Post on 02-Feb-2021
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
„Funktionen einer numerischen Steuerung“(Algorithmik einer CNC)
Dr.-Ing. Dieter ScheifeleGeschäftsführender Gesellschafter ISG
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Für ISG stehen 50 festangestellte, überwiegend diplomierte und promovierte Mitarbeiter aus den Fachgebieten Elektrotechnik, Maschinenbau, Kybernetik und Mathematik, unterstützt von Diplomanden und Hochschulpraktikanten des ISW und anderer befreundeter Hochschulen. Standort: STEP Gropiusplatz 10, Stuttgart (Hochhaus)
Wir suchen neue Kollegen.
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Geschäftsfelder der ISG
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Geschäftsfeld ISG-virtuos (seit 2005)
Simulationssoftware virtuelle Inbetriebnahme (VIBN),Hardware-in-the-Loop in Echtzeit (1ms), Simulation-Based-Engineering
Kunden Maschinen- und Anlagenbauer, Engineering-Büros (Integratoren), Anlagenbetreiber
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbHDr.-Ing. Dieter Scheifele
Geschäftsfeld ISG-kernel (seit 1987)
Steuerungssoftware CNC, RC, Motion Control
Kunden Steuerungshersteller sowie Maschinen- und Anlagenbauer
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Werkzeugmaschine
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Werkzeugmaschine zur „virtuellen Inbetriebnahme“
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Eine komplexere Steuerungsaufgabe….
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Laserstrahlschneidemaschinen (Bystronic, Ermaksan, Eagle,…)
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Und noch eine komplexere Steuerungsaufgabe….
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Regler MaschineCNCSteuerungCAMCAD
Von der Konstruktion zur Werkzeugbewegung…
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Was kann man regeln? Wie können Führungsgrößen einer CNC aussehen?
Bis jetzt ist Niemand etwas anderes eingefallen:
Rechne jede 1/1000sec einen Punkt im Raum aus und zwinge die Maschine dort zu sein .… also die Werkzeugspitze „Tool Center Point“ TCP
Der Regler…
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Steuerungdigitales System
Maschineanaloges System
A/D-Umsetzung
D/A-UmsetzungAnaloge Signale
Feldbus
Steuerungstechnische Realisierung mit Mikroprozessoren;… mit TMS9900 (TI, 1976) am ISW bereits auf 16-Bit-Prozessoren realisiert
Übertragungsfunktion G(s)Gewichtsfunktion g(t)mit g(t) G(s)
Maschineanaloges System
Eingangssignal
Ausgangssignal
Ideale (analoge) Steuerungstechnik zur Steuerung einer Maschine
Ausgangssignal
Wie funktionieren numerische Steuerungen?
analoge Signale
Eingangssignal
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Maschineanaloges System
Analoge Signale
Analoge Signale
Abtastung analoger Signale
Tiefpass
Tiefpass
Abtastung und A/D-WandlungDigitale
Steuerungs-funktion D/A-Wandlung
und Halten
Die Signalabtastung erfolgt mit einem extrem kurzem Impuls zu Zeitpunkten n ∗ 𝑇 . Dieses Zeitsignal ∆ 𝑡 ∑ 𝛿 𝑡 𝑛𝑇 stellt sich im Frequenzbereich als Spektrallinien im Abstand mit der Amplitude dar:
∆ 𝜔1𝑇 𝛿 𝜔 𝑛
2𝜋𝑇
ωt
1
46 255
47 262
48 282
49 200
50 167
46 82
47 102
48 165
49 187
A
t
t
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Folgen der Abtastung für die steuerungstechnische Realisierung
Wird das analoge Eingangssignal mit dem Abtastsignal abgetastet, so ist dies mathematisch eine Multiplikation beider Signale:𝑓 𝑡 𝑓 𝑡 ∆ 𝑡 .Im Frequenzbereich des so abgetasteten Zeitsignals wird sich also das ursprüngliche Spektrum 𝐹 𝜔 an jeder Spektrallinie des Abtastsignales durch Faltung wiederholen:
𝐹 𝜔 1𝑇 𝐹 𝜔 𝑛 ∗ 𝜔
1. Das Abtastsignal und das an die D/A-Wandlung bereitgestellte Signal muss einem festen, äquidistanten Zeitrhythmus folgen.
2. Das Spektrum des von der Maschinen kommenden Signals muss „ohne wesentliche Informationsverluste“ durch einen Tiefpass begrenzt werden können.
3. Das verbleibende Signal muss so schnell abgetastet werden, dass sich in 𝐹 𝜔 die Spektren nicht überlappen!
4. Nach der analogen Bereitstellung des Signales muss wieder ein gleicher Tiefpass folgen.
Nyquist-Shannon-Abtasttheorem:
𝐹 𝜔𝜔
𝜔
𝑓 𝑡
Mit einem Tiefpass kann man das abgetastete Signal dann wieder aus dem Frequenzbereich „ausschneiden“
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISGVerlust durch Nichtechtzeit
analoges Signalder realen Anlage
Signal, das«echtzeitfähige» NC erkennt.
Signal, das«nichtechtzeitfähige» (Windows-) NC erkennt
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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CNC-Kanal (channel)
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxDIN66025/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
Mathematical FunctionsMOD, ABS, SQR, SQRT, EXP, LN, DEXP,LOG, INV, AND, OR, SIN, COS, TAN,ASIN, ACOS, ATAN, INT, FRACT,
ROUND, RANDOM
MathematicalOperators
+ , - , * , / , ** ,&, |, ̂ , &&, || ,
==, !=, >=, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-Commands: Control Flow$IF - $ELSEIF - $ELSE - $ENDIF - $BREAK,
$SWITCH - $CASE - $DEFAULT - $ENDSWITCH - $BREAK,$FOR - $ENDFOR - $CONTINUE - $BREAK,
$WHILE - $ENDWHILE - $CONTINUE - $BREAK,$DO - $ENDDO - $CONTINUE - $BREAK
$GOTO
Constant Concept forArithmetic ExpressionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P100=2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[P4]
Variableslocal, global, interchannel,
system variables,arrays
Drives
„Decoder“
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Decoder
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Funktionssätze
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Programmierungssprache, Übersicht
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Beispiel für ein CNC-Programm
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CNC-Kanal (channel)
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxDIN66025/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
Mathematical FunctionsMOD, ABS, SQR, SQRT, EXP, LN, DEXP,LOG, INV, AND, OR, SIN, COS, TAN,ASIN, ACOS, ATAN, INT, FRACT,
ROUND, RANDOM
MathematicalOperators
+ , - , * , / , ** ,&, |, ,̂ &&, || ,
==, !=, >=, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-Commands: Control Flow$IF - $ELSEIF - $ELSE - $ENDIF - $BREAK,
$SWITCH - $CASE - $DEFAULT - $ENDSWITCH - $BREAK,$FOR - $ENDFOR - $CONTINUE - $BREAK,
$WHILE - $ENDWHILE - $CONTINUE - $BREAK,$DO - $ENDDO - $CONTINUE - $BREAK
$GOTO
Constant Concept forArithmetic ExpressionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P100=2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[P4]
Variableslocal, global, interchannel,
system variables,arrays
Drives
„Radiuskorrektur“
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Werkzeugradiuskorrektur
Hauptaufgabe:
CNC: Die CNC-Werkzeugmaschine soll verschiedene Werkstücke herstellen können. Das „CNC-Programm“ (Anwendungsprogramm) orientiert sich daran, wie die Werkstückkontur nach dem Bearbeitungsschritt aussehen soll. Das „CNC-Programm“ wird „maschinenunabhängig“.
N05 T1 (Werkzeuganwahl)N10 G41 (WRK-Anwahl)N20 G01 G90 X5N30 G01 X10N40 G02 X17 Y5 I5 J0N50 G01 X20 Y0N60 G01 X15 Y-5N70 G03 X20 Y-10 I2.5 J-2.5N80 G01 X10N90 G01 X5 Y0
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Äquidistante Bahn durch Streckung ?
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Mathematische Lösung der Werkzeugradiuskorrektur
: Genauhalt
korrigierte Bahnprogrammierte Bahn
1. eingefügter Satz
2. eingefügter Satz
3. (letzter) eingefügter SatzN10 G03 ... G60N20 G03 ...
N10
N20
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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Schnittpunktberechnung Linear-Zirkular-Übergang, 180°-360°
Kombinationstyp 1: 180°
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Feedrate adaptation
M Wrprogr korr
Vprog
Vkorr
Werkzeug-Mittelpunkt
programmierter Radius
korrigierter Radius
programmierte Geschwindigkeit
korrigierte Geschwindigkeit
:
:
:
:
:M
Vkorr
Vprog
MW
rkorrrprog
rVkorr korrr prog Vprog= x
rvB
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Erkennen von Konturverletzungen
N10N20
N30
N40
N50
Konturverletzung
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Erkennen und Vermeiden von Konturverletzungen
P1'
P2'
P3'P3
P2
P1
M2 M1
programmierteBahn
korrigierte Bahn(kleiner WZ-Radius)
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Erkennen und Vermeiden von Konturverletzungen
P1''
P3''
P2 ''
P3
P2
P1
M2 M1
programmierteBahn
korrigierte Bahn
korrigierte Bahn(großer WZ-Radius)
P1 '
P2 '
P3 '
P3
P2
P1
M2M1
programmierteBahn
korrigierte Bahn(kleiner WZ-Radius)
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CNC-Funktionalität: Werkzeugkorrekturen
L 1
L 2
Werkzeug-Geometrie-Kompensation
KonturausblendenC-Achs-Nachführen
Vkorr
Vprog
rkorr rprog
s
QMaterial Removal
Rate
[cm^3/min]
rF
TCP = Ps
rFrETCP
PS
rFTCP
PS
rFTCP
PS
2D
3D
T1:Smax = 10000Smin = 500amax = 2000T2:Smax = 14500Smin = 800amax = 2500T3:Smax = 14500...
Werkzeug-spezifische Spindel-Geschw.-und Beschl.-Daten
Geschw.-Anpassung
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Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxDIN66025/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
Mathematical FunctionsMOD, ABS, SQR, SQRT, EXP, LN, DEXP,LOG, INV, AND, OR, SIN, COS, TAN,ASIN, ACOS, ATAN, INT, FRACT,
ROUND, RANDOM
MathematicalOperators
+ , - , * , / , ** ,&, |, ,̂ &&, || ,
==, !=, >=, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-Commands: Control Flow$IF - $ELSEIF - $ELSE - $ENDIF - $BREAK,
$SWITCH - $CASE - $DEFAULT - $ENDSWITCH - $BREAK,$FOR - $ENDFOR - $CONTINUE - $BREAK,
$WHILE - $ENDWHILE - $CONTINUE - $BREAK,$DO - $ENDDO - $CONTINUE - $BREAK
$GOTO
Constant Concept forArithmetic ExpressionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P100=2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[P4]
Variableslocal, global, interchannel,
system variables,arrays
Drives
„Bewegungserzeugung“
CNC-Kanal (channel)
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Was regt Maschinen an?
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Oberflächliche Erklärung für das Verhalten des Teststandes
ft
t f
a,F Frequenz[a]
a,F
Kritscher Frequenzbereich für Maschinen10 bis 100 Hz
Frequenz[a]
Maschinenanregung über dF/dt: Schlag auf die MaschineZusammenhang mit der Antriebstechnik: F = m * a,also Maschinenanregung über den Ruck j=da/dt.Ohne ein da/dt kann sich eine Maschine nicht bewegen.Damit sind Anregungen der Maschine unvermeidbar.Amplituden im Bereich von 0 bis 10 Hz führen üblicherweise nicht zu Schwingungen der Maschinenachsen. Jedoch sind Schwingungen im Bereich von 10 bis 100 Hz kritisch. Diese hätte man gerne vermieden ....
ca. 2 Min
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Dynamische Verhältnisse bei der Kreisfahrt.
x
y
vB
t
r
0StartZiel
t
x
t
y
t
x
t
y. .
t
x
t
y... ...
Die reine Zirkularbewegung bei einem Vollkreis mit konstanter Bahngeschwindigkeit ist aufgrund der Eigenschaften der Sinus- bzw. Kosinusfunktion beliebig oft stetig differenzierbar.
)sin()cos(
)sin()cos(
3
2
trxtrx
trxtrx
)cos()sin(
)cos()sin(
3
2
trytry
trytry
mitT
rvB
2
T 2
rvB
xvx
xax
xjx
t
x
t
y....
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Dynamische Verhältnisse beim Übergang in die Kreisfahrt.
x
y
vB
t
r
0StartZiel
t
x
t
y
t
x
t
y. .
t
x
t
y... ...
xvx
xax
xjx
t
x
t
y....
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Dynamische Verhältnisse bei der Fahrt durch eine 90°-Kreiskurve
An tangentialen Satzübergängen zwischen Linearsätzenund Zirkularsätzen entsteht aufgrund der begrenztenStetigkeit ein Achsruck. Analytisch exakt betrachtet führtein Sprung in der Beschleunigung zu einem unendlichhohen Achsruck, d.h. um diesen zu vermeiden müsste ansolchen Satzübergängen angehalten werden. UnterBerücksichtigung der Diskretisierung kann ein zeitdiskreterAchsruck definiert werden:
zykl
DTaj
x
y
vB
r
0
N10
N20
N30
t
x
t
y. .N10 N20 N30 N20 N30N10
t
x
t
y.. ..
N10 N20 N30 N20 N30N10
t
x
t
y... ...
N10 N20 N30 N20 N30N10
zyklT
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Satzübergang Kreis -> Kreis, r1 = r2, G03 -> G02
x
y
vB
r1N10
N20t
x
t
y. .N10 N20 N20N10
t
x
t
y.. ..
N10 N20 N20N10
t
x
t
y... ...
N10 N20 N20N10
An tangentialen Satzübergängen zwischen zweiZirkularsätzen mit Drehrichtungs-änderungentsteht aufgrund der begrenzten Stetigkeit einAchsruck.
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Satzübergang Kreis ->Kreis, r1 != r2, G03 -> G03
x
y
vB
r1N10
N20
r2
t
x
t
y. .N 1 0 N 2 0 N 2 0N 1 0
t
x
t
y.. ..N 1 0 N 2 0 N 2 0N 1 0
t
x
t
y.. . .. .
N 1 0 N 2 0 N 2 0N 1 0An tangentialen Satzübergängenzwischen zwei Zirkularsätzen mitRadiusänderung entsteht aufgrund derbegrenzten Stetigkeit ein Achsruck.
Immer dann, wenn dieKrümmung springt, springt auchdie Beschleunigung und esentsteht ein Achsruck.
zyklD T
aj
Bei einer numerischen Steuerungkann der zeitdiskrete Ruck in denFührungsgrößen maximal werden:
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Sollwertvorgabe einer numerischen Steuerung; Gerade -> Kreis
Zykluszeit: 6msDynamikdaten x, y Achse:a = 5000mm/s2, v = 400000um/s
N05 G00 X0 Y0N07 G01 X50 Y-50 F20000N10 G01 Y0N20 G03 X0 Y50 I-50N30 G01 X-50M30
Achsgeschwindigkeit [um/s]Achsbeschleunigung [mm/s2]Achsruck [mm/s3]
x 101
3 4 5 6 7 8
x 105
-3
-2
-1
0
1
2
3
Takte
Sol
lges
chw
. 1, S
ollg
esch
w. 2
x 101
4 5 6 7 8
x 103
-2
-1.5
-1
-0.5
0
Takte
Sol
lbes
chl.
1, S
ollb
esch
l. 2
x 101
4 5 6 7 8
x 105
-3
-2
-1
0
1
2
Takte
Sol
lruck
. 1, S
ollru
ck. 2
x
y
vB
r
0
N10
N20
N30
Beschleunigung
Geschwindigkeit
Ruck
X
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019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Wesentliche Bahngenerierungsfunktionen
Automatic detection of prismatic and HSC trajectory segments
Trajectory optimization
Jerk limited contouring
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline B-Spline
Velocity profiles
(slope function)
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Programmable velocity profile parameters5
R 12 Fillets and chamfers
a
t
Type 1
Type 2
Type 3
T1
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Aufgaben der Satzaufbereitung der CNC
Kontur steht im Fokus
• Parametrierbare Konturabweichung
Aufwändige Geometrieaufbereitung
• Werkzeuggeometriekorrektur, Tangentialführung
• Diskordanzenfilter
• Bahndynamikplanung
• Bahnerzeugungsverfahren(B-Spline, Akima-Spline, Polynomüberschleifen, usw.)
Oberflächengüte steht im Fokus
• Verfahren zur Schwingungsunterdrückung
• Verfahren zur anregungsarmen Bewegungsführung
„Stückzahl-1-Problematik“
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Technologische Herausforderung für Steuerungen: HSC-Bearbeitung
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
42
Einfluss der Steuerungsalgorithmen auf die Oberflächenqualität
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Problematik bei der Fertigung von Freiformflächen
• CAD-System macht aus glatter Konstruktionsfläche in der Regel Polyeder
• Aus den darauf gelegten Werkzeugbahnen macht der Postprozessor CNC-Sätze innerhalb vorgegebener Fehlertoleranzen, in der Regel viele kurze Geradenstücke
• Genaue Bearbeitung dieser Polyeder führt zu schlechter Oberfläche und großen Bearbeitungszeiten
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Optimierung der Konturbeschreibung notwendig
Diskordante Verteilung der Stützpunkte:• zufällige Häufung der Stützpunkte an der Kante• ungleichmäßige Verteilung zwischen Kanten
Notwendige Prüfungen im LookAhead:• Entfernen von programmierten Stützpunkten• Setzen von neuen Stützpunkten• Verschieben vorhandener Stützpunkte
x 104
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 104
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
45
Unstimmigkeiten in CAD/CAM-Stützpunktdaten
Hochgradig diskordante Stützpunktverteilung
x 102
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
x 104
-1.8
-1.7
-1.6
-1.5
-1.4
-1.3
-1.2
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
x 104
-1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0
x 104
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
x 104
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 104
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
46
CAD/CAM-Sollkontur in der Praxis
Stützpunktvorgabe durch das CAD/CAM-System mit resultierendemGeschwindigkeitsverlauf bei Toleranz „0“
x 104
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 104
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
x 104
0 0.5 1 1.5 2 2.5
x 104
0
1
2
3
4
5
6
7
Takte
Bah
nges
chw
.schlichten_deltcam.nc
Ges
chw
indi
gkei
tsve
rlauf
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Qualität am Werkstück: Filterung der CAD/CAM-Stützpunkte
Lokal harmonisierte CNC-Steuerdaten (blau) reduzieren Diskordanzen
x 104
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 104
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Ziel-W KS[0]
Ziel
-WK
S[1
]
Schlichten_Delcam.nc (s2.nc)
x 103
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 104
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Takte
Bah
nges
chw
.
schlichten_deltcam.nc
Geschwindigkeitsprofil harmonisierter CNC-Steuerdaten
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
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019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Problem der parallelen Werkzeugspuren
rot: Originaldaten, blau: Istweg
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
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019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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49
Problem beim Polynomüberschleifen
Problem auf dem realen und auf dem virtuellen Werkstück
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
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019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
50
Problem mit Stützpunktreduzierung
Eine Stützpunktreduzierung in der Steuerung kann zu massiven Konturfehlern führen, da die Sollkontur falsch interpretiert wird und kontur-relevante Stützpunkte entfernt werden.
Man braucht Verfahren, die unempfindlich auf Stützpunktverteilung reagieren!
Entfernte Punkte durch Satzreduktion führen zu unterschiedlicher Versplinung benachbarter Bahnen und damit zu Konturfehlern!
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
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51
Aufgabenstellung für einer HSC-Steuerung
• Glättung der durch kurze Geradenstückchen vorgegebenen Kontur innerhalb vorgebbarer Toleranzen kalkulierte Ungenauigkeit.
• Berechnung günstiger Geschwindigkeitsverläufe auf den geglätteten Bahnen unter Berücksichtigung der zulässigen dynamischen Kenngrößen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck) für alle an der Bewegung beteiligten Achsen Kompromiss.
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
• Optimierung der Stützpunktverteilung• Glättung der Konturbeschreibung unter
Berücksichtigung von Toleranzen• Optimierung der Achsbewegungen auf optimierter
Kontur unter Ausnutzung von– maximal möglichen Geschwindigkeiten– maximal möglichen Beschleunigungen– maximal möglichen Rücke
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxD IN6602 5/ISO 6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
M athematical Func tionsMOD, ABS , SQR, SQR T, E XP, LN, DE XP,LOG, IN V, A ND, OR , SI N, COS, TA N,
ASIN, A COS, ATA N, I NT, FRAC T,ROUND, RA ND OM
M athematicalO pera tors
+ , - , * , / , * * ,&, |, ^, && , || ,
== , != , > =, , <
#-Commands: Extensions# ACH SE # ECS ON / O FF #MS G S AVE #S ET TIP# ACS ON / OFF # ENAB LE AX LIN K #OP TIO NAL EXE CUT ION ON /OF F #S IGN AL# AX DEF # ERRO R #PR ESE T #S IGN AL REM OVE# AX DEF DE FAU LT # EXPL SY N #PS ET / #S UPP RES S O FFS ETS# AX LINK O N / OF F / AL L # FACE #PU T A X #T IME# AX RELEAS E # FACE OF F #PU T A X AL L #T IME R# AX RELEAS E A LL # FGRO UP #RO TAT ION ON / O FF #T LC ON / O FF# AX REQUES T # FGRO UP WAX IS #RT CP ON / OF F #T OOL AX# CAL L AX # FILE NAM E #SA VE CONF IG #T OOL DA TA# CAX # FLUS H #SE T A SPLI NE MOD E #T OOL LI FE REA D# CAX OFF # FLUS H C ONT INU E #SE T A SPLI NE STA RTT ANG #T OOL LI FE REM OVE# CAX TRACK ON / O FF # FLUS H W AIT #SE T A SPLI NE ZIE LTA NG #T OOL OR I C S# CLE AR CON FIG # GET IPO OF FSE T #SE T A X #T OOL PR EP# COM MAND W AIT / SYN # HSC #SE T A X LI NK #T OOL RE FRE SH# COM MAND W R / SY N # IDEN T W R/R D/S YN #SE T C ORNE R P ARA M #T RAF O O N/ OFF# COM MENT B EGI N / EN D # INIT MA KRO TA B #SE T D EC L R S OLL #V AR. ..# END VAR# CON TOUR M ODE # KIN ID #SE T H R #V ECT ORA CC ON/ OFF# CON TROL A REA CL EAR # LOAD CO NFI G #SE T I PO S OLL POS #V ECT ORV EL ON/ OFF# CON TROL A REA ON / OFF # MACH INE DA TA #SE T J OG #W AIT# CON TROL A REA ST ART /EN D # MAIN SP IND LE #SE T O FFSE T #W AIT FO R# CS ON / O FF # MCS ON / O FF #SE T S LOPE PR OFI L #W AIT IN DP# CYL # MCS TO WCS #SE T S PLIN E O N / OF F #W CS TO MCS# CYL OFF # MEAS MO DE #SE T S PLIN ETY PE AKI MA# DEL ETE # MSG #SE T S PLIN ETY PE BSP LIN E# DIS ABLE A X L INK # MSG INF O #SE T T ANGF EED RM IN
$-C ommands: C ontrol F low$IF - $E LSEIF - $E LS E - $END IF - $BREA K,
$SWITCH - $CASE - $D EF AULT - $ EN DSWITCH - $BR EA K,$F OR - $ENDFOR - $ CONTINUE - $BREAK,
$ WH IL E - $END WH IL E - $CON TI NUE - $B REAK,$D O - $END DO - $CONTIN UE - $BREA K
$GOTO
C onstant Co ncept forAr i thmetic ExpressionsP1 =9 2 P2=1 P 3= 33 P4=1000 P 10 0=2G[ P1 ] G[P2] X= [P 3*[P100] ] F[ P4]
Var iablesloc al, globa l, inte rc hanne l,
s ys t em va riables,a rrays
Drives
CNC-Kanal (channel)
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
CNC-Funktionalität: B-Spline mit Toleranzschlauch zur Konturglättung
x 105
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 105
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Sollwert 1
Sol
lwer
t 2
AUTO_OFF_PATH=0: blau-Originalkontur, grün-Spline (PATH_DEV=2mm), rot-Spline (PATH_DEV0.5mm)
Konturglättung
Orginalkontur
Max. 0.5 mm Abweichung
Max. 2 mm Abweichung
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Fehler in der Geometrie-Aufbereitung wirken sich negativ aus.
F2000 mm/min = 33,33 mm/sDrehzahl 40.000 U/minEinschneider
ca. 6,8 mm
Analyse des Bahnvorschubs
ca. 1,0 mm
F2000
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxD IN6602 5/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
M athematical FunctionsMO D, A BS , SQ R, SQRT, EXP, LN, DEXP,L OG , IN V, A ND, OR, SIN, COS, TAN,
A SI N, A CO S, ATAN, INT, FRACT,R OU ND, RANDOM
M athematicalOpera tors
+ , - , * , / , * * ,&, |, ^, && , || ,
== , != , > =, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-C ommands: C ontrol F low$IF - $E LS EI F - $E LS E - $E ND IF - $ BR EA K,
$S WI TC H - $C AS E - $D EF AU LT - $ EN DS WI TCH - $ BR EA K,$FOR - $ EN DF OR - $ CO NT IN UE - $ BR EA K,
$ WH IL E - $E ND WH IL E - $C ON TI NU E - $BREA K,$D O - $E ND DO - $ CO NT IN UE - $BREAK
$G OT O
C onstant Co ncept forAr ithmetic Express ionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P10 0= 2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[ P4 ]
Var iablesloc al, g lobal, interc hannel,
s ys tem variables,ar rays
Drives
„Abstandregeltempomat der CNC“
CNC-Kanal (channel)
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Beispiel aus dem Leben ....
v
T3 T4
a2
t
Lege die Fahrstrecke bis zur roten Ampel so schnell wie möglich zurück – ohne dass der fast volle Cola-Becher im Cupholder überschwappt!
Wer zuletzt bremst, GEWINNT!
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
„Trajektorienplanung“ für InterpolationMathematische Formulierung als Optimalsteuerungsaufgabe
fT
ftutrw
dtT0)(..1min
))(,0),(( 1max1max iiii sssjsssju
Kostenfunktional
Modell
Steuerung
Randwerte
Zustands-begrenzungen
Optimierungsaufgabe Bearbeitungszeit minimieren. Andere sind möglich, z.B. Mischung aus Arbeitszeit und Energieverbrauch
Trajektorien-Planung
Trajektorienplanung als Optimalsteuerungsaufgabe
Berücksichtigung• Leistungsfähigkeit der CNC• Prozesssignale
Dynamik-Planung
Berücksichtigung• Bearbeitungsprozess• Maschine
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Geschwindigkeitsplanung in der CNC
Planung über einige hundert Sätze in jedem NC-Zyklus (typ. 1ms) möglich
Planung komplett ruckbegrenzt
Grenzprofil
T1
T2
T1T2
Neue Berechnung weilneue Sätze verfügbar
HorizontBewegungsprofil
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Geschwindigkeitsplanung über viele NC-Sätze
1 block
59
N1297010 X227.06059 Y586.63499 Z-150.36152
Velocity limit
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Der Geschwindigkeitsplanungsprozess…
60
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
CNC
Soll-Werkstück CAD
Flächen-Beschreibung CAM
Werkzeug-bahn
Geometrie-Aufbereitung
Trajektorien-Planung Interpolation
Ist-Werkstück
Antriebs-Strang
Dynamik-Planung
Zerspan-Prozess
zeitvariant
zeitinvariant
Fehler ? Fehler ?
Fehler ? Fehler ?
Systemtheoretischer Ansatz – Aufgeben einer „lokalen“ Betrachtung
Berücksichtigung• Leistungsfähigkeit der CNC• Prozesssignale
Berücksichtigung• Bearbeitungsprozess• Maschine
„Dekompression“
„Kompression“
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
CAM
Einzelne Spur mit „Mikrorauschen“
„Eselsohr“ beim Zusammenfügen von Konturelementen
Beispiele für CAM-Fehler („Dekompressions-/Rekonstruktionsfehler“)
Fehler
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Abbildungsfehler bedingt durch die Verfahrenskette
CAM Werkzeug-bahn
Fehler
Geometrie-Aufbereitung
CAM-Systeme planen „parallele“ Werkzeugspuren über die CAD-Modelle und stellen die Spuren prinzipiell fehlerbehaftet dar – hier als Stützpunktfolgen.
In der nachfolgenden Trajektorien-Planung dürfen sich Fehler nicht auswirken: nahezu identische, auf einer Werkstückoberfläche geplante „parallele“, aber durch fehlerbehaftete Daten verfälschte Werkzeugspuren müssen später zu dynamisch und kinematisch nahezu identischen Werkzeugbewegungen führen. Parallele Werkzeugspuren müssen ein gleiches Schnittbild zeigen.
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Bahnsegmente 1 mm, Vorschub gleichmäßig zu-/abnehmend
Geometrie-Aufbereitung
Trajektorien-Planung
InterpolationDynamik-Planung
Test-Szene
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG… Steuerungsvergleich
kernel
Geometrie-Aufbereitung
Trajektorien-Planung
InterpolationDynamik-Planung
G01 G91 $FOR P1=1,1,30X1 FP1*1000
$ENDFOR$FOR P1=1,1,30X1 F(30000-P1*1000)
$ENDFORM30
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Beschleunigungsverlauf verschiedener CNC im Vergleich
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Ruckverlauf im verschiedener CNC im Vergleich
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
F2000
Verbesserte Dekompression
F2000 mm/min = 33,33 mm/sDrehzahl 40.000 U/min; Einschneider
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxD IN6602 5/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
M athematical FunctionsMO D, A BS, SQR, SQRT, EXP, LN, DEXP,L OG , INV, AND, OR, SIN, COS, TAN,
A SI N, ACOS, ATAN, INT, FRACT,ROUND, RANDOM
M athematicalOpera tors
+ , - , * , / , * * ,&, |, ^, & & , || ,
== , != , > =, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-C ommands: C ontr ol F low$I F - $E LS EI F - $E LS E - $E ND IF - $ BR EA K,
$S WI TC H - $C AS E - $D EF AU LT - $ ENDSWITCH - $ BR EA K,$F OR - $ EN DF OR - $ CO NT IN UE - $ BR EA K,
$ WH IL E - $E ND WH IL E - $C ONTINUE - $BREA K,$D O - $E ND DO - $ CO NT INUE - $BREAK
$G OT O
C onstant Co ncept forAr ithmetic Express ionsP1=92 P2=1 P3=33 P4= 10 00 P 10 0= 2G[P1] G[P2] X=[P3*[P 10 0] ] F[ P4 ]
Variablesloc al, g lobal, in terc hannel,
s ys tem variables,ar rays
DrivesTransformation
CNC-Kanal (channel)
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Kinematics transformation
+ C 1
+ C 2
+ C 3+ Z
-Z
X
Y
B +-
Z'
A'
-Y
+ Y+ B
+Z
- Z
- B+ A
- A
-X
+X
Xw
YwZw
+Z
- Z
- B
+X
+Y
- Y
+B
- X
+ A
- A
Xw
Yw
Zw- X
+X
+Z
- Z+C
- C
- Y
+Y
XwYwZw
+Y
- Y
- X
+X
- Z
+ A
- A+C- C+Z
Xw
YwZw
+X
- X
+X
- X
+C
+Z
-Z
+ Z 2
- Z 2
+ Z 3
- Z 3
-X+ X
-Y+ Y
- Z 1
+ Z 1
+ Z 1
- Z 1
+ Z 2
- Z 2
+ Z 3
- Z 3
+ A2
- A2
+ B1
+ B2
+ B3
- B2
- B3
- C1+ C1
+ A1
- A1
- B1
- B
+ B
+X
- X+ C
- C
+Y
- Y
+Z
- Z
XwYwZw - X
+X
+Y
- Y+Z
- Z
+C- C
XwYwZw
+Z
- Z
+X
+Y
- Y
- X
+ A
- A
- B
+B
Xw
Yw
Zw
5-axis heads
Parallel kinematics RobotsSpecial kinematics
Over 30 different kinematicsFast user-specific extensions
Algo
rithm
ikei
ner C
NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxD IN6602 5/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
M athematical FunctionsMO D, A BS , SQ R, SQRT, EXP, LN, DEXP,L OG , IN V, A ND, OR, SIN, COS, TAN,
A SI N, A CO S, ATAN, INT, FRACT,R OU ND, RANDOM
M athematicalOpera tors
+ , - , * , / , * * ,&, |, ^, && , || ,
== , != , > =, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-C ommands: C ontrol F low$IF - $E LS EI F - $E LS E - $E ND IF - $ BR EA K,
$S WI TC H - $C AS E - $D EF AU LT - $ EN DS WI TCH - $ BR EA K,$FOR - $ EN DF OR - $ CO NT IN UE - $ BR EA K,
$ WH IL E - $E ND WH IL E - $C ON TI NU E - $BREA K,$D O - $E ND DO - $ CO NT IN UE - $BREAK
$G OT O
C onstant Co ncept forAr ithmetic Express ionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P10 0= 2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[ P4 ]
Var iablesloc al, g lobal, interc hannel,
s ys tem variables,ar rays
Drives
Koordinatensysteme
CNC-Kanal (channel)
Algo
rithm
ikei
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NC
1. F
ebru
ar 2
019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Tool compensation
CNC Channel
Interpolator
ToolCompensation
Look Ahead
Decoding
Axis Control
HMI
ToolManagement
PartProgramms
PLC
InterpolationLinear Circular
Akima-Spline
Trajectory optimization
T1 T2 T3 T4
a1 a2
v
t
Slope
Programming
G-Code SyntaxD IN6602 5/ISO6983
ISG High-Level Language Syntax
StandardFunctionsG,M,S,T,L
ISG-specificFunctions
M athematical FunctionsMO D, A BS , SQ R, SQRT, EXP, LN, DEXP,L OG , IN V, A ND, OR, SIN, COS, TAN,
A SI N, A CO S, ATAN, INT, FRACT,R OU ND, RANDOM
M athematicalOpera tors
+ , - , * , / , * * ,&, |, ^, && , || ,
== , != , > =, , <
#-Commands: Extensions#ACHSE #ECS ON / OFF #MSG SAVE #SET TIP#ACS ON / OFF #ENABLE AX LINK #OPTIONAL EXECUTION ON/OFF #SIGNAL#AX DEF #ERROR #PRESET #SIGNAL REMOVE#AX DEF DEFAULT #EXPL SYN #PSET / #SUPPRESS OFFSETS#AX LINK ON / OFF / ALL #FACE #PUT AX #TIME#AX RELEASE #FACE OFF #PUT AX ALL #TIMER#AX RELEASE ALL #FGROUP #ROTATION ON / OFF #TLC ON / OFF#AX REQUEST #FGROUP WAXIS #RTCP ON / OFF #TOOL AX#CALL AX #FILENAME #SAVE CONFIG #TOOL DATA#CAX #FLUSH #SET ASPLINE MODE #TOOL LIFE READ#CAX OFF #FLUSH CONTINUE #SET ASPLINE STARTTANG #TOOL LIFE REMOVE#CAXTRACK ON / OFF #FLUSH WAIT #SET ASPLINE ZIELTANG #TOOL ORI CS#CLEAR CONFIG #GET IPO OFFSET #SET AX #TOOL PREP#COMMAND WAIT / SYN #HSC #SET AX LINK #TOOL REFRESH#COMMAND WR / SYN #IDENT WR/RD/SYN #SET CORNER PARAM #TRAFO ON/ OFF#COMMENT BEGIN / END #INIT MAKRO TAB #SET DEC LR SOLL #VAR...#ENDVAR#CONTOUR MODE #KIN ID #SET HR #VECTORACC ON/OFF#CONTROL AREA CLEAR #LOAD CONFIG #SET IPO SOLLPOS #VECTORVEL ON/OFF#CONTROL AREA ON / OFF #MACHINE DATA #SET JOG #WAIT#CONTROL AREA START/END #MAIN SPINDLE #SET OFFSET #WAIT FOR#CS ON / OFF #MCS ON / OFF #SET SLOPE PROFIL #WAIT INDP#CYL #MCS TO WCS #SET SPLINE ON / OFF #WCS TO MCS#CYL OFF #MEAS MODE #SET SPLINETYPE AKIMA#DELETE #MSG #SET SPLINETYPE BSPLINE#DISABLE AX LINK #MSG INFO #SET TANGFEED RMIN
$-C ommands: C ontrol F low$IF - $E LS EI F - $E LS E - $E ND IF - $ BR EA K,
$S WI TC H - $C AS E - $D EF AU LT - $ EN DS WI TCH - $ BR EA K,$FOR - $ EN DF OR - $ CO NT IN UE - $ BR EA K,
$ WH IL E - $E ND WH IL E - $C ON TI NU E - $BREA K,$D O - $E ND DO - $ CO NT IN UE - $BREAK
$G OT O
C onstant Co ncept forAr ithmetic Express ionsP1=92 P2=1 P3=33 P4=1000 P10 0= 2G[P1] G[P2] X=[P3*[P100]] F[ P4 ]
Var iablesloc al, g lobal, interc hannel,
s ys tem variables,ar rays
DrivesKompensieren
CNC-Kanal (channel)
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Qualitätskriterien zur Beurteilung einer CNC
Kriterien für die Bahnführung mit dem Ziel: Vermeidung von Anregung der Eigenfrequenzen in den Achs-Sollwerten, dabei kürzeste Bearbeitungszeit und höchste Konturtreue:
Weitere Qualitätskriterien
• Qualität der Transformation• Qualität der Kompensationen• Quantisierungsrauschen der Sollwerte
• Qualität der Diskordanzenreduktion;• Qualität der Bewegungsgrenzprofilberechnung; • Größe des Vorausbetrachtungsbereiches der Konturbeschreibung;• Mathematischer Grad des Bewegungsprofilrechners (s,v,a,r,…);• Berücksichtigung der tatsächlichen Kinematik;• Berücksichtigung der Maschinendynamik (statisch/ zustandsabhängig);• Fähigkeit zur Erzeugung eines konstanten Bearbeitungsvorschubes;• Richtungs-(UN)Abhängigkeit der Bahnplanung (AB = BA);• Auflösung (Format) der Rechengrößen.
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Mehrkanaltechnik für Holzbearbeitungsmaschinen
Algo
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Mehrkanaltechnik
TLC
LAHEAD
CNC/RCChannel 3
DEC
MAI
TLC
LAHEAD
CNC/RCChannel 2
DEC
MAI
TLC
LAHEAD
CNC/RCChannel 1
DEC
MAI
axis control
CH 1
PLCCH 1CH 3
nam
ed s
hare
d m
emor
y
TLC
LAHEAD
CNC/RCChannel 4
DEC
MAI SAI
MCChannel n
SAI
MCChannel 2
SAI
MCChannel 1
MC 1MC 2MC 3
CH 4
Tables are switching between channel 1, channel 2 and MC channels
Palletizing
Control:Up to 12 channelsUp to 64 axes
ca. 1 Min
Algo
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG 76
• Virtuelle Inbetriebnahme und digitaler Zwilling
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Digitaler Zwilling – virtuelle Komponenten für die Automatisierung
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Feldbus
reale Steuerung reale Feldbusteilnehmer reale Komponenten mit Echtzeitverhalten
reale Maschine / Anlage(Komponenten, Gesamtverhalten, Materialfluss)
virtuelle Maschine / Anlage(Komponenten, Gesamtverhalten, Materialfluss)
Konfiguration
Konfiguration
virtuelle Komponenten mit Echtzeitverhalten
reale Feldbusteilnehmer
1:1 Abbildung der Komponenten
„virtuelle Klemmen“Emulation
1:1 (I/O, Safety …)
© ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH 2017ISG-virtuos-Digitaler-Zwilling.pptx
„best practice“ – Digitaler Zwilling / Fabriksimulation, HOMAG
78
mit freundlicher Freigabe der HOMAG Group
© ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH 2017ISG-virtuos-Digitaler-Zwilling.pptx
„best practice“ – Packaging, KOCH Pac-Systeme
79
mit freundlicher Freigabe der KOCH Pack-Systeme GmbH
© ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH 2017ISG-virtuos-Digitaler-Zwilling.pptx
„best practice“ – Engineeringprozess, EISENMANN SA
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mit freundlicher Freigabe der EISENMANN SA
E‐Pass, EISENMANN SA
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„best practice“ – Schulungskonzept, ZF Friedrichhafen AG
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Zielsetzung
Schulung und Weiterqualifikation von Mitarbeitern am digitalen Zwilling
Optimierung von Service und Wartung
Referenz für Lieferanten neuer Montagezellen
mit freundlicher Freigabe der ZF Friedrichshafen AG, Schweinfurt
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Wie stellt man dieses Werkstück her?
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Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Drahterodieren
© ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH 2017ISG-virtuos-Digitaler-Zwilling.pptx 84
Testautomatisierung mit digitalen Zwillingen
© ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH 2017ISG-virtuos-Digitaler-Zwilling.pptx
Testautomatisierung – Entwicklung
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Test an der realen Anlage▼ kann erst nach Fertigstellung der Anlage durchgeführt
werden▼ verlängert die Lieferzeit der Anlage▼ Gefahr von Beschädigungen an der Anlage▼ fehleranfällig aufgrund menschlicher Faktoren
Test mit realer Steuerung an virtuellen Anlagen (HILS) kann vor der Auslieferung der Anlage vorgenommen
werden umfangreiche und gefahrlose Tests auch von
Störsituationen▼ hoher Zeitaufwand bei umfangreichen Testszenarien▼ fehleranfällig aufgrund menschlicher Faktoren
Automatisierter Test mit realer Steuerung an virtuellen Anlagen erhöhte Software-Qualität durch erhöhten Testumfang zuverlässige Ergebnisse durch Ausschluss menschlicher
Fehler reproduzierbare Testergebnisse inklusive Protokollierung integrierbar ins Anforderungsmanagement
früh
erhe
ute
neu
VIBN
CAST
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Testautomatisierung – Modellbasierte Testszenarien
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Mehrwert
Testautomatisierung auf Basis von digitalen Zwillingen unterstützt den gesamten Produktentwicklungszyklus inklusive der Inbetriebnahme
Komponenten-, Integrations- und Systemtests werden anhand dergleichen Testfälle und Testpläne vorgenommen und führen zu signifikanten Kosteneinsparungen
Modellbasierte Testpläne werden einfach ohne Programmierkenntnisse erstellt und sind auch für Schulungszwecke gut verständlich
Flexible Testabläufe unterstützen dynamischeund parallele Vorgänge und berücksichtigen prozessspezifische Vorbedingungen
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Testautomatisierung – Grafische Testerstellung
87
Vorteile
Schnelle und einfache Erstellung von Aktionen mit grafischen Bausteinen auch ohne Programmierkenntnisse
Bausteine werden per Drag & Drop zu komplexeren Aktionen resp. Testfällenverknüpft
Testfälle können dann zu Testplänen zusammengefasst werden
der Test kann sofort beginnen
Einzelaktion
Warten auf Bedingung(Loop)
Verknüpfungen
Überprüfungs-größen(dynamisch)
Überprüfung auf Zielerreichung
positive bzw. negative Testergebnisse
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Testautomatisierung – Projektstruktur
88
Features
Das Testautomatisierungs-System ermöglicht reproduzierbare Tests durch Testpläne inklusive Testprotokollierung
Testpläne werden aus wiederverwendbaren Testfällen / Aktionen zusammengestellt
Testpläne können für wiederholte Tests und Analysen in einer Test-Suite verwaltet werden
Testszenarien lassen sich auch mit einem Rekorder aufnehmen
Aufgenommene Aktionen können geändert, erweitert bzw. parametrisiert werden
Testplan
Testfälle
Testaktion
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Testautomatisierung – protokolierbare Testergebnisse
89
Features
Das Testergebnis wird im Testplan transparent dargestellt
In der Projektstruktur wird ein negativ abgeschlossener Testfall markiert und ist sofort auffindbar
zu jedem negativen Testergebnis wird die Fehlerursache und die zugehörigen Parameterdargestellt
Das Testergebnis wird in einstellbarer Detaillierung protokoliert
Status für dengesamten Testplan
positiv abgeschlossene Testfälle
Testfehler inklusive Fehlerursache
negativ abgeschlossener Testfall
Algo
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1. F
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019
Industrielle Steuerungstechnik GmbH
© ISG
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
www.isg-stuttgart.de
Studienarbeiten in Zusammenarbeit mit Instituten
HiWi-ArbeitspätzeIndustriepraktika
… wünscht weiter viel Erfolg im Studium!
… braucht Sie!
… sucht neue Kollegen!