitäten der Maschinenelemente berücksichtigt) , Ersatzmodelle für die AblaufSimulation, z.B. Petrinetze, vernetzte Funktionsbausteine,
Modelle für starre Mehrkörpersysteme (insbesondere in Verbindung mit flexiblen Verbindungselementen) , - Mehrmassenmodelle (hierbei werden Massen und Elastizitä¬ ten im Antriebsstrang mit berücksichtigt), flexible Mehrkörpersysteme und - FE-Modelle (durch Finite Elemente ist eine vollständige
Diskretisierung der Mechanik möglich) .
Die Steuerung kann durch eine Softwaresimulation in das Modell integriert werden oder es wird die originale Steuerungs¬ hardware inklusive Originalsoftware verwendet. Eine numeri¬ sche Steuerung besteht dabei im wesentlichen z.B. aus einem sogenannten Numerical Control Kernel (NCK) , welcher NC-ge- führte, geregelte Achsen im Interpolationsverbund (z.B. das Abfahren eines Kreises) steuert und einer Programmable Logic Control (PLC), welche üblicherweise ungeregelte Achsen, z.B. für einen Werkzeugwechsler, steuert. In einigen Anwendungs- fällen steuert die PLC jedoch auch geregelte Achsen. Die
Steuerung integriert somit gleichfalls geregelte Achsen im Interpolationsverbund (z.B. Kurvenschreiben) und Hilfs- /Zustellachsen, die geregelt oder ungeregelt verfahren werden .
Wird beispielsweise eine Werkzeugmaschine oder eine Pro¬ duktionsmaschine (z.B. eine KunststoffSpritzgießmaschine, ei¬ ne Druckmaschine, ein Verpackungsautomat, usw.) vom Her¬ steller geliefert und montiert, befindet sie sich zunächst in einem bekannten und definierten Zustand. Im Laufe der Produktion verändert sich der Zustand und die Konfigurations¬ daten der Maschine durch neue Produktionsabläufe, Wartung, Reparatur, Verschleiß, usw. Vielfach ist die Kenntnis über den genauen Zustand der Maschine nötig um z.B.:
• eine Anlage wieder hoch zu fahren,
• die nächste Wartung einzuplanen,
• eine Produktionsplanung durchzuführen, • eine Simulation des aktuellen Maschinenmodells zu ermög¬ lichen und/oder
• die Optimierung eines neuen Teileprogramms auf Basis des aktuellen Maschinenzustandes durchzuführen.
Eine kontinuierliche Erfassung und Dokumentation der erforderlichen Zustandsparameter der Werkzeugmaschine ist aufwendig und findet deswegen nicht statt.
Für die Konstruktion eines Werkstückes auf einer Werkzeug¬ maschine werden z.B. geometrische, technologische, wirt¬ schaftliche und qualitative Parameter festgelegt. Diese Para¬ meter schränken die Auswahl der fertigenden Werkzeugmaschine entsprechend ein. Um das Werkstück somit optimal auf einer Werkzeugmaschine fertigen zu können, ist eine exakte Kenntnis der Leistungsfähigkeit und der technischen Möglichkeiten dieser Maschine nötig. Der Umfang der technologischen Parameter erschwert zum einen den Auswahlprozess der am besten geeigne¬ ten Werkzeugmaschine und zum anderen den NC-Programmentwurf durch den NC-Programmierer . Beide Aufgaben setzen ein sehr breites Fachwissen sowie genaue Kenntnis der Maschinenparame¬ ter und Maschinentechnologie voraus. Die optimal geeignete Werkzeugmaschine ergibt sich durch eine maximale Erfüllung verschiedener festgesetzter Kriterien für die Fertigung (z.B. bezüglich Fertigungskosten, Oberflächengüte, Leistung, Größe, Technologie,...). Das optimale NC-Programm ergibt sich z.B. aus einer Kombination aus bester Werkstückqualität und kür¬ zester Produktionszeit. Die Entscheidung, auf welcher Maschine ein Werkstück zu fertigen ist, wird bislang von Bedienern aufgrund ihres Erfahrungswissens und ihrer Kenntnis der Ma¬ schinen getroffen.
Für die Entscheidung zur Auswahl der Werkzeugmaschine kann der Bediener auch auf eine Simulation zurückgreifen. Wird die Bearbeitung eines Werkstücks simuliert, dann ist für jede Ma¬ schine ein separater Simulationslauf durchzuführen. Diese Vorgehensweise kann natürlich auch bei Produktionsmaschinen angewandt werden. Zur Simulation einer Werkzeugmaschine ist es notwendig das NC-Teileprogramm zu kennen. Diese Programme werden bislang entweder mit Hilfe eines CAM-Systems in der Arbeitsvorbereitung, oder direkt an der Werkzeugmaschine vor Ort erstellt.
Ein sicherer aber auch kostenintensiver Ansatz sowohl für die Werkzeugmaschinenauswahl als auch die NC-Programmoptimierung besteht bislang darin, ein Probeteil auf den jeweiligen Maschinen zu fertigen. Dieses Werkstück wird anschließend visu- eil beurteilt. Eine exakte Vermessung der Probeteile ist sehr kosten- und zeitintensiv. Entspricht anschließend ein gefertigtes Probeteil am besten den geforderten Kriterien, so wird die Werkzeugmaschine, mit der dieses Probeteil gefertigt wur¬ de, für die Fertigungsaufgabe ausgewählt. Das gleiche gilt auch für den Entwurf von NC-Programmen . Ist die Qualität des Probeteils optimal, kann die NC-Programmierung an dem Teile¬ programm beendet werden. Für beide Anwendungen ist eine Anwesenheit des Programmierers bzw. des Produktionsplaners vor Ort an der Maschine erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl eine ver¬ besserte Simulation eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens einer Werkzeugmaschine oder einer Produktions¬ maschine zu ermöglichen, wie auch die Simulationsergebnisse besser zu nutzen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7. Die Unteransprüche 2 bis 6 betref- fen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Simulation eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen werden Daten über die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen von dieser zu einer Simulationseinrichtung mittels eines Intranets und/oder mittels eines Internets übertragen. Die Daten betreffen dabei insbesondere Zustands- daten und/oder Parameterdaten, welche z.B. bei der Inbetrieb- Setzung und/oder bei der Optimierung der Maschine verändert werden können. Dies sind z.B. Verstärkungsparameter, Todzeiten, Verzögerungsglieder, Parameter für Integrationsglieder einer Regelung und dergleichen. Daten können darüber hinaus beispielsweise auch Informationen über eine Performance, eine Regelgüte, eine Ausbaustufe der Maschine betreffen. Bei die¬ sen Daten handelt es sich um Daten, welche die Produktionsma¬ schine bzw. die Werkzeugmaschine betreffen, wobei unter die¬ sen Daten auch Daten von Einrichtungen zur Regelung und/oder Steuerung der Produktionsmaschine bzw. der Werkzeugmaschine verstanden werden. Die Daten sind insbesondere Parameterdaten und/oder Konfigurationsdaten und/oder Hardwaredaten und/oder Programmdaten, wie z.B. ein Teileprogramm, und/oder Performancedaten .
Die Daten der Werkzeug- oder Produktionsmaschinen werden von dieser über ein Netz zur Simulationseinrichtung übertragen. Dies bedeutet, dass beispielsweise eine Regelungseinrichtung und/oder eine Steuerungseinrichtung, welche zur Regelung und/oder Steuerung der Werkzeug- oder Produktionsmaschinen vorgesehen ist, die Daten an einen Server überträgt. Der Server ist über das Internet mit einem weiteren Server verbunden, wobei der weitere Server die Daten empfängt. Der weitere Server ist dann selbst die Simulationseinrichtung oder über- trägt die Daten an die mit dem weiteren Server datentechnisch verbundene Simulationseinrichtung .
Weist die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen eine Einrichtung zur Regelung und/oder Steuerung auf, so ist diese Ein- richtung zur Regelung und/oder Steuerung in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf einem gesonderten Rechner oder dem nachgeschalteten Rechner simulierbar bzw. emulierbar. Der Rechner ist die Simulationseinrichtung, wobei der Rechner und die Maschine in einem lokalen weltweit verteilten Netz daten- technisch miteinander verbunden sind. Eine Verbindungsaufnahme erfolgt beispielsweise durch den Rechner zur realen Ma¬ schine zum Upload der aktuellen Konfiguration der Maschine (Maschinendaten) . Auch Downloads sind durchführbar. Wird von der Simulationseinrichtung nicht die originale Einrichtung zur Regelung und/oder Steuerung verwendet, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung trotz der oft unterschiedlichen, maschinenbezogenen Steuerungshardware der Maschine mit einer einheitlichen Hardware aufgebaut werden. Bei diesem Verfahren wird vorteilhaft auf der Simulationseinrichtung ein virtueller NCK verwendet .
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Simulation auf der Simulationseinrichtung in Echtzeit durchgeführt. Hierdurch ist es möglich einem Anwender in einfacher Weise ein zeitlich korrektes Abbild eines Fertigungsprozesses zur Verfügung zu stellen .
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Konfigurationsdaten und/oder Zustandsdaten der Produktionsmaschine oder der Werkzeugmaschine zu einem mit der Produktionsmaschine bzw. der Werkzeugmaschine synchronisiert laufenden Simula¬ tionsmodell übertragen. Das Simulationsmodell wird auf der Simulationseinrichtung berechnet. Die Synchronisation betrifft dabei insbesondere eine gleiche verwendete Datengrund¬ lage und/oder eine zeitlich synchrone Simulation.
Bislang gingen beispielsweise Planungs- und Überwachungs- Systeme für eine Produktions- und/oder Fertigungsanlage von anderen Zuständen der Produktions- und/oder Fertigungseinrichtungen aus, als sie in der Realität wirklich eingetreten sind, da Änderungen nicht berücksichtigt wurden. Dies betraf z.B. die Konfiguration der Werkzeuge, den Ver- schleiß von Maschinenelementen etc. Als eine Konsequenz dessen, wurde bislang häufig erst unmittelbar vor oder auch während der Fertigung festgestellt, dass Betriebsmittel oder Werkzeuge ungeeignet sind oder fehlen, so dass Fertigungsauf¬ träge dann unter hohen Kosten umgeplant werden mussten. Durch die erfindungsgemäße Übertragung der Daten an die Simulati¬ onseinrichtung verbessert sich die Simulation und damit auch die, mit dieser verbundenen, Planungsverfahren. Hierzu trägt insbesondere die Übermittlung von Verschleißdaten an die Simulationseinrichtung bei.
Die Übertragung der Daten zur Simulationseinrichtung wird beispielsweise durch einen Bediener der Werkzeug- oder Pro¬ duktionsmaschine veranlasst oder in einer weiteren Ausgestal¬ tung der Erfindung automatisiert übermittelt. Die automati¬ sche Übertragung der Daten zur Simulationseinrichtung, erfolgt beispielsweise zumindest nach einer Änderung eines Da- tums aus der Menge der Daten, wobei zumindest dieses Datum zur Simulationseinrichtung übertragen wird. Es können also sowohl alle Daten übertragen werden, als auch nur die Daten vorteilhaft übertragen werden, welche sich seit der letzten Datenübertragung geändert haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dahingehend weiter¬ bildbar, dass bei:
• Werkzeugmaschinen mittels datentechnischer Modelle einer oder verschiedener Werkzeugmaschinen und einem datentechnischen Modell des Werkstücks die Probefertigung des Werkstücks auf einer oder mehreren Werkzeugmaschinen si- mulativ mittels der Simulationseinrichtung durchgeführt wird bzw. • Produktionsmaschinen mittels datentechnischer Modelle einer oder verschiedener Produktionsmaschinen und dem datentechnischen Modell eines Produktionsgutes die Pro¬ befertigung des Produktionsgutes auf einer oder mehreren Produktionsmaschinen simulativ mittels der Simulations- einrichtung durchgeführt wird.
Da bei diesem Verfahren ein System verwendet wird, welches beispielsweise einen Rechner als Simulationseinrichtung aufweist, wobei der Rechner mit der Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Werkzeugmaschine bzw. Produktions¬ maschine über das Intranet und/oder das Internet zum Zwecke des Datenaustausches verbunden ist, kann die Simulations¬ einrichtung für mehrere Maschinen an unterschiedlichen Stand- orten weltweit verwendet werden. Dies erhöht die Auslastung der Simulationseinrichtung und ermöglicht einen globalen vergleich von Maschinen. Hierfür ist es notwendig, dass die Simulationseinrichtung oder eine mit dieser verbundene Einrich- tung, welche damit Teil der Simulationseinrichtung ist, Daten mehrerer Werkzeug- oder Produktionsmaschinen speichert, wobei insbesondere Simulationsergebnisse zumindest zweier Werkzeug¬ oder Produktionsmaschinen miteinander automatisch verglichen werden und/oder über ein Human-Machine-Interface (HMI) ver- gleichbar sind.
Auf dem Rechner zur Simulation befindet sich beispielsweise ein Simulationssystem für die Werkzeugmaschine, welches sich aus Modellen für die Steuerung (für die Steuerungsemulation) , der Kinematik und dem Bearbeitungsprozess zusammensetzt und um weitere Modelle erweiterbar ist. Durch einen automatisierten Vergleich von Simulationsergebnissen ist ermittelbar, welche Produktionsmaschine bzw. welche Werkzeugmaschine die Anforderungen bezüglich Qualität, Quantität und/oder Wirt- schaftlichkeit einzeln oder in Kombination am besten erfüllt. Somit wird ein Verfahren bzw. ein System vorgeschlagen, bei welchem mittels der Simulationseinrichtung und/oder mittels einer Zusatzeinrichtung Simulationsergebnisse derart weiterverarbeitet werden, dass nach der Simulation zumindest zweier Werkzeug- oder Produktionsmaschinen eine Werkzeug- oder Pro¬ duktionsmaschine zur realen Nutzung vorgeschlagen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden auf der Simulationseinrichtung Daten über die Werkzeug- oder Pro- duktionsmaschinen für die Simulation geändert. Diese Daten betreffen beispielsweise Parameter einer Regelung oder auch Daten mit denen mögliche Ausbaustufen der Maschine simuliert werden können. Nach der Änderung zumindest eines Datums oder auch mehrerer Daten wird beispielsweise eine Simulation mit den geänderten Daten auf der Simulationseinrichtung durchgeführt. Nach der Änderung können geänderte Daten auch ohne weitere Simulation zur Werkzeugmaschine oder zur Produktions¬ maschine übertragen werden. Vorteilhaft ist es, wenn Simula- tionsergebnisse, welchen verschiedene Datensätze zugrunde liegen, gespeichert werden, so dass diese miteinander verglichen werden können. Nach dem Vergleich und insbesondere nach einer qualitativen automatischen Bewertung der Simulationser- gebnisse wird der qualitativ bessere Datensatz bzw. Maschine ausgewählt, wonach zumindest die Daten des ausgewählten Da¬ tensatzes an die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen übertra¬ gen werden, welche sich von diesen dort gespeicherten Daten unterscheiden. Es ist auch möglich den gesamten Datensatz zu übermitteln. Die übermittelten Daten werden insbesondere für eine Neuparametrierung einer Steuerung bzw. einer Regelung verwendet .
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich ein kon- sistentes Simulationsmodell einer Werkzeugmaschine oder einer Produktionsmaschine realisieren. Der Zustand der:
• Emulation der Steuerung und/oder Regelung,
• der Kinematiksimulation, • Antriebstechnik Simulation und/oder Bearbeitungsprozesssimulation
sind vorteilhaft zu jedem Zeitpunkt im gleichen Zustand wie die reale Werkzeugmaschine. Der Zeitpunkt betrifft dabei zu- mindest den Zeitpunkt der Simulation.
Das zu jedem Zeitpunkt mit der realen Werkzeugmaschine oder der realen Produktionsmaschine konsistente Simulationsmodell bietet die Möglichkeit, die Auswirkungen von Veränderungen an einem gesamten Fertigungssystem zu untersuchen. Die ermittelten Daten aus dem Modell können in die kurz- und langfristige Fertigungsplanung eingebracht werden und für die Optimierung des Fertigungsprozesses an der Werkzeugmaschine oder des ge¬ samtem Fertigungsprozesses in einem Fertigungssystem genutzt werden.
Simulationsergebnisse und/oder gespeicherte Daten der Werk¬ zeugmaschine oder der Produktionsmaschine werden in einer weiteren Variante für ein gesichertes Wiederanfahren und/oder Herunterfahren einer Produktionsmaschine bzw. einer Werkzeug¬ maschine verwendet.
Simulationsergebnisse und/oder gespeicherte Daten der Werk¬ zeugmaschine oder der Produktionsmaschine können auch in ei¬ nem CAM-System für die Fertigungsplanung verwendet werden. Dies betrifft insbesondere Daten welche eines oder mehrere Werkzeuge betreffen.
Des Weiteren hat die Erfindung den Vorteil, dass durch eine nunmehr mögliche kontinuierliche Dokumentation des Maschinen- zustandes eine genauere Planung von Wartungsarbeiten möglich ist. Diese Planung ist automatisierbar, wobei z.B. mit Hilfe einer Trendanalyse der vorhandenen Daten die Planung optimiert wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines oder mehrere, der obig beschriebenen Verfahrensschrit- te . Die Vorrichtung weist hierfür eine Simulationseinrichtung auf, welche sowohl zur Durchführung eines Simulationsschrit¬ tes wie auch insbesondere zur Durchführung eines Vergleichs¬ schrittes von Simulationsergebnissen vorgesehen ist.
Durch die Verbindung der Simulationseinrichtung mit der Maschine über ein Netz wie z.B. das Internet kann zumindest ei¬ ner der folgenden Punkte realisiert werden:
• Nutzung der aktuellen Konfiguration der Maschine zur In- betriebnahme einer Steuerungsemulation auf dem Rechner;
• Nutzung der Steuerungsemulation zur Durchführung der Simulation einer Bearbeitungsaufgabe unter Verwendung der Konfigurationsdaten der Maschine;
• Kopplung der Steuerungsemulation mit Modellen zur Simu- lation des Antriebs, der Mechanik (z.B. Kinematik), und/oder des Bearbeitungsprozesses (z.B. Materialab¬ trag) ; • Bewertung der Simulationsergebnisse im Kontext der Ma¬ schinenauswahl, z.B. bei Werkzeugmaschinen die Bestimmung der Bearbeitungszeit, der Oberflächengüte, der Ein¬ haltung sämtlicher Messpunkte, der Bearbeitungskosten und/oder Bearbeitungsqualität, mit Hilfe der Simulation der Bearbeitungsaufgabe auf der Simulationseinrichtung;
• Abgleich der Simulationsergebnisse mit den Modelldaten eines zu fertigenden Werkstücks im Kontext einer NC- Programmoptimierung. Dieses enthält z.B. neben einem ex- akten 3D-Modell sämtliche relevante Fertigungsdaten, welche zum Abgleichen zur Verfügung stehen;
• Automatisierte, mehrfache Wiederholung (z.B. durch einen Batchbetrieb) der Simulation für verschiedene Konfigura¬ tionen einer oder mehrerer Maschinen; • Zugriff auf Funktionen und Daten der Simulationseinrichtung über das Intranet und/oder Internet mit Hilfe eines Webportals oder eine Clientapplikation von weiteren Simulationseinrichtungen aus.
Ausführungsbeispiele und/oder weitere Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine erste Darstellung zur Erfindung und FIG 2 eine weitere Darstellung zur Erfindung.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt symbolisch eine Maschine 1. Die Maschine 1 ist beispielsweise eine Werkzeugmaschine, wel¬ che eine CNC (Computer-Numerical-Control) aufweist, oder auch eine Produktionsmaschine. In der Maschine 1 sind Daten 5 ge¬ speichert. Diese Daten 5 sind über ein Internet 2 mittels ei¬ nes Datentransfers 4 an eine Simulationseinrichtung 3 übertragbar, wobei die Daten beispielsweise Konfigurationsdaten, Verschleißdaten und/oder Traces betreffen. Die Simulations- einrichtung 3 ist beispielsweise auch ein System zur Fertigungsüberwachung bzw. Produktionsplanung. Die Simulationseinrichtung 3 ist insbesondere als eine Steuerungsemulation und/oder als Einrichtung zur Ausführung anderer Simulations- modeile (z.B. Simulation mit einer CNC-Emulation) vorgesehen, wobei in der Simulationseinrichtung 3 z.B. auch eine persistente Speicherung von Modell-Prozessdaten vorgenommen werden kann.
Auf der Simulationseinrichtung 3 sind mehrere unterschiedli¬ che Daten 5 von einer oder von mehreren nicht dargestellten Maschinen gespeichert. Auf der Simulationseinrichtung 3 werden die Daten 5 für eine Simulation 7 verwendet, wobei nach der Simulation 7 Simulationsergebnisse 8 zur Verfügung ste¬ hen. Die Simulationsergebnisse 8 zeigen wie sich das Maschi¬ nenverhalten einer Maschine bei unterschiedlichen Daten ändert bzw. wie sich mehrere Maschinen in ihrem Verhalten voneinander unterscheiden. Mittels der Simulationsergebnisse 8 ist auch ein Soll-Ist-Vergleich zwischen Simulation und Realität vorteilhaft durchführbar.
Die Simulationsergebnisse 8 werden in einem Vergleichsschritt 9 miteinander verglichen und/oder über das Internet 2 über- tragen. Durch den Vergleich entstehen Vergleichsergebnisse so, dass bestimmte Daten 6 präferierbar sind. Die präferier- ten Daten 6 werden anschließend wieder zur Maschine 1 übertragen. Diese Daten 6 betreffen insbesondere Korrekturdaten zur Umsetzung von Maßnahmen zur Verbesserung des Maschinen- Verhaltens. Die Korrekturen werden beispielsweise nach dem
Vergleich der Simulationsergebnisse automatisch vorgenommen, wobei auch eine erneute Simulation mit den korrigierten Daten möglich ist. Die Maschine 1 wird zum Abschluss des Verfahrens mit den präferierten Daten 6 betrieben. Mittels der Simulati- onsergebnisse 8 ist beispielsweise auch eine Trendanalyse möglich, wobei hieraus auch Maßnahmen bezüglich einer Änderung von Daten herleitbar sind.
Mittels eines erfindungsgemäßen Systems kann eine automati- sehe Adaption von Werkzeugmaschinensimulationsmodellen erfolgen. Das System weist die Simulationseinrichtung 3 auf, welche beispielsweise ein Rechner ist, der mit Steuerungen von Werkzeugmaschinen über das Intranet oder Internet zum Zwecke des Informationsaustauschs verbunden ist. Auf dem Rechner be¬ findet sich ein Simulationssystem für die Werkzeugmaschine. In die Modelle des Simulationssystems (z.B. für Steuerungs-, Antriebstechnik, Werkstück-, Werkzeug- und Werkzeugmaschine) werden kontinuierlich Daten 5 der realen Werkzeugmaschine 1 übertragen und dokumentiert. Das System ist entsprechend den Anforderungen um weitere Zustandsdaten und Modelle der Werkzeugmaschine erweiterbar.
Das System bzw. ein darauf basierendes Verfahren weist insbe¬ sondere zumindest eines der folgenden Merkmale auf:
• eine Verbindungsaufnahme der Simulationseinrichtung 3 zu einer realen Maschine 1 zum Übertragen der aktuellen Konfiguration (Maschinendaten) und von Zustandsdaten;
• aktuelle Konfigurationsdaten und Zustandsdaten werden dazu verwendet, das Simulationsmodell mit der Realität konsistent zu halten;
• die Konfigurationsdaten sind die Maschinendaten einer numerischen Steuerung (einschließlich Antriebs- und
Werkzeugdaten) ;
• die Zustandsdaten sind Prozessdaten (z.B. Achspositionen) sowie durch Verschleiß, Lebensdauer oder Standzeit beeinflusste Maschinen- oder Werkzeugeigenschaften; • das Simulationsmodell umfasst eine Emulation der Steue¬ rung, eine Simulation der Kinematik, der Antriebstechnik, und/oder des Bearbeitungsprozesses;
• eine Schnittstelle an der Simulationseinrichtung ermöglicht den Zugriff auf die Daten der Simulationseinrich- tung 3 über das Intranet oder Internet 2 von weiteren nicht dargestellten Simulationseinrichtungen aus.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt einen Server 11. Mit dem Server ist eine Programmierstation 12 datentechnisch verbun- den. Der Server 11 ist als Simulationseinrichtung ausgeführt, wobei Simulationsergebnisse zur Programmierstation 11 bei¬ spielsweise über das Internet 2 übertragen werden. Die Pro¬ grammierstation 12 ist in einer nicht dargestellten Ausfüh- rung in die Maschine 1 integriert. Diese Integration betrifft dabei entweder eine örtliche Integration oder auch eine funktionelle Integration. Auch bei einer funktionellen Integration ist die Programmierstation 12 als ein Teil der Maschine 1 zu betrachten. Von der Programmierstation 12 können über das Internet 2 Teileprogramme, Werkstückmodelle (CAD, 3D, ...), Produktionsanforderungen und/oder Qualitätsansprüche zur Simulationseinrichtung 11 mittels des Datentransfers 4 übertra¬ gen werden. Maschinendaten der Maschine 1 sind an die Simula- tionseinrichtung 11 übertragbar. Von der Simulationseinrichtung 11 kann ein neues Teileprogramm auf die Maschine 1 über das Internet 1 übertragen werden.
Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems wird die Wahl der Maschine nicht mehr allein basierend auf unscharfen Erfahrungswerten getroffen, sondern mit Hilfe einer nachprüfbaren Bewertung unterstützt. Damit können kostspielige Fehl¬ einschätzungen vermieden werden. Dies betrifft sowohl den Einsatz vorhandener Maschinen als auch den Erwerb neuer Ma- schinen.
Das System bzw. ein darauf basierendes Verfahren weist insbe¬ sondere zumindest eines der folgenden Merkmale bzw. einen entsprechenden Vorteil auf:
• Das System bietet einem Werkstückhersteller die Möglichkeit Maschinen in den Vergleich mit einzubeziehen, die ihm physikalisch (noch) nicht zur Verfügung stehen, denn Maschinenhersteller können über dieses System ihre Ma- schinen global anbieten;
• Die Simulation kann einerseits von demjenigen selbst betrieben werden, der das Werkstück fertigen will, so dass das Werkstückmodell nicht veröffentlicht werden muss und damit sein Know-how-Schutz gewahrt bleibt; • die Simulation kann zu einer vertrauenswürdigen Instanz verlagert werden, so dass der Know-how-Schutz sowohl für den Maschinenhersteller als auch für den Werkstückfertiger gewährleistest werden kann; • Das System kann einen Fertigungsplaner im Vorfeld bei der Maschinenwahl dienen oder z.B. dem NC-Programmierer bei der Teilprogrammgenerierung für eine aktuelle Maschinenkonfiguration unterstützen; • Der NC-Programmierer muss nicht mehr lokal vor Ort sein um das NC-Programm zu erstellen und testen, sondern kann über das Softwaresystem ortsunabhängig arbeiten;
• Der NC-Programmierer hat die Möglichkeit, seine NC- Programme lokal auf seinem PC zu simulieren oder als Si- mulationsauftrag an eine vertrauenswürdige Instanz (der Rechner) zu verlagern;
• Der NC-Programmierer kann mit diesem System sowohl für Maschinen des eigenen Unternehmens Programme entwerfen als auch für externe Maschinen, welche mit dem Rechner verbunden sind. Hier erschließt sich die Möglichkeit der globalen Auftragsarbeit.
• Der NC-Programmierer kann mit Hilfe dieses Systems Tei¬ leprogramme an die aktuelle Maschinenkonfiguration anpassen und somit eine Funktionsfähigkeit garantieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Simulation eines Steuerungs- und/oder Ma¬ schinenverhaltens von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Daten (5) über die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) von dieser zu einer Simulationseinrichtung (3) mittels eines Intranets (2) und/oder mittels eines Internets (2) übertragen werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Daten (5) automatisch zur Simu¬ lationseinrichtung (3) übertragen werden, wobei insbesondere zumindest nach der Änderung eines Datums aus der Menge der Daten (5) zumindest dieses Datum zur Simulationseinrichtung (3) übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass als Daten (5) Parameter- daten und/oder Konfigurationsdaten und/oder Hardwaredaten und/oder Programmdaten und/oder Performancedaten übertragen werden .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Simulationseinrich¬ tung (3) Daten (5) mehrerer Werkzeug- oder Produktionsmaschi¬ nen (1) speichert, wobei insbesondere Simulationsergebnisse
(8) zumindest zweier Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) miteinander automatisch verglichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Simulationseinrich¬ tung (3) und/oder eine Zusatzeinrichtung Simulationsergebnis¬ se (8) derart weiterverarbeitet, dass nach der Simulation zu- mindest zweier Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) eine Werkzeug- oder Produktionsmaschinen (1) zur Nutzung vorge¬ schlagen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der Simulationsein¬ richtung (3) Daten (5) über die Werkzeug- oder Produktionsma¬ schinen (1) für die Simulation geändert werden, wonach: • eine Simulation mit den geänderten Daten (5) durchgeführt wird und/oder • zumindest die geänderten Daten (5) zur Werkzeugmaschine oder zur Produktionsmaschine übertragen werden, wobei insbesondere die Simulationsergebnisse verschiedener Datensätze (5) gespeichert und miteinander verglichen werden, wonach ein Datensatz ausgewählt wird und zumindest die Daten (6) des ausgewählten Datensatzes an die Werkzeug- oder Pro¬ duktionsmaschinen (1) übertragen werden, welche sich von diesen dort gespeicherten Daten unterscheiden.
7. Vorrichtung zur Durchführung zumindest eines Teils des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung eine Si¬ mulationseinrichtung (3) aufweist, welche insbesondere sowohl zur Durchführung eines Simulationsschrittes wie auch zur
Durchführung eines Vergleichsschrittes von Simulationsergeb¬ nissen vorgesehen ist.
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