Featurebasierte Integration von CAD/CAM-Systemen (Informatik-Fachberichte)

Im vorliegenden Buch wird die Konzeption und Realisierung eines rechnerintegrierten Produktionsplanungs- und -kontrollsystems f}r den Bereich der hochflexiblen automatisierten Einzel- und Kleinserienfertigung mechanischer Bauteile systematisch und schrittweise vorgetragen. Zun{chst wird anhand einer detaillierten Fallstudie die Integrationsproblematik im Fertigungsbereich aufgezeigt. Die zu integrierenden Basiskomponenten rechnergest}tzter Produktionssysteme (insbesondere CAD-, CAPP-, PPS-, CAM-Systeme) werden anschlie~end unter dem spezifischen Blickwinkel des Einsatzes in rechnerintegrierten Produktionsumgebungen analysiert. Auf dieser Grundlage wird ein allgemeing}ltiges Integrationskonzept f}r den CIM-Bereich entwickelt, das sich auf einem Modell der Teilfertigung in der Form abstrakter Bearbeitungsschritte abst}tzt. Im Konstruktionsbereich ist dieser Ansatz der R}ckf}hrung komplexer Aufgabenstellungen auf wenige generische Grundelemente unter dem Schlagwort "Form Features" bekannt. Der Kerngedanke des Featuremodells wird auf den Planungs-, Steuerungs- und Kontrollbereich der Teileproduktion erweitert. Die Realisierbarkeit des Ansatzes wird anhand konkreter Implementierungen von Bausteinen zur dynamischen Ressourcenbelegungsplanung aufgezeigt. Die Wechselwirkungen dieses neuartigen Integrationsansatzes mit bestehenden Ans{tzen und Teilsystemen in der rechnergest}tzten Teileproduktion werden abschlie~end diskutiert.

A Rechnerintegrierte Produktionssysteme ― eine anwendungsorientierte Einführung.- 1 Grundlagen.- 1.1 Problemstellung und Aufbau der Arbeit.- 1.2 Entwicklungsstufen rechnergestützter Produktionssysteme.- 1.3 Zielsetzungen der rechnerintegrierten Produktion.- 1.3.1 Externe Ziele.- 1.3.2 Interne Ziele.- 1.3.3 Beziehungen zwischen internen und externen Zielen.- 1.4 Funktionalbereiche rechnerintegrierter Produktionssysteme.- 1.4.1 Konstruktion.- 1.4.2 Arbeitsvorbereitung.- 1.4.3 Produktionsplanung und -Steuerung.- 1.4.4 Produktion.- 2 Rechnergestützte Teilefertigung: Eine Fallstudie.- 2.1 Kennzeichen der Fallstudie.- 2.2 Beschreibung des untersuchten Unternehmens.- 2.2.1 Hardwarestruktur.- 2.2.2 Softwarestruktur.- 2.2.2.1 Vertrieb.- 2.2.2.2 Produktionsplanung und -Steuerung.- 2.2.2.3 Konstruktion.- 2.2.2.4 Arbeitsvorbereitung.- 2.2.2.5 Werkstattsteuerung.- 2.2.2.6 DNC-Steuerung.- 2.3 Analyse der Fallstudie.- 2.3.1 Kontrollfluß.- 2.3.2 Datenfluß.- 2.4 Problemkreise und Aufgabenstellungen.- 3 Abgrenzung und Überblick.- B Basiskomponenten rechnergestützter Produktionssysteme.- 4 CAD-Systeme.- 4.1 Kennzeichen und Aufgaben.- 4.2 Geometrisches Modellieren und geometrische Datenmodelle.- 4.3 Nichteindeutige Modelle.- 4.3.1 Technische Zeichnung.- 4.3.2 Drahtmodell.- 4.4 Eindeutige Darstellungsschemata.- 4.4.1 Punktmengendarstellung und Octree’s.- 4.4.2 Zellzerlegung.- 4.4.3 Translation und Rotation von Formelementen.- 4.4.4 Begrenzungsflächendarstellung.- 4.4.5 Darstellung durch Standardvolumenelemente.- 4.4.6 Implizite Objektdarstellung durch parametrisierte Prototypen.- 4.5 Hybride und multiple Darstellungsschemata.- 4.6 Einsatz in rechnergestützten Produktionsumgebungen.- 4.6.1 Objektmodellierung.- 4.6.2 Objektrepräsentation.- 5 CAPP-Systeme.- 5.1 Kennzeichen und Aufgaben.- 5.2 Verfahren der rechnergestützten Arbeitsplanung.- 5.2.1 Arbeitsplan Verwaltung.- 5.2.2 Variantenplanung.- 5.2.3 Semi-generative Planung.- 5.2.4 Generative Planung.- 5.3 Funktionen der Arbeitsplanung.- 5.3.1 Identifikation der Bearbeitungsaufgabe.- 5.3.1.1 Codierungs- und Klassifikationsverfahren.- 5.3.1.2 Vorgangsorientierte Verfahren.- 5.3.1.3 Geometrieorientierte Verfahren.- 5.3.2 Planung der Bearbeitungsschritte.- 5.3.2.1 Repräsentation der physischen Herstellungsumgebung.- 5.3.2.2 Repräsentation des Herstellungswissens.- 5.3.2.3 Festlegung der Herstellungsparameter.- 5.3.3 Repräsentation der Planungsergebnisse.- 5.4 Einsatz in rechnergestützten Produktionsumgebungen.- 6 PPS-Systeme.- 6.1 Kennzeichen und Aufgaben.- 6.2 Funktionen der Produktionsplanung und -Steuerung.- 6.2.1 Produktionsplanung.- 6.2.1.1 Produktionsprogrammplanung.- 6.2.1.2 Mengenplanung.- 6.2.1.3 Termin- und Kapazitätsplanung.- 6.2.2 Produktionssteuerung.- 6.2.2.1 Auftragsveranlassung.- 6.2.2.2 Auftragsüberwachung.- 6.3 Konzepte der Produktionsplanung und -Steuerung.- 6.3.1 Sukzessivplanungskonzept.- 6.3.2 MRP II.- 6.3.3 Marktorientierte Planung.- 6.3.4 OPT.- 6.4 Einsatz in rechnergestützten Produktionsumgebungen.- 7 CAM-Systeme.- 7.1 Kennzeichen und Aufgaben.- 7.2 Komponenten rechnergestützter Fertigungssysteme.- 7.2.1 Technisches System.- 7.2.2 Steuerungs- und Kontrollsystem.- 7.3 Formen der Fertigungssteuerung.- 7.3.1 Prioritätsregelsteuerung und Leitstandsysteme.- 7.3.2 Fortschrittzahlenkonzept und Just-in-time-Steuerung.- 7.3.3 KANBAN-Steuerung.- 7.3.4 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe.- 7.4 Einsatz in rechnergestützten Produktionsumgebungen.- C Konzeption des flexiblen rechnerintegrierten Produktionskontrollsystems FIPS.- 8 Entwurfsgrundlagen.- 8.1 Zielsetzungen.- 8.1.1 Flexibilität.- 8.1.2 Durchgängigkeit und Redundanzfreiheit.- 8.1.3 Erweiterbarkeit.- 8.1.4 Automatisierung.- 8.1.5 Fehlertoleranz und Adaptivität.- 8.2 Anwendungsmodell.- 8.3 Modellbewertung anhand der Zielsetzungen.- 9 Architektur des Gesamtsystems.- 9.1 Übersicht.- 9.2 Ableiten von Arbeitsganginformation.- 9.2.1 Definition der Fertigteilgeometrie.- 9.2.2 Definition der Rohteilgeometrie.- 9.2.3 Restkörperberechnung.- 9.2.4 Restkörperzerlegung.- 9.2.4.1 Featureerkennung.- 9.2.4.2 Featureextraktion.- 9.2.4.3 Featurezerlegung.- 9.2.4.4 Featureorganisation.- 9.3 Identifikation zuordenbarer Fertigungsressourcen.- 9.3.1 Analyse des Featuregraphen.- 9.3.2 Generierung der Ressourcenlisten.- 9.3.3 Identifikation vollständiger Herstellumgebungen.- 9.4 Auswahl einer Ausführumgebung.- 9.4.1 Repräsentation der Planungsdaten.- 9.4.2 Spezifikation der Auswahlkriterien.- 9.4.2.1 Featurelokale Optimierung.- 9.4.2.2 Featureübergreifende Optimierung.- 10 Verwandte Arbeiten.- 10.1 Ansätze im Bereich Featureanalyse.- 10.1.1 Tabellarischer Vergleich von Featureerkennungsansätzen.- 10.1.2 CSG-basierte Verfahren.- 10.1.2.1 Prozedurale Ansätze.- 10.1.2.2 Elementorientierte Ansätze.- 10.1.2.3 Grundsätzliche Probleme und Lösungsansätze.- 10.1.3 BREP-basierte Verfahren.- 10.1.3.1 Feature-Grammatiken.- 10.1.3.2 Mustererkennungsverfahren.- 10.1.3.3 Produktionenregelsysteme.- 10.1.3.4 Klassifikationsverfahren.- 10.1.4 Anforderungen an die Featureerkennung im Kontext der rechnerintegrierten Produktion.- 10.1.4.1 CAD-Datenmodell.- 10.1.4.2 Featurerepräsentation.- 10.1.4.3 Featuredarstellung.- 10.1.4.4 Featurevisualisierung.- 10.1.4.5 Featureklassifikation.- 10.1.4.6 Featurebeziehungen.- 10.2 Ansätze im Bereich Arbeitsplanung.- 10.2.1 Tabellarischer Vergleich von Arbeitsplanungssystemen.- 10.2.2 Repräsentation des Planungswissens.- 10.2.3 Durchführung der Planungsschritte.- 10.2.3.1 Technologiebezogene Planungsphase.- 10.2.3.2 Ressourcenbezogene Planungsphase.- 10.2.3.3 Operationenbezogene Planungsphase.- 10.2.4 Anforderungen an die Arbeitsplanung im Kontext der rechnerintegrierten Produktion.- 10.2.4.1 Teiledefinition.- 10.2.4.2 Spezifikation der Herstellumgebung.- 10.2.4.3 Repräsentation des Herstellwissens.- 10.2.4.4 Bereitstellung der Planungsergebnisse.- 10.3 Ansätze im Bereich Werkstattsteuerung.- 10.3.1 Tabellarischer Vergleich von Werkstattsteuerungsansätzen.- 10.3.2 Entwicklungslinien neuerer rechnergestützter Werkstattsteuerungssysteme.- 10.3.2.1 Dynamische Regelansätze.- 10.3.2.2 Constraint-basierte Systeme.- 10.3.2.3 Ansätze zur Scheduleoptimierung.- 10.3.2.4 Mehrstufige Ansätze.- 10.3.3 Anforderungen an die Werkstattsteuerung im Kontext der rechnerintegrierten Produktion.- 10.3.3.1 Spezifikation der Scheduling-Strategie.- 10.3.3.2 Berücksichtigung der Planungssituation auf Werkstattebene.- 10.3.3.3 Planungszeit und -horizont.- 10.3.3.4 Fehlerkompensation.- D Realisierung des flexiblen rechnerintegrierten Produktionskontrollsystems FIPS.- 11 Featureanalyse.- 11.1 Aufgabe.- 11.2 Geometrische Teilebeschreibung.- 11.3 Klassifikation der erkennbaren Features.- 11.4 Phasen der Featureanalyse.- 11.4.1 Einlesen der Erkennungsaufgabe.- 11.4.2 Featureerkennung.- 11.4.2.1 Erkennungsalgorithmen für Compound-Features.- 11.4.2.2 Erkennungsreihenfolge.- 11.4.3 Featureextraktion.- 11.4.3.1 Generierung der vollständigen Volumeninformation.- 11.4.3.2 Berechnung des reduzierten Restkörpers.- 11.4.3.3 Verifikation der Featureextraktion.- 11.4.4 Featurezerlegung.- 11.4.4.1 Überdeckung einer komplexen Fläche mit einfachen Flächenstücken.- 11.4.4.2 Erzeugung alternativer Flächenzerlegungen.- 11.4.4.3 Generierung der Basisfeature-Volumina.- 11.4.5 Featureorganisation.- 11.4.5.1 Generierung einer impliziten Featurerepräsentation.- 11.4.5.2 Beziehungstypen zwischen Features.- 11.4.5.3 Aufbau des Featuregraphen.- 11.5 Implementierung.- 11.5.1 Systemumgebung.- 11.5.2 Softwarearchitektur.- 11.5.3 Ablauf der Featureanalyse.- 11.5.3.1 Eingabe der Teiledaten.- 11.5.3.2 Dynamischer Ablauf der Featurenanalyse.- 11.5.3.3 Visualisierung der Featureerkennung.- 12 Statische Ressourcenvorauswahl.- 12.1 Aufgabe.- 12.2 Ressourcentypen.- 12.3 Repräsentation der Ressourceninformation.- 12.3.1 Eignungsnachweise.- 12.3.2 Kombinierbarkeit.- 12.4 Identifikation von Ausführumgebungen.- 12.5 Implementierung.- 12.5.1 Systemumgebung.- 12.5.2 Programmstruktur.- 13 Dynamische Ressourcenbelegungsplanung.- 13.1 Aufgabe.- 13.2 Featurelokale Optimierung.- 13.2.1 Sortier- und Ordnungszahlenmodell.- 13.2.2 Spezifikation der Zuteilungsstrategien mit der Spezifikationssprache SORC.- 13.2.2.1 Programmaufbau und Kontrollstrukturen.- 13.2.2.2 Anweisungen zur Reduzierung der Auswahlalternativen.- 13.2.2.3 Sortieranweisungen.- 13.2.2.4 Dynamische Reduktionsanweisungen.- 13.2.2.5 Rücksetzanweisungen.- 13.2.3 Variabler und reaktiver Programmablauf.- 13.2.3.1 Bedingte Programmverzweigungen.- 13.2.3.2 Dynamisches Rücksetzen von Sortierungen.- 13.2.4 Implementierung.- 13.2.4.1 Systemumgebung.- 13.2.4.2 Generierung ausführbarer SORC-Programme.- 13.3 Featureübergreifende Optimierung.- 13.3.1 Planungsmodell.- 13.3.2 Auswahl von Arbeitsgängen.- 13.3.2.1 Der A*-Algoritmus zur Suche ‘optimaler’ Arbeitsgänge.- 13.3.2.2 Zuteilungsstrategien.- 13.3.2.3 Strategieüberwachung und -Steuerung.- 13.3.3 Implementierung.- 13.3.3.1 Systemumgebung.- 13.3.3.2 Programmstruktur und Simulationsverlauf.- E Featurebasierte Produktionskontrollsysteme: Zusammenfassung und Ausblick.- Stichwortverzeichnis.