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EFB-Forschungsbericht Nr. 069

Integriert rechnergestützte Variantenkonstruktion und -verwaltung in einem wissensbasierten Biegestadienplanungssystem

efb69

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Manfred Geiger, Dipl.-Ing. Volker Franke, Lehrstuhl für Fertigungstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlagen-Nürnberg

105 Seiten (Sw 74 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-125-3

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagworte: Lamellen, Klassifizierung

Zusammenfassung

Mit der hier vorgestellten Erweiterung eines Biegestadienplanungssystems um eine Werkzeugplanungskomponente wird es möglich, den Planungsprozeß für Biegeteile ganzheitlich zu betrachten. Damit kann die Arbeitsplanung nahezu vollständig automatisch durchgeführt werden. Gleichzeitig wird die Verwaltung der vorhandenen Werkzeuge entscheidend vereinfacht. Wird die Konstruktion eines Sonderstempels notwendig, so kann mit den vorgeschlagenen algorythmisierten und auf Neuronalen Netzen basierenden Methoden dieser Vorgang automatisch durchgeführt werden.

Wesentlicher Bestandteil der Entwicklung war die Herleitung eines Datenmodells für Blechbiegewerkzeuge, mit dem sowohl die Stammdaten der Werkzeuge als auch deren Geometrie und Eigenschaften möglichst effizient abgelegt werden können. Durch die Beschreibung der Werkzeuge als zweidimensionale Profile, die gegebenfalls mit dreidimensionalen parametrisierten Nebenformelementen kombiniert werden können, konnten die Zielsetzungen sehr gut erreicht werden. Einerseits wird dadurch die Datenmenge zur Beschreibung der Werkzeuge in hohem Maße reduziert und andererseits kann eine problemorientierte Suche nach Werkzeugen erfolgen. Dies bedeutet, daß aufgrund von festgestellten Kollisionsbereichen bei einem konkreten Werkzeug nach Nebenformelementen gesucht werden kann, die an der entsprechenden Stelle im Werkzeug eine Kollision vermeiden würden.

Mit dem hier entwickelten Datenmodell konnte auf eine spezielle Definition einer Werkzeugbeschreibungssprache verzichtet werden, da sich alle gewünschten Eigenschaften, wie z.B. problemorientierte Anforderungen an Werkzeuge zu formulieren, abdecken lassen.
Zur Unterstützung des Konstruktionsvorganges sind die Stammdaten der Werkzeuge innerhalb der Datenbank versionsbezogen gehalten. Im Gegensatz dazu erfolgt die geometrische Repräsentation der Werkzeuge in einem eigenentwickelten Datenformat Die Versionen der Geometriemodelle werden über ein standardmäßiges Versionenkontrollsystem verwaltet. Der Zugriff auf eine Werkzeugversion wird über spezielle Zugriffsfunktionen durchgeführt, um Inkonsistenzen zwischen Datenbankeinträgen und Geometriemodellen zu vermeiden.

Die Zusammenstellung von Werkzeugsätzen erfolgt mit regelbasierten Methoden, die eine Optimierung und Bewertung ermöglichen. Da das System nach allen gangbaren Lösungen sucht und diese den Regeln entsprechend sortiert vorgibt, kann der Benutzer letztendlich eine Version eines Werkzeugsatzes auswählen. Diese Interaktion des Benutzers ist deswegen noch notwendig, da bisher die technologischen Parameter der Biegewerkzeuge lediglich mit einfachen Formeln berechnet werden. Zukünftig wäre z.B. die Integration eines Simulationsbausteines denkbar, der aus der Sollgeometrie des Bauteils und den Materialkennwerten die notwendigen Werkzeugparameter ableitet. Dann wären auch genauere Abschätzungen der Werkzeugeignung möglich und die Auswahl eines Werkzeugsatzes könnte automatisch erfolgen.

Da das Projekt zunächst auf einteilige Werkzeuge beschränkt wurde, wäre eine Weiterentwicklung hin zu komplexeren Werkzeugen aus mehreren Teilen oder Werkzeuge mit kombinierten Funktionen (z.B. Falz- und Zudrückwerkzeuge) sinnvoll. Das entwickelte relationale Datenmodell ist bereits jetzt schon in der Lage, komplexe Formzonen für Z-Büge oder Werkzeugkomponenten zu verwalten. Auf der Planungsseite wären dann jedoch entsprechende Methoden zu entwickeln, um z.B. besondere optimierende Kriterien berücksichtigen bzw. um eventuell angepaßte Kollisionsberechnungen durchführen zu können.

Um den eigentlichen Entwicklungsprozeß von Sonderwerkzeugen zu unterstützen, wäre eine Integration von besonderen Methoden zur schnellen Herstellung von Werkzeugen wichtig. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund unbekannter Materialkennwerte oder besonderer Formen die genaue Gestalt der Formzone unbekannt ist. Da die wesentlichen Planungsdaten vorliegen und außerdem die Konstruktion der Werkzeuge vom System unterstützt wird, wäre durch die Integration einer Prozeßkette für die Fertigungsplanung von Biegewerkzeugen eine wirkungsvolle Beschleunigung der Werkzeugherstellung und damit der Bauteilentwicklung selbst möglich.

Während der Projektlaufzeit entstand aus den hier durchgeführten Arbeiten ein Konzept zur schnellen Herstellung von Biegewerkzeugen aus laserstrahlgeschnittenen Lamellen. Die Lamellen werden in einer Montagevorrichtung ausgerichtet und dann zu einem Biegewerkzeug mit Schrauben zusammengespannt oder mit dem Laser verschweißt. Durch den lamellaren Aufbau wird es möglich, auf Blechschneidemaschinen Biegewerkzeuge herzustellen. Neben der einfachen Planbarkeit der Schneidprogramme und der leichten Handhabbarkeit während der Fertigung kann dieses System von der Werkzeugplanung aus direkt unterstützt werden.

Damit ergeben sich neue Möglichkeiten für Simultane aus Engineering. Bauteil und Werkzeug können in parallelen Prozessen nahezu zeitgleich konstruiert und geplant werden. Die Herstellung der Werkzeuglamellen kann auf denselben Maschinen und sogar aus demselben Material wie für die Bauteile erfolgen. Dieses Konzept gewährleistet eine Bauteilentwicklung und Prototypenherstellung in Stundenfrist, selbst wenn Sonderwerkzeuge benötigt werden.

Das Forschungsvorhaben „Integriert rechnergestützte Variantenkonstruktion und -verwaltung in einem wissensbasierten Biegestadienplanungssystem“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 8981 von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 69 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen
1 Einleitung
2 Ausgangssituation und Stand der Technik
2.1 Grundlagen des Biegens
2.2 Werkzeuge und Werkzeugsysteme zum Freibiegen und Gesenkbiegen
2.3 Rechnergestützte Fertigungsvorbereitung für das Gesenkbiegen
3 Zielsetzung
4 Eigene Vorarbeiten
4.1 Das PROOFEA-Datenmodell für Blechbiegeteile
4.1.1 Eigenschaften des Datenmodells
4.1.2 Aufbau und Struktur der Modelldaten
4.2 Wissensbasierte, selbstlernende Biegestadienplanung
5 Forschungsergebnisse
5.1 Konzeptioneller Entwurf des Planungssystems
5.1.1 Aufgaben der Biegestadienplanung
5.1.2 Planungsschritte für Biegewerkzeuge
5.1.3 Integrationskonzepte
5.1.3.1 Werkzeugplanung während der Biegestadienplanung
5.1.3.2 Werkzeugplanung als eigenständiges Modul
5.2 Entwurf eines relationalen Datenmodells für Biegewerkzeuge
5.2.1 Grundlagen von relationalen Datenbanken
5.2.2 Das Entity-Relationship-Modell
5.2.2.1 Grundelemente des Entity-Relationship-Modells
5.2.2.2 Graphische Darstellung der verwendeten Konstruktionsoperatoren
5.2.3 Eigenschaften und Anforderungen an das Datenmodell
5.2.3.1 Darstellung der Werkzeuggeometrie
5.2.3.2 Versionen- und Variantenkonzept für Biegewerkzeuge
5.2.3.2.1 Anforderungen an die Versionshaltung
5.2.3.2.2 Darstellung von Versionszuständen
5.2.3.2.3 Konzepte zur Erzeugung einer Nachfolgerversion
5.2.4 Das Datenmodell zur Werkzeugverwaltung
5.2.4.1 Werkzeugtypen
5.2.4.1.1 Einteilige Werkzeuge
5.2.4.1.2 Mehrteilige Werkzeuge
5.2.4.2 Werkzeugkomponenten
5.2.4.3 Nebenformen
5.2.4.4 Generalisierungen
5.2.4.5 Datenintegrität
5.2.5 Zugriffsprozeduren auf die Datenbank
5.2.5.1 Neuen Werkzeugtyp einfügen
5.2.5.2 Werkzeugtyp entfernen
5.2.5.3 Sperren eines Werkzeugtyps
5.2.5.4 Aktualisieren eines Werkzeugtyps
5.2.5.5 Daten des Werkzeugtyps nutzen
5.3 Zuordnung von Biegewerkzeugen
5.3.1 Technologieplanung
5.3.2 Kollisionsprüfung
5.3.2.1 Bildung von Kollisionsbereichen
5.3.2.2 Klassifizierung von Kollisionszuständen
5.3.3 Werkzeuglängenplanung
5.3.4 Planung von Werkzeugsätzen
5.3.5 NC-Programmerstellung
5.4 Konstruktionsunterstützung für Gesenkbiegewerkzeuge
5.4.1 Interaktive Werkzeugkonstruktion
5.4.1.1 Schnittstellen der interaktiven Werkzeugkonstruktion
5.4.2 Automatisierte Werkzeugkonstruktion
5.4.2.1 Algorithmisierte Stempelkonstruktion
5.4.2.2. Variantenkonstruktion mit einem Neuronalen Netzwerk
6 Realisierung eines Werkzeugplanungssystems
6.1 Systemarchitektur
6.2 Benutzerschnittstellen
7 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis