Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen für ... · ERA Bündnis für Arbeit bei TWN...

MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner 27.06.2017

TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG

Modellbasierte Entwicklung von

Regelungsalgorithmen für Abkantpressen

Martin Bruckner

Pasching, 27.06.2017

Leitung Sensorik und Regelungstechnik


Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen

2

Vorstellung TRUMPF Maschinen Austria GmbH & Co. KG.

Einsatz von MATLAB/Simulink in der Entwicklung bei TRUMPF Österreich

Workflow bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen

Modulare Entwicklung in MATLAB/Simulink: Gründe/Herausforderungen

Entwicklung mit MATLAB/Simulink am Beispiel der TruBend5000

I4.0: Predictive Analytics bei TRUMPF

Inhalt

MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner 27.06.2017 3

TRUMPF ist…

… ein Familienunternehmen

…Innovationsführer

…Technologieführer

… international aufgestellt

seit 1923

in zwei Geschäftsbereichen

71 Tochtergesellschaften ständige Veränderung

NPI

3D

-CAD

Global

Service

FMEA

KIS

SAP

R/3

TruServices

FEM

smarT

TPM

Kenn-zahlen

Synchrone

Produktion

Virtual Reality

VR

InfoTec

ForsaT

Tru-Name

QFD

TRIZ

Modularisieru

ngIntegrierteProdukt-

entwicklungPO Re-

organisation

Produktions-

einheiten Qualitäts-

standard

SYNCHRO

4Purchasing

Excellence

Standard

Projektmgmt

Produktakte

Sales

Excellence

Innovations-

mgmt

Büro

SYNCHRO

Nutzenorientiertes Pricing

CRM

Messe-

konzept

Produkt-

mgmt.

Lieferantenmanagement

Entwicklungs-

PMStandort

Entw.konzepte

AusbildungSYNCHRO-

SpezisTechnologie

Teams

OE

LT

50:50

SYNCHRO plus

Kata

Baureihe

Lieferanten-portal

Produktpfleg

e teams

Plattform-entwicklunm

Multiprojekt-management

Rendite-programm R10

xPert

Easy WM

PurchasingExcellence

Zentral-

bereicheTalent-

programm

ERABündnis für

Arbeit bei

TWN

KVP

3. Bündnis

für Arbeit

Qualifizierung Mitarbeiter

FK-

Beurteilung

Arbeitszeit-

regelung FK-

Trainings

Kunden-

orientierung

Mitarbeiter-

portalTOP

Internationa-ler Personal-austausch 2. Bündnis

für Arbeit

Gesundheits

politik

Familientage

Gruppen-

arbeit

Bündnis

für Arbeit

Potential-

analyse

Neues

Broschüren-

konzept

MIT

Standard Hierarchie-

ebenen

Bündnis für

Arbeit bei TE

Quali in

Kurzarbeit

MINT

Programm

Bündnis für

Arbeit 2016

Mitarbeiter-

befragungenZielvereinbaru

ng

Karriere-

bausteine

Experten-

ebenen

Führungs-

strukturen

TruMatic

7000

TCL

2510 TLC 6005

Schalt-

schrank

TC 1000 R

TruLaser Cell 7000

TC 3000 RTC 500R

TLC 5005

TrumabendV-Serie

TC 200R

TC 600L

TLC 1005

TC 2000R

Tube-

matic

TC 5000R

Qualifier

TLC

Cut 5

TC L

3050

TC 6000 L

TCL

6050

Bendmaster

TruLaser

5030

TruStore

1030/3030

TruLaser

2030

Tru Tops

Fab

TC 3000 L

TC L 3040

TRB

V-Serie

TruLaser

7040 ÜFTSC1

TruLaser

3030 NEU

TruBend

7000

TruLaser

Tube 7000

TruMatic

3000 Fiber

TruBend

Cell

TruPunch3000

TruLaser

5030 Fiber

TruLaser

1030

Turbo-

Laser

TruLaser

5040 Fiber

TCL 3030

Ultrakurz-

Puls-Laser

TruTops

Boost

BrightLine

fiber

1990 1995 2000 2005 2010

* Geschäftsbereich Werkzeugmaschinen

Menschen

Methoden

Produktion in

China

VSZ Italien

Produktion in

CZTG

Russland

2. Job Shop

in China

Produktionin Mexiko

Produktion in

Polen

TG Indien

TG

NL

RepOffice

Vietnam

Job Shop

Indonesien Produktion

Taiwan

1. Job Shop

CNJoint

Venture China

TG

Deutschland

TG

Korea TG

Singapur

Ausbau

USA VSZ

Tschechien

Med. Prod.

In China

Produktion

In Japan

ProduktionFaserlaser in

GB (SPI)

Erwerb JFY

Produktion

Japan neu

Produktion

Singapur Erwerb

Codatto

TG Ungarn

Erwerb

IMM

Märkte

Maschinen*


Unternehmenskennzahlen

4

Auf einen Blick

Geschäftsjahr 2015/16

Umsatz (in Mio. €) 2.808,5

Ergebnis vor Steuern (in Mio. €) 303,1

Umsatzrendite vor Steuern (in %) 10,8

Investitionen (in Mio. €) 137,6

F+E Aufwendungen (in Mio. €) 296,2

Mitarbeiter (Anzahl zum 30.06.2016) 11.181


Entwicklung von TRUMPF Maschinen Austria

199120002008

2014

Geschäftsjahr 2015/16

230 Mio.€ Umsatz

550 Mitarbeiter


Kompetenzzentrum Biegetechnologie

TruBend Cell 7000TruBend Cell 5000 Biegewerkzeuge

TruBend 5000 TruBend 7000TruBend 3000


Kompetenzzentrum Biegetechnologie

TruBend Center Serie 5000 TruBend Center Serie 7000


Produkte aus Blech

Lohnfertiger

Beispiel: Münzsortierer

Maschinen- und Anlagenbau

Beispiel: Druckmaschine

Gehäuse- und Apparatebau

Beispiel: Kaffeemaschine

Schaltschrankbau

Beispiel: Schaltschrank

Landmaschinenbau

Beispiel: Konsole

Fassadenbau

Beispiel: TRUMPF Empfang


Einsatz von MATLAB/Simulink in der Entwicklung

9

Systemmodellierung- und Simulation

Identifikation von dynamischen Systemen

Reglerentwurf

„Rapid Prototyping“ von Reglern durch Verwendung der automatischen

Codegenerierung

Simulation von Systemmodellen auf der Zielhardware mittels automatischer

Codegenerierung

Datenanalyse – Predictive Analytics

Anwendungsgebiete


Workflow TRUMPF bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen

Physikalische Modelle der

einzelnen Komponenten Dynamisches Gesamtmodell

Simulationsmodell Automation Studio


PLC

Einbettung der Regelung in ein bestehendes Steuerungssystem

11


Plant XY

Component XY

State-Machine

Controller Observer

Plant A

Component A

Traj.Gen.

HMI


Modulare Entwicklung in MATLAB/Simulink

12

Reduktion TimeToMarket:

Entwicklungsbeschleunigung da auf „fertige“ Komponenten zurückgegriffen werden

kann

Kooperative Bearbeitung möglich

„Investitionsschutz“ – Funktionalität muss nur einmal entwickelt werden

Qualitätssicherung durch automatisierte Tests

Ziele

Modul

Modul

ModulModul

Modul

Modul

Modul

Modul

ModulModul

ModulModul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

Modul

ModulModul

ModulModul

Modul

Modul

Modul


Modulare Entwicklung in MATLAB/Simulink

13

Kooperatives Arbeiten im Team

System in Komponenten aufteilen

Nachvollziehbarkeit von Änderungen

Wiederverwendbarkeit von Komponenten

Automatisierte Qualitätssicherung getestete Komponenten

Verwaltung der Komponenten

Zentral über subversion (SVN)

Austauschbarkeit von Komponenten

Einfaches Aktualisieren von Komponenten in bestehenden Simulationen

Transparenz der Komponenten (einfacher Zugriff auf interne Daten)

Einheitliche Schnittstellen der Komponenten

Einheitliche Dokumentation der Komponenten

Notwendigkeit von Richtlinien und Konventionen



14

Erstellung von Komponenten-Bibliotheken

Mechanik, Hydraulik, Regelung,…

Komponente wird in einer eigenen Bibliothek gespeichert

Komponente getestet Regressionen verhindern

Die Aufteilung in mehrere Dateien ermöglicht den Entwicklern parallel zu arbeiten

Wir verwenden Busobjekte, um mit dem hierarchischen Simulationsaufbau einfach

arbeiten zu können

Die Parametrierung erfolgt über Strukturen die Parameter sind für die Simulation

optimiert

Ziel ist die Verwendung der Maschinenparameter-Datenbank (gleiche Parameter an

der Maschine und im Simulationsmodell)

Versionierung über SVN: abspeichern der Simulink-Dateien im .mdl Format

Modulare Entwicklung in MATLAB/Simulink - Strategie



Eilab: 220 mm/s

Umschaltvorgang Ventile

Pressgang: 10-25 mm/s

Umschaltvorgang

Dekompression: 10 mm/s

Umschaltvorgang

Eilauf: 220 mm/s

Biegeprozess Positionsverlauf

MP

KP

UT

DP

OT

tUT

Zeit

Position

Eilab

Pressgang

Dekompression

Eilauf

Umschaltvorgang

Umschaltvorgang

Umschaltvorgang



16

Auf Basis des Hydraulikplans, unter Berücksichtigung der Datenblätter (Ventile,

Pumpe, …), wird das dynamische System (Differentialgleichungen) und die

Ablaufsteuerung der Presse erstellt

Auf Basis des Simulationsmodells in MATLAB/Simulink wird ein Regler zur

Inbetriebnahme für den Eil- und Pressgang erstellt

Vorgehensweise



Simulationsmodell in MATLAB/Simulink

Sicherheits-

Steuerung

Modell der

hydraulischen

Abkantpresse

Regler

enable

valvesDesired

valvesDesired

nSet

pressures

positions

velocities

valvesPosition

pressures

positions

velocities

valvesPosition

enable

nSet

valvesDesired

valvesSecure



Komponentenmodell der hydraulischen Abkantpresse



Hydraulikantrieb

valvesDesired

nSet

positions

velocities Fhyd

pressures

nAct

valvesAct



Mechanische Teilsysteme

Fhyd

position

velocity

Fhyd

Fpr

ePr

ePr

y

gamma

y

yp

gamma

gammap

yL

yLp

yR

yRp

Pressbalkenmodell Ständerauffederung



Blechmodell

y

yp

gamma

gammap

Fpr

eFpr

alpha

alphap



Simulation – Vergleich mit Messdaten der Maschine



23






Ziel ist es in Zukunft vom Lieferanten getestete Simulationsmodelle für die

Komponenten in MATLAB/Simulink zu erhalten

Der Regler kann über die Simulink-Toolbox ASTarget4Simulink von B&R in das

Automation Studio übernommen und als Funktionsblock in der Steuerung verwendet

werden

Vorgehensweise



Codegenerierung für B&R Automation Studio



25






Ziel ist es in Zukunft vom Lieferanten getestete Simulationsmodelle für die

Komponenten in MATLAB/Simulink zu erhalten

Der Regler kann über die Simulink-Toolbox ASTarget4Simulink von B&R in das

Automation Studio übernommen und als Funktionsblock in der Steuerung verwendet

werden

Messdaten zur Abstimmung des Simulationsmodells generieren

Auslegung des finalen Reglers

Vorgehensweise


Performance Cockpit:

Volle Transparenz über

die Produktivität der

Maschinen, Kennzahlen

zur Identifikation von

Optimierungspotenzial.

Condition Guide:

Maschinenzustand immer

im Blick, Diagramme zur

Abschätzung von

Handlungsbedarf.

Vorbeugende Wartung,

Erhöhung der Maschinen-

Verfügbarkeit.

26

Industrie 4.0 Aktivitäten bei TRUMPF

Aktuelle Beispiele: Performance Cockpit und Condition Guide


Predictive Analytics

Fehleranalyse, Fehlerdiagnose, Fehlervorhersage


1. Bei der Entwicklung von Regelungsalgorithmen für unsere Pressen nutzen wir

MATLAB/Simulink: „Rapid Controller Prototyping“

a. Aufbau Systemverständnis

b. Schnelle Umsetzung neuer Regelungsalgorithmen

c. Verringerung der Maschinenzeiten

d. Verringerung der Entwicklungszeiten

2. Der gezeigte Ablauf wird durch die Anbindung von Automation Studio an

MATLAB/Simulink unterstützt

Codegenerierung hilft uns simulierte Prototypen einfach und schnell auf realen

Maschinen zu testen

3. Das Simulationsmodell inklusive Regler ist die Basis für Untersuchungen im Bereich

Predictive Maintenance

a. Fehlerunterstellungen (Ventilfehler, Sensorfehler,…)

b. Untersuchung von Methoden zur Fehlerdetektion


Zusammenfassung

MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner 27.06.2017MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG, Martin Bruckner

TRUMPF Maschinen Austria GmbH + Co. KG

Martin Bruckner, Leitung Sensorik und Regelungstechnik

Pasching, 27.06.2017

VIELEN DANK FÜR IHRE

AUFMERKSAMKEIT

Date post:	07-Aug-2019
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Modellbasierte Entwicklung von Regelungsalgorithmen für ... · ERA Bündnis für Arbeit bei TWN...

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