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<H1>www.aud24.net : G. U. Spohr: "Simulieren statt probieren"</H1>
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<TD CLASS=detailBildunterschrift>Dr. Gerd-Ulrich Spohr</TD>
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Die computergestütze Planung, Konstruktion und Simulation von Maschinen, Komponenten bis hin zu ganzen Produktionsanlagen wird oft als „Virtual Engineering“ bezeichnet und erlangt einen immer höheren Stellenwert bei großen Investitionsentscheidungen. Wie aber funktioniert eigentlich „Virtual Engineering“? Die Grundlage bilden 3-D Zeichen- und Konstruktionsprogramme, mit denenMaschinenbauteile entworfen und gezeichnet werden.Aufgrund der objektorientierten Datenstruktur dieser Programme können einzelne Zeichenelemente wie Flächen, Quader oder Rotationskörper zu Objekten zusammengefasst werden, die dann ein einzelnes Bauelement darstellen, etwa eine Schraube, Welle oder Lagerschale. Komplexe Bauteile entstehen durch die Kombination einfacherer Bauteile wie in einem Baukasten, nur dass die Objekte in Form von Daten existieren. Diese Objekte lassen sich auf dem Bildschirm von allen Seiten betrachten, können mit beliebigen Ober- flächenstrukturen belegt werden und lassen sich gemeinsam oder relativ zueinander bewegen. Es wird somit ein elektronisches Modell des Bauteils oder der gesamten Maschine erzeugt, aus dem sich dann die eigentlichen Konstruktionszeichnungen unter verschiedensten Blickwinkeln und Detailierungsgraden ableiten lassen. Das so geschaffene Modell kann auch von anderen Programmen genutzt und erweitert werden. Da die einzelnen Objekte des Modells gegeneinander verschoben werden können, besteht die Möglichkeit, Bewegungen der Maschine durch entsprechende Datenvorgaben zu simulieren. Durch die Formulierung von Randbedingungen, sozusagen virtueller Endlagenschalter, kann das Modell auf die in der Praxis relevanten Bewegungsabläufe und Freiheitsgrade begrenzt werden. Werden noch virtuelle Aktoren, also Datenvariablen, deren Wert die relative Position und somit die Bewegung eines Objektes bestimmen, hinzugefügt, so erhält man ein virtuelles Modell einer Maschine oder Apparatur, bei der alle Bewegungen dynamisch auf dem Bildschirm nachvollzogen werden können. Verbindet man die virtuellen Sensoren und Aktoren eines solchen Modells mit den Ein- und Ausgängen einer programmierbaren Steuerung, lässt sich bereits bei der Entwicklung des Steuerungsprogramms die jeweilige Auswirkung am Modell beobachten und so die spätere Inbetriebnahmezeit an der realen Maschine drastisch verkürzen. Diese Form der virtuellen Inbetriebnahme erfreut sich daher in der Praxis steigender Beliebtheit. Bei der nächsten Stufe der Simulation werden auch die dynamischen Eigenschaften der virtuellen Maschine berücksichtigt. Hierzu erstellt man komplexe mathematische Modelle der einzelnen Maschinenkomponenten und kombiniert sie zu einem dynamischen Gesamtmodell. Aufgrund des hohen Komplexitätsgrades handelt es sich hier um die „hohe Kunst“ der Maschinensimulation. Da eine Produktionsanlage aus einer ganzen Reihe von Maschinen und Apparaten besteht, kann auf der Basis der Konstruktionsdaten der einzelnen Komponenten auch ein Modell der Gesamtanlage erstellt werden. Je nach Detaillierungsgrad sind hier Simulationen einzelner Abläufe bis hin zum Probebetrieb einer virtuellen Anlage möglich. So können schon vor Baubeginn Schwachstellen erkannt und potenzielle „Bottle- Necks“ beseitigt werden. Die mit „Virtual Engineering“ erreichbaren Vorteile liegen auf der Hand. Durch den Rückgriff auf bereits realisierte Komponenten, die in der Regel in Form von Teile-Bibliotheken vorgehalten werden, und deren Kombination mit neu entworfenen Bauteilen können schneller neue Lösungen erarbeitet und deren Funktionsfähigkeit überprüft werden. Neben einer erheblichen Zeitersparnis werden mögliche Planungs- und Konstruktionsfehler bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt und ohne Material- und Fertigungsaufwand erkannt und beseitigt, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt. Für die Umsetzung sind der reibungslose Datenaustausch und das Zusammenwirken unterschiedlicher Softwarepakete zwingende Voraussetzungen. Hier liegt noch Verbesserungspotenzial. Die Nutzung dieser Werkzeuge gehört in einigen Branchen bereits zum Stand der Technik und wird mehr und mehr selbstverständlicher Bestandteil einer modernen Fabrik- und Anlagenplanung sein. <a href="http://www.aud24.net/media/automation-drives/audk2005-2006/ad6a0300.pdf" target="_blank">Vollbeitrag als PDF</a></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 14:05 Uhr aktualisiert</I></P>
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