WO2009030242A1 - System und verfahren zur erzeugung eines verhaltensmodells zur simulation eines automatisierungssystems - Google Patents

System und verfahren zur erzeugung eines verhaltensmodells zur simulation eines automatisierungssystems Download PDF

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WO2009030242A1
WO2009030242A1 PCT/EP2007/007511 EP2007007511W WO2009030242A1 WO 2009030242 A1 WO2009030242 A1 WO 2009030242A1 EP 2007007511 W EP2007007511 W EP 2007007511W WO 2009030242 A1 WO2009030242 A1 WO 2009030242A1
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WO
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workpiece
automation system
area
workpieces
cad drawing
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Application number
PCT/EP2007/007511
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Nicolai Plewinski
Thilo Stolper
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
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    • G05B19/41885Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
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    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for generating a behavioral model for simulating an automation system.
  • a system is used in particular in the planning and configuration of systems for manufacturing and / or process automation.
  • control software required to control the components of these systems also has considerable complexity. For a smooth commissioning of an automation system, it is therefore desirable that the control software can be tested before commissioning an automation system. For this purpose, simulations of the automation system are being carried out in advance.
  • Such simulations can already be carried out if the components of the automation system implemented in hardware do not yet exist.
  • a computer is used to simulate the behavior of the system components.
  • the aim of this simulation is to assign the control program to be simulated with sensible input signals, which are generated as a function of the output signals generated by the control program.
  • a programmable logic controller For a programmable logic controller (PLC) generally used in automation systems, the environment is only visible in the form of input signals that are answered in response to the implemented control code with corresponding output signals.
  • the control program receives its input values from sensors and supplies the output signals to actuators of the automation system. In a simulation, this behavior of the sensor Ren and actuators are modeled by a suitable behavioral model.
  • the invention is therefore based on the object of making it easier for a user to create a behavioral model suitable for the simulation of an automation system, with the aim of achieving the highest possible accuracy of the simulation results achievable with the behavioral model.
  • This object is achieved by a system for generating a behavioral model for simulating an automation system
  • a CAD application for creating a CAD drawing of the automation system, first means for defining an interaction area for at least one component of the automation system based on the CAD drawing, wherein the interaction area determines the geometric limits, within which the associated component is sensory or actuators effective, second means for defining at least one workpiece source area in the CAD drawing, within which a generation of new workpieces to be machined by the automation system is to be simulated, third means for defining the dimensions of the new workpieces,
  • the object is achieved by a method for generating a behavioral model for simulating an automation system with the following method steps:
  • interaction area for at least one component of the automation system on the basis of the CAD drawing, whereby the interaction area defines the geometric limits within which the associated component is sensory or actoric, defining at least one workpiece source area in the CAD drawing, within which a new one arises from the automation system machining workpieces should be simulated,
  • Definition of the dimensions of the new workpieces definition of at least one workpiece sink area in the CAD drawing within which a removal of the workpieces is to be simulated,
  • the system according to the invention makes it possible, in contrast to systems known from the prior art for the generation of behavioral models, not only to make sensor signals dependent to generate predefined time intervals, but rather to take account of events attributable, for example, to the material flow in the automation system as the cause of a sensor signal.
  • the invention achieves the highest possible data consistency, since the CAD data generated during the design of the automation system are also used for the creation of the behavioral model.
  • the interaction area in which a component of the automation system is sensory or actuatory is defined directly in a CAD drawing of the automation system.
  • the interaction area specifies the geometric limits within which the actor can act.
  • the interaction area thus describes the geometric dimensions in which the actuator can, for example, access a workpiece in order to change its position or orientation or to modify the shape of the workpiece by means of assembly processes or material-processing processes.
  • the interaction area describes the volume detected by the sensor. As soon as a workpiece enters this said interaction area, the sensor can generate a corresponding input signal for the control program to be tested.
  • the interaction area can be defined directly in the CAD drawing of the automation system. This is very advantageous since the CAD drawing describes the dimensions of the automation system and therefore provides a suitable basis for defining such limits.
  • the material flow within the plant is simulated by the fact that workpiece sources can be defined, which simulate the production of new workpieces, and workpiece sinks, at which the newly created workpieces can finally be removed from the automation system again.
  • the system also provides the user with the option of defining the dimensions of the workpieces generated by the workpiece sources. For behavioral simulation, these dimensions must be known, since it can be determined on the basis of the dimensions and the geometric dimensions of the interaction area whether or when a workpiece is located in the interaction area of a sensor or actuator.
  • a program code associated with the sensor or actuator is started, which simulates the corresponding functionality of the component.
  • input and output signals can be emulated event-controlled within the behavioral simulation.
  • Complex automation systems can therefore be simulated much more easily and also more accurately with such a system than is possible with conventional behavior simulations in which sensor and actuator signals are simulated only time-dependent.
  • a high consistency between the CAD data used in the planning and the data used for the simulation is achieved in an advantageous embodiment of the invention in that the third means for extracting the dimensions from further CAD drawing of the workpieces, in particular defined in the other CAD drawings Hüllboxen the workpieces are formed.
  • the third means for automatic definition of the dimensions of the new workpieces are formed as a function of dimensions of the workpiece source area defined in the CAD drawing of the automation system.
  • the dimensions of the new workpieces that are generated by a workpiece source are automatically defined by the user setting the geometrical dimensions of the workpiece source area within the CAD drawing of the automation system.
  • the dimensions can correspond exactly to the user-defined dimensions of said workpiece source area.
  • the system has sixth means for simulating an actuator which changes the shape of a workpiece by a combination of a workpiece sink area and a workpiece source area.
  • an actuator which performs a cutting process on a workpiece can be reproduced by first removing a blank into a workpiece sink area and finally producing the result of the machining process in a workpiece source area following the depression area.
  • the system has a library for storing submodels of the automation system, which each simulate the interaction of some of the components of the automation system, wherein the system has seventh means for creating the behavioral model by interconnecting the submodels.
  • the system has seventh means for creating the behavioral model by interconnecting the submodels.
  • the interfaces of these individual submodels are in turn formed by workpiece sinks or workpiece sources.
  • the seventh means for interconnecting the submodels are configured via interfaces designed as a workpiece source or as a workpiece sink.
  • system comprises eighth means for assigning each resource object to components of the automation system and to workpieces to be processed by the automation system, wherein each resource object has an associated component or component
  • the associated workpiece can be assigned as an actuator, sensor or workpiece characterizing parameter.
  • the system has ninth means for assigning a parameter to each resource object associated with a workpiece, the parameter identifying a workpiece source and / or a workpiece sink for said workpiece.
  • the system has ninth means for assigning a parameter to each resource object associated with a workpiece, the parameter identifying a workpiece source and / or a workpiece sink for said workpiece.
  • the system has tenth means for assigning a parameter to each of a workpiece source and each workpiece sink associated resource object, the parameter the respective workpiece sources or workpiece sinks each at least one workpiece assigns.
  • the system is designed as an engineering system. Such an engineering system makes it possible to use the CAD data generated in an early planning phase also during the simulation of the planned automation system and thus to enable the highest possible data consistency in the planning phase.
  • the figure shows a CAD drawing 1 of an automation system, which is imported into an engineering system to generate a behavioral model for a simulation of the automation system. Since it is only intended to explain the principle of the application at this point, a very simple automation system is shown here, which merely consists of a conveyor belt 8, on which workpieces 5 are transported, which are detected by a sensor 6 and by an actuator 7 are processed in any way. The geometry of the conveyor belt 8, the sensor 6 and the actuator 7 has already been defined in advance in a CAD application. Subsequently, the CAD data was imported into an engineering system.
  • interaction areas 2, 3, 4 for the sensors 6 and actuators 7 of the automation system can now be defined. This results in a first interaction area 3, which determines the effective range of the conveyor belt 8. It describes the geometric limits in which the conveyor belt 8 driven by a motor, not shown here, effects a translatory movement of workpieces 5 which are located in the effective area 3.
  • the workpieces 5 are produced in a workpiece source area likewise not shown here.
  • the user also places this workpiece source area within the Engineering system imported CAD drawing 1. If a model of a workpiece 5 is now located in the effective region 3 of the conveyor belt 8, its movement from left to right is simulated with the speed of the conveyor belt 8.
  • a detection range 2 of the sensor 6 is defined. This detection area 2 in turn determines the geometric limits within which the sensor 6 can detect the presence of workpieces 5. As soon as the workpiece 5 enters this detection area 2, the sensor 6 will emit a binary signal to a controller of the automation system. The transmission of this signal is thus initiated event-controlled.
  • a computer program code which simulates the behavior of the sensor 6 is started in the behavior simulation when an overlap of the geometrical dimensions of the workpiece 5 and the detection area 2 is detected.
  • the workpiece Upon further transport of the workpiece 5 on the conveyor belt 8, the workpiece finally enters the effective area 4 of the actuator 7.
  • This also defined in the imported CAD drawing 1 interaction area determines the geometric limits of the volume within which the actuator 7 can act on the workpiece 5 .
  • the computer program code simulating the behavior of the actuator 7 is executed event-controlled when a complete or partial overlap of the dimensions of the workpiece 5 with the effective range 4 of the actuator 7 is detected.
  • a behavioral model for a simulation system is thus created with which the behavior of the automation system or of the control program that controls the automation system is simulated. This creation occurs automatically without the user having to intervene.
  • the simulation system uses the geometric information from CAD drawing 1 to read in the interaction areas 2,3,4.
  • the simulation brings new workpieces 5 in the system.
  • the simulation automatically checks, based on the position of the workpiece 5, which interaction areas 2, 3, 4 are active and applies the actions defined in the form of a corresponding computer program code to the workpiece 5 or to the process image.
  • Such a simulation can not only change the position of the workpiece 5 as shown in the figure, but also modify internal states of the workpiece 5 such as weight, serial number, and the like. These internal states can in turn be read out by sensors.
  • the effective range 4 of the actuator 7 and physical laws can be simulated, which are the interaction of the actuator 7 with the workpiece 5 basis.
  • physical parameters such as inertia, torques, slip and accelerations or collisions with their impacts and movement restrictions for the workpieces 5 can be taken into account.
  • the physical variables required for this consideration can also be taken from the CAD drawing 1 of the automation system or the drive control, without the user having to carry out a complicated configuration for this purpose.
  • the effect of gravity within the simulation can be taken into account by defining an effective field encompassing the complete system, which imposes the force of gravity on the workpieces present in this active field.
  • the invention makes it possible to combine a control program with a system and material flow simulation. This makes it possible to verify the control sequence and the completeness of the sensors and actuators.
  • a very realistic behavioral model can be generated. This behavioral model goes beyond a simple motion simulation. In this way extreme simulations can also be simulated. such as a jam of workpieces in front of a processing station, a system behavior in case of failure or a failure of the sensors or actuators.
  • An elaborate modeling of the behavior in the form of algorithms can be dispensed with here. Rather, the plant designer can stay in his usual CAD-dominated environment and generate realistic behavioral models there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungssystems. Die Erstellung eines zur Simulation eines Automatisierungssystems geeigneten und hinreichend genauen Verhaltensmodells wird durch ein System erleichtert mit - einer CAD Anwendung zur Erstellung einer CAD Zeichnung (1) des Automatisierungssystems, ersten Mittel zur Definition eines Interaktionsbereiches (2, 3, 4) für mindestens eine Komponente des Automatisierungssystems anhand der CAD Zeichnung, wobei der Interaktionsbereich (2, 3, 4) die geometrischen Grenzen festlegt, innerhalb derer die zugehörige Komponente sensorisch oder aktorisch wirksam ist, zweiten Mitteln zur Definition mindestens eines Werkstückquellenbereiches in der CAD Zeichnung (1), innerhalb dessen ein Entstehen neuer vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücke (5) simuliert werden soll, dritten Mittel zur Definition der Abmaße der neuen Werkstücke (5), - vierten Mittel zur Definition mindestens eines Werkstücksenkenbereiches in der CAD Zeichnung (1), innerhalb dessen ein Entfernen der Werkstücke (5) simuliert werden soll, fünften Mittel zur Erzeugung des Verhaltensmodells des Automatisierungssystems durch Verknüpfung des Interaktionsbereiches (2, 3, 4) und der Abmaße der neuen Werkstücke (5) derart, dass bei der Simulation des Automatisierungssystems ein im Werkstückquellenbereich erzeugtes und im Werkstucksenkenbereich entferntes Werkstück bei einem Eintritt in den Interaktionsbereich (2, 3, 4) automatisch die Simulation der sensorischen oder aktorischen Wirkung der dem Interaktionsbereich (2, 3, 4) zugehörigen Komponente auslöst.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungssystems
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungssystems. Ein derartiges System kommt insbesondere bei der Planung und der Projektierung von Systemen für die Fertigungs- und/oder Prozessautomatisierung zum Einsatz.
Fertigungstechnische Anlagen sind heute sehr komplex und zu einem hohen Grad automatisiert. Die zur Steuerung der Komponenten dieser Anlagen benötigte Steuerungssoftware weist e- benfalls eine erhebliche Komplexität auf. Für eine reibungslose Inbetriebnahme eines automatisierungstechnischen Systems ist es daher wünschenswert, dass die Steuerungssoftware bereits vor der Inbetriebnahme eines Automatisierungssystems getestet werden kann. Für diesen Zweck werden verstärkt Simu- lationen der Automatisierungsanlage im Vorfeld durchgeführt.
Derartige Simulationen können bereits durchgeführt werden, wenn die in Hardware ausgeführten Komponenten des Automatisierungssystems noch gar nicht vorhanden sind. In diesem Fall wird ein Rechner eingesetzt, um das Verhalten der Anlagenkomponenten nachzubilden. Ziel dieser Nachbildung ist es, das zu simulierende Steuerungsprogramm mit sinnvollen Eingangssignalen zu belegen, die in Abhängigkeit der vom Steuerungsprogramm generierten Ausgangssignale erzeugt werden.
Für eine in Automatisierungssystemen in der Regel eingesetzte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist die Umwelt nur in Form von Eingangssignalen sichtbar, die in Abhängigkeit des implementierten Steuerungscodes mit entsprechenden Ausgangs- Signalen beantwortet werden. In einer realen Anlage erhält das Steuerungsprogramm seine Eingangswerte von Sensoren und liefert die Ausgangssignale an Aktoren des Automatisierungssystems. In einer Simulation muss dieses Verhalten der Senso- ren und Aktoren durch ein geeignetes Verhaltensmodell nachgebildet werden.
Ein geeignetes Verhaltensmodell zu erstellen ist nicht trivi- al, da neben dem Zeitverhalten der Sensoren und Aktoren des nachzubildenden Automatisierungssystems auch der Einfluss des Materialflusses innerhalb der Automatisierungsanlage auf die Sensor- und Aktorsignale berücksichtigt werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einem Benutzer die Erstellung eines zur Simulation eines Automatisierungssystems geeigneten Verhaltensmodells zu erleichtern, wobei eine möglichst hohe Genauigkeit der mit dem Verhaltensmodell erzielbaren Simulationsergebnisse angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungssystems gelöst mit
- einer CAD Anwendung zur Erstellung einer CAD Zeichnung des Automatisierungssystems, ersten Mittel zur Definition eines Interaktionsbereiches für mindestens eine Komponente des Automatisierungssystems anhand der CAD Zeichnung, wobei der Interaktionsbereich die geometrischen Grenzen festlegt, innerhalb derer die zugehörige Komponente sensorisch oder aktorisch wirksam ist, zweiten Mitteln zur Definition mindestens eines Werkstückquellenbereiches in der CAD Zeichnung, innerhalb dessen ein Entstehen neuer vom Automatisierungssystem zu bearbei- tenden Werkstücke simuliert werden soll, dritten Mittel zur Definition der Abmaße der neuen Werkstücke,
- vierten Mittel zur Definition mindestens eines Werkstücksenkenbereiches in der CAD Zeichnung, innerhalb dessen ein Entfernen der Werkstücke simuliert werden soll, fünften Mittel zur Erzeugung des Verhaltensmodells des Automatisierungssystems durch Verknüpfung des Interaktionsbereiches und der Abmaße der neuen Werkstücke derart, dass bei der Simulation des Automatisierungssystems ein im Werkstückquellenbereich erzeugtes und im Werkstücksenkenbereich entferntes Werkstück bei einem Eintritt in den Interaktionsbereich automatisch die Simulation der sensori- sehen oder aktorischen Wirkung der dem Interaktionsbereich zugehörigen Komponente auslöst.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungs- Systems gelöst mit folgenden Verfahrenschritten:
Erstellung einer CAD Zeichnung des Automatisierungssystems in einer CAD Anwendung,
Definition eines Interaktionsbereiches für mindestens eine Komponente des Automatisierungssystems anhand der CAD Zeichnung, wobei der Interaktionsbereich die geometrischen Grenzen festlegt, innerhalb derer die zugehörige Komponente sensorisch oder aktorisch wirksam ist, Definition mindestens eines Werkstückquellenbereiches in der CAD Zeichnung, innerhalb dessen ein Entstehen neuer vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücke simuliert werden soll,
Definition der Abmaße der neuen Werkstücke, Definition mindestens eines Werkstücksenkenbereiches in der CAD Zeichnung, innerhalb dessen ein Entfernen der Werkstücke simuliert werden soll,
Erzeugung des Verhaltensmodells des Automatisierungssystems durch Verknüpfung des Interaktionsbereiches und der Abmaße der neuen Werkstücke derart, dass bei der Simulation des Automatisierungssystems ein im Werkstückquellenbe- reich erzeugtes und im Werkstücksenkenbereich entferntes Werkstück bei einem Eintritt in den Interaktionsbereich automatisch die Simulation der sensorischen oder aktorischen Wirkung der dem Interaktionsbereich zugehörigen Komponente auslöst.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zur Erzeugung von Verhaltensmodellen, Sensorsignale nicht nur in Abhängig- keit vordefinierter Zeitintervalle zu generieren, sondern im Automatisierungssystem vorhandene beispielsweise auf den Ma- terialfluss zurückzuführende Ereignisse als Ursache für ein Sensorsignal zu berücksichtigen. Durch die Erfindung wird darüber hinaus eine höchstmögliche Datenkonsistenz erreicht, da die beim Entwurf des Automatisierungssystems erzeugten CAD Daten auch für die Erstellung des Verhaltensmodells verwendet werden.
So wird der Interaktionsbereich, in dem eine Komponente des Automatisierungssystems sensorisch oder aktorisch wirksam ist, direkt in einer CAD Zeichnung des Automatisierungssystems definiert. Für eine als Aktor ausgeführte Komponente gibt der Interaktionsbereich die geometrischen Grenzen an, innerhalb derer der Aktor wirken kann. Der Interaktionsbereich beschreibt also die geometrischen Abmaße, in denen der Aktor beispielsweise auf ein Werkstück zugreifen kann, um dessen Position oder Ausrichtung zu verändern oder die Gestalt des Werkstücks durch Montagevorgänge oder materialbear- beitende Prozesse zu modifizieren.
Ist hingegen die Komponente als Sensor ausgeführt, so beschreibt der Interaktionsbereich dass vom Sensor erfasste Volumen. Sobald ein Werkstück in diesen besagten Interaktions- bereich eintritt, kann der Sensor ein entsprechendes Eingangssignal für das zu testende Steuerungsprogramm generieren.
Der Interaktionsbereich kann direkt in der CAD Zeichnung des Automatisierungssystems definiert werden. Dies ist sehr vorteilhaft, da die CAD Zeichnung die Abmaße des Automatisierungssystems beschreibt und daher eine geeignete Grundlage zur Definition derartiger Grenzen darstellt.
Der Materialfluss innerhalb der Anlage wird dadurch simuliert, dass Werkstückquellen definiert werden können, die die Erzeugung neuer Werkstücke nachbilden, und Werkstücksenken, an denen die neu erzeugten Werkstücke schließlich wieder aus dem Automatisierungssystem entfernt werden können.
Das System stellt dem Anwender darüber hinaus die Möglichkeit zur Verfügung, die Abmaße der von den Werkstückquellen generierten Werkstücke zu definieren. Für die Verhaltenssimulation müssen diese Abmaße bekannt sein, da anhand der Abmaße und der geometrischen Ausmaße des Interaktionsbereiches festgestellt werden kann, ob bzw. wann sich ein Werkstück in dem Interaktionsbereich eines Sensors oder Aktors befindet.
Sobald sich die Abmaße des Werkstücks in dem Erfassungsbereich eines Sensors oder dem Wirkbereich eines Aktors befinden, wird ein dem Sensor bzw. Aktor zugehöriger Programmcode gestartet, der die entsprechende Funktionalität der Komponente nachbildet. Auf diese Art und Weise können Eingangs- bzw. Ausgangssignale ereignisgesteuert innerhalb der Verhaltenssimulation nachgebildet werden. Komplexe Automatisierungssysteme können daher mit einem derartigen System sehr viel einfa- eher und auch genauer nachgebildet werden, als dies mit herkömmlichen Verhaltenssimulationen gelingt, bei denen Sensor- und Aktorsignale lediglich zeitabhängig nachgebildet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen beschrieben und werden im Folgenden erörtert.
Eine hohe Konsistenz zwischen den bei der Planung verwendeten CAD Daten und der für die Simulation verwendeten Daten wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, dass die dritten Mittel zur Extraktion der Abmaße aus weiteren CAD Zeichnung der Werkstücke, insbesondere aus in den weiteren CAD Zeichnungen definierten Hüllboxen der Werkstücke ausgebildet sind. Bei einer derartigen Ausführungsform werden nicht nur die Interaktionsbereiche aus einer CAD Anwendung importiert sondern zusätzlich auch die geometrischen Abmaße der Werkstücke. Alternativ hierzu kennzeichnet sich eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass die dritten Mittel zur automatischen Definition der Abmaße der neuen Werkstücke in Abhängigkeit von in der CAD Zeichnung des Automati- sierungssystems definierten Abmaße des Werkstückquellenbereiches ausgebildet sind. Hierbei werden die Abmaße der neuen Werkstücke, die von einer Werkstückquelle generiert werden, automatische dadurch festgelegt, dass der Anwender innerhalb der CAD Zeichnung des Automatisierungssystems die geometri- sehen Abmaße des Werkstückquellenbereiches festlegt. Beispielsweise können die Abmaße exakt den vom Anwender definierten Abmessungen besagten Werkstückquellenbereiches entsprechen .
Die Verwendung von Werkstückquellen und Werkstücksenken innerhalb der Simulation macht die Nachbildung eines Aktors besonders einfach, der eine Veränderung der Werkstückgestalt vornimmt. Entsprechend weist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das System sechste Mittel zur Nachbildung eines die Gestalt eines Werkstücks verändernden Aktors durch eine Kombination aus einem Werkstücksenkenbereich und einem Werkstückquellenbereich auf. Beispielsweise kann ein Aktor, der an einem Werkstück einen spanenden Prozess vornimmt, dadurch nachgebildet werden, dass ein Rohling zunächst in einen Werk- stücksenkenbereich verschwindet und das Resultat des Zerspanungsprozesses schließlich in einem auf den Senkenbereich folgenden Werkstückquellenbereich entsteht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das System eine Bibliothek zum Speichern von Teilmodellen des Automatisierungssystems auf, die jeweils das Zusammenwirken einiger der Komponenten des Automatisierungssystems nachbilden, wobei das System siebte Mittel zur Erstellung des Verhaltensmodells durch Verschalten der Teilmodelle aufweist. Auf diese Art und Weise ist es möglich, beispielsweise schon in anderen Simulationen verwendete Verhaltensmodelle, die bereits Teile des zu simulierenden Automatisierungssystems nachbilden, zu einem Gesamtsimulationsmodell zu kombinieren. Die Schnittstellen dieser einzelnen Teilmodelle werden wiederum durch Werkstücksenken bzw. Werkstückquellen gebildet. Dies geschieht in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass die siebten Mittel zur Verschaltung der Teilmodelle über als Werkstückquelle oder als Werkstücksenke ausgebildete Schnittstellen eingerichtet sind.
Eine übersichtliche Datenhaltung zu den zu simulierenden Komponenten des Automatisierungssystems wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass das System achte Mittel zur Zuordnung jeweils eines Ressourcenobjektes zu Komponenten des Automatisierungssystems und zu vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücken umfasst, wobei jedem Ressourcenobjekt ein die zugehörige Komponente bzw. das zugehörige Werkstück als Aktor, Sensor oder Werkstück kennzeichnender Parameter zugeordnet werden kann.
Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in weiterer vorteilhafter Ausführung der Erfindung das System neunte Mittel zur Zuordnung eines Parameters zu jedem einem Werkstück zugeordneten Ressourcenobjekt aufweist, wobei der Parameter eine Werkstückquelle und/oder eine Werkstücksenke für das besagte Werkstück kennzeichnet. Auf diese Art und Weise kann ein Anwender des Systems festlegen, welche Werkstückquelle das einem Ressourcenobjekt zugeordnete Werkstück erzeugt bzw. in welcher Werkstücksenke besagtes Werkstück innerhalb des Automatisierungssystems entwendet werden soll.
Eine ähnliche Funktionalität kann in einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass das System zehnte Mittel zur Zuordnung eines Parameters zu jedem einer Werkstückquelle und zu jedem einer Werkstücksenke zugeordneten Ressourcenobjekt aufweist, wobei der Parameter den jeweiligen Werkstückquellen bzw. Werkstücksenken jeweils mindestens ein Werkstück zuordnet. In weiterer vorteilhafter Ausführung der Erfindung ist das System als Engineeringsystem ausgebildet. Ein derartiges Engineeringsystem ermöglicht es, die in einer frühen Planungsphase entstehenden CAD Daten auch während der Simulation des geplanten Automatisierungssystems zu verwenden und somit eine höchstmögliche Datenkonsistenz in der Planungsphase zu ermöglichen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dar- stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Die Figur zeigt eine CAD Zeichnung 1 eines Automatisierungssystems, die in ein Engineeringsystem importiert wird, um ein Verhaltensmodell für eine Simulation des Automatisierungssystems zu generieren. Da es an dieser Stelle nur um die Erläuterung des Prinzips der Anmeldung gehen soll, ist hier ein sehr einfaches Automatisierungssystem gezeigt, dass lediglich aus einem Förderband 8 besteht, auf dem Werkstücke 5 trans- portiert werden, die von einem Sensor 6 erfasst werden und von einem Aktor 7 in irgend einer Weise bearbeitet werden. Die Geometrie des Förderbandes 8, des Sensors 6 und des Aktors 7 wurde bereits in einer CAD Anwendung im Vorfeld definiert. Anschließend wurde die CAD Daten in ein Engineering- System importiert.
Innerhalb des Engineeringsystems können nun Interaktionsbereiche 2,3,4 für die Sensoren 6 und Aktoren 7 des Automatisierungssystems definiert werden. Es ergibt sich ein erster Interaktionsbereich 3, der den Wirkbereich des Förderbandes 8 festlegt. Er beschreibt die geometrischen Grenzen, in denen das von einem hier nicht dargestellten Motor angetriebene Förderband 8 eine translatorische Bewegung von Werkstücken 5 bewirkt, die sich in dem Wirkbereich 3 befinden.
Die Werkstücke 5 werden in einem hier ebenfalls nicht dargestellten Werkstückquellenbereich erzeugt. Auch diesen Werkstückquellenbereich legt der Anwender innerhalb der in das Engineeringsystem importierten CAD Zeichnung 1 fest. Befindet sich nun ein Modell eines Werkstücks 5 im Wirkbereich 3 des Förderbandes 8, so wird dessen Bewegung von links nach rechts mit der Geschwindigkeit des Förderbandes 8 simuliert.
Ebenfalls innerhalb der importierten CAD Zeichnung 1 wird ein Erfassungsbereich 2 des Sensors 6 definiert. Dieser Erfassungsbereich 2 legt wiederum die geometrischen Grenzen fest, innerhalb derer der Sensor 6 das Vorhandensein von Werkstü- cken 5 detektieren kann. Sobald also das Werkstück 5 in diesen Erfassungsbereich 2 eintritt, wird der Sensor 6 ein binäres Signal an eine Steuerung des Automatisierungssystems aussenden. Das Aussenden dieses Signals wird also ereignisgesteuert initiiert. Ein Computerprogrammcode, der das Verhal- ten des Sensors 6 simuliert, wird in der Verhaltenssimulation dann gestartet, wenn eine Überlappung der geometrischen Abmaße des Werkstücks 5 und des Erfassungsbereichs 2 detektiert wird.
Beim weiteren Transport des Werkstücks 5 auf dem Förderband 8 tritt das Werkstück schließlich in den Wirkbereich 4 des Aktors 7. Dieser ebenfalls in der importierten CAD Zeichnung 1 definierte Interaktionsbereich bestimmt die geometrischen Grenzen des Volumens, innerhalb dessen der Aktor 7 auf das Werkstück 5 einwirken kann. Auch hier wird der Computerpro- grammcode der das Verhalten des Aktors 7 simuliert, ereignisgesteuert ausgeführt, wenn eine vollständige oder teilweise Überlappung der Abmaße des Werkstücks 5 mit dem Wirkbereich 4 des Aktors 7 festgestellt wird.
Aus dem in der CAD Zeichnung 1 projektierten Wirk- bzw. Erfassungsbereichen und der mit ihnen verknüpften Verhaltensweisen wird also ein Verhaltensmodell für ein Simulationssystem erstellt, mit dem das Verhalten des Automatisierungssys- tems bzw. des Steuerungsprogramms, das das Automatisierungssystem steuert, simuliert wird. Diese Erstellung erfolgt automatisch, ohne dass der Benutzer eingreifen muss. Hierbei greift das Simulationssystem auf die geometrischen Informati- onen aus der CAD Zeichnung 1 zu, um die Interaktionsbereiche 2,3,4 einzulesen. An einer in der Figur nicht dargestellten Werkstückquelle bringt die Simulation neue Werkstücke 5 in die Anlage ein. Die Simulation überprüft automatisch anhand der Position des Werkstücks 5, welche Interaktionsbereiche 2,3,4 aktiv sind und wendet die in Form eines entsprechenden Computerprogrammcodes definierten Aktionen auf das Werkstück 5 bzw. auf das Prozessabbild an. Eine solche Simulation kann nicht nur wie in der Figur dargestellt die Position des Werk- Stücks 5 ändern, sondern auch interne Zustände des Werkstücks 5 wie beispielsweise Gewicht, Seriennummer und ähnliches modifizieren. Diese inneren Zustände können wiederum von Sensoren ausgelesen werden.
Innerhalb des Wirkbereiches 4 des Aktors 7 können auch physikalische Gesetzmäßigkeiten simuliert werden, die der Interaktion des Aktors 7 mit dem Werkstück 5 zugrunde liegen. Hierbei können physikalische Parameter wie Trägheit, Drehmomente, Schlupf und Beschleunigungen bzw. Kollisionen mit ihren Stö- ßen und Bewegungsseinschränkungen für die Werkstücke 5 berücksichtigt werden. Die für diese Berücksichtigung benötigten physikalischen Größen können ebenfalls der CAD Zeichnung 1 des Automatisierungssystems bzw. der Antriebssteuerung entnommen werden, ohne dass der Anwender hierzu eine aufwendige Projektierung durchführen muss. Beispielsweise kann die Wirkung der Gravitation innerhalb der Simulation dadurch berücksichtigt werden, dass ein die komplette Anlage umfassendes Wirkfeld definiert wird, dass den in diesem Wirkfeld vorhandenen Werkstücken die Erdanziehungskraft auferlegt.
Die Erfindung ermöglicht es, ein Steuerungsprogramm mit einer Anlagen- und Materialflusssimulation zu verknüpfen. Hierdurch lassen sich der Steuerungsablauf und die Vollständigkeit der Sensorik und Aktorik verifizieren. Mit relativ einfachen Mit- teln der vorgestellten Methodik kann ein sehr realistisches Verhaltensmodell generiert werden. Dieses Verhaltensmodell geht über eine einfache Bewegungssimulation hinaus. Auf diese Art und Weise können auch Extremsimulationen simuliert wer- den, wie z.B. ein Stau von Werkstücken vor einer Bearbeitungsstation, ein Anlagenverhalten im Fehlerfall oder ein Ausfall der Sensorik oder der Aktorik. Auf eine aufwendige Modellierung des Verhaltens in Form von Algorithmen kann hierbei verzichtet werden. Vielmehr kann der Anlagenplaner in seiner gewohnten CAD dominierten Umgebung bleiben und dort realistische Verhaltensmodelle generieren.
Hierbei ist eine Nachprogrammierung der Dimensionen und Plat- zierung realer Objekte nicht mehr erforderlich. Es findet auch keine spezifische Aufbereitung der CAD Daten für die Simulation statt. Das System nimmt automatisch die Daten der Objekte des Automatisierungssystems aus der CAD Anwendung. Auf diese Art und Weise werden alle Daten über die Anlage stets in einer einheitlichen Form und Version für alle Anwendungen verwendet. Dadurch ist die Konsistenz und die Synchronisierung der Daten über den gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet .

Claims

Patentansprüche
1. System zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simulation eines Automatisierungssystems mit - einer CAD Anwendung zur Erstellung einer CAD Zeichnung (1) des Automatisierungssystems,
- ersten Mittel zur Definition eines Interaktionsbereiches (2,3,4) für mindestens eine Komponente des Automatisie- rungssystems anhand der CAD Zeichnung, wobei der Interak- tionsbereich (2,3,4) die geometrischen Grenzen festlegt, innerhalb derer die zugehörige Komponente sensorisch oder aktorisch wirksam ist, zweiten Mitteln zur Definition mindestens eines Werkstückquellenbereiches in der CAD Zeichnung (1), innerhalb des- sen ein Entstehen neuer vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücke (5) simuliert werden soll, dritten Mittel zur Definition der Abmaße der neuen Werkstücke (5) , vierten Mittel zur Definition mindestens eines Werkstück- senkenbereiches in der CAD Zeichnung (1), innerhalb dessen ein Entfernen der Werkstücke (5) simuliert werden soll, fünften Mittel zur Erzeugung des Verhaltensmodells des Automatisierungssystems durch Verknüpfung des Interaktionsbereiches (2,3,4) und der Abmaße der neuen Werkstücke (5) derart, dass bei der Simulation des Automatisierungssystems ein im Werkstückquellenbereich erzeugtes und im Werkstücksenkenbereich entferntes Werkstück bei einem Eintritt in den Interaktionsbereich (2,3,4) automatisch die Simulation der sensorischen oder aktorischen Wirkung der dem In- teraktionsbereich (2,3,4) zugehörigen Komponente auslöst.
2. System nach Anspruch 1, wobei die dritten Mittel zur Extraktion der Abmaße aus weiteren CAD Zeichnungen der Werkstücke (5) , insbesondere aus in den weiteren CAD Zeichnungen definierten Hüllboxen der Werkstücke (5) , ausgebildet sind.
3. System nach Anspruch 1, wobei die dritten Mittel zur automatischen Definition der Abmaße der neuen Werkstücke (5) in Abhängigkeit von in der CAD Zeichnung (1) des Automatisierungssystems definierten Abmaße des Werkstückquellenbereiches ausgebildet sind.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System sechste Mittel zur Nachbildung eines die Gestalt eines Werkstücks (5) verändernden Aktors durch eine Kombination aus einem Werkstücksenkenbereich und einem Werk- stückquellenbereich aufweist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine Bibliothek zum Speichern von Teilmodellen des Automatisierungssystems aufweist, die jeweils das Zu- sammenwirken einiger der Komponenten des Automatisierungssystems nachbilden, und wobei das System siebte Mittel zur Erstellung des Verhaltensmodells durch Verschalten der Teilmodelle aufweist.
6. System nach Anspruch 5, wobei die siebten Mittel zur Verschaltung der Teilmodelle über als Werkstückquelle oder als Werkstücksenke ausgebildete Schnittstellen eingerichtet sind.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System achte Mittel zur Zuordnung jeweils eines Ressourcenobjektes zu Komponenten des Automatisierungssystems und zu vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücken (5) umfasst, wobei jedem Ressourcenobjekt ein die zuge- hörige Komponente bzw. das zugehörige Werkstück (5) als Aktor, Sensor oder Werkstück kennzeichnender Parameter zugeordnet werden kann.
8. System nach Anspruch 7, wobei das System neunte Mittel zur Zuordnung eines Parameters zu jedem einem Werkstück (5) zugeordneten Ressourcenobjekt aufweist, wobei der Parameter eine Werkstückquelle und/oder eine Werkstücksenke für das besagte Werkstück (5) kennzeichnet.
9. System nach Anspruch 7, wobei das System zehnte Mittel zur Zuordnung eines Parameters zu jedem einer Werkstückquelle und zu jedem einer Werkstücksenke zugeordneten Ressourcenobjekt aufweist, wobei der Parameter den jeweiligen Werkstückquellen bzw. Werkstücksenken jeweils mindestens ein Werkstück (5) zuordnet.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System als Engineeringsystem ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Erzeugung eines Verhaltensmodells zur Simu- lation eines Automatisierungssystems mit folgenden Verfahrenschritten:
- Erstellung einer CAD Zeichnung (1) des Automatisierungssystems in einer CAD Anwendung, Definition eines Interaktionsbereiches (2,3,4) für mindes- tens eine Komponente des Automatisierungssystems anhand der CAD Zeichnung, wobei der Interaktionsbereich (2,3,4) die geometrischen Grenzen festlegt, innerhalb derer die zugehörige Komponente sensorisch oder aktorisch wirksam ist, - Definition mindestens eines Werkstückquellenbereiches in der CAD Zeichnung (1) , innerhalb dessen ein Entstehen neuer vom Automatisierungssystem zu bearbeitenden Werkstücke (5) simuliert werden soll, Definition der Abmaße der neuen Werkstücke (5) , - Definition mindestens eines Werkstücksenkenbereiches in der CAD Zeichnung (1) , innerhalb dessen ein Entfernen der Werkstücke (5) simuliert werden soll,
Erzeugung des Verhaltensmodells des Automatisierungssystems durch Verknüpfung des Interaktionsbereiches (2,3,4) und der Abmaße der neuen Werkstücke (5) derart, dass bei der Simulation des Automatisierungssystems ein im Werkstückquellenbereich erzeugtes und im Werkstücksenkenbereich entferntes Werkstück bei einem Eintritt in den In- teraktionsbereich (2,3,4) automatisch die Simulation der sensorischen oder aktorischen Wirkung der dem Interaktionsbereich (2,3,4) zugehörigen Komponente auslöst.
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