DE102019209771A1 - Feed-forward and feed-back Adaptation of a manufacturing process for components in a component group - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Anpassung eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe,wobei während des Herstellungsprozesses ein digitales Realmodell (16) eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe bereitgestellt und aktualisiert wird,wobei das digitale Realmodell (16) Informationen bezüglich Konstruktion, Produktion, Ist-Geometrie, Feldeinsatz, Reparatur und/ oder Recycling des ersten Bauteils enthält,aufweisend die folgenden Schritte:a) ein Erstellen (S1) eines CAD-Modells (12) zur Fertigung der Bauteile auf Basis von Soll-Werten (6),b) ein Erstellen (S2) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Erstellung des CAD-Modells (12) gewonnener erster Informationen,c) ein Durchführen (S3) von einem ersten Fertigungsschritt (13) an dem ersten Bauteil gemäß dem CAD-Modell (12),d) ein Anpassen (S4) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Durchführung des ersten Fertigungsschritts (13) gewonnener zweiter Informationen,e) ein Vergleichen (S5) des digitalen Realmodells (16) mit den Soll-Werten (6),f) ein Anpassen (S6) von mindestens einem zweiten Fertigungsschritt (14) unter Berücksichtigung des Vergleichs, wobei der zweite Fertigungsschritt (14) dem ersten Fertigungsschritt (13) nachgelagert ist,g) ein Durchführen (S7) des zweiten Fertigungsschritts (14) an dem ersten Bauteil,h) ein Anpassen (S8) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Durchführung des zweiten Fertigungsschritts (14) gewonnener dritter Informationen,i) ein Anpassen (S9) des ersten Fertigungsschritts (13) unter Berücksichtigung des Vergleichs aus Schritt e),j) ein Verwenden (S10) des angepassten ersten Fertigungsschritts (13) für die weitere Fertigung der Bauteile der Bauteilgruppe.The invention claims a method for adapting a manufacturing process for components of a component group, with a digital real model (16) of a first component of the component group being provided and updated during the manufacturing process, the digital real model (16) providing information on construction, production, and actual geometry , Field use, repair and / or recycling of the first component, having the following steps: a) creating (S1) a CAD model (12) for manufacturing the components on the basis of target values (6), b) creating (S2) of the digital real model (16) based on first information obtained by creating the CAD model (12), c) performing (S3) a first production step (13) on the first component in accordance with the CAD model (12 ), d) adapting (S4) the digital real model (16) on the basis of second information obtained by performing the first production step (13), e) comparing (S5) the digital real model (16) with the target values (6), f) an adaptation (S6) of at least one second production step (14) taking into account the comparison, the second production step (14) being after the first production step (13), g) performing (S7) the second manufacturing step (14) on the first component, h) adapting (S8) the digital real model (16) on the basis of third information obtained by performing the second manufacturing step (14), i) adapting (S9) of the first production step (13) taking into account the comparison from step e), j) using (S10) the adapted first production step (13) for the further production of the components of the component group.

Description

Translated fromGerman

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe, wobei während des Herstellungsprozesses eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe ein digitales Realmodell des ersten Bauteils bereitgestellt und aktualisiert wird.The present invention relates to a method for adapting a manufacturing process for components of a component group, a digital real model of the first component being provided and updated during the manufacturing process of a first component of the component group.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art

Der Prozessablauf entlang der digitalen Herstellungskette eines Bauteils orientiert sich aktuell an einem linearen, gesteuerten Wertstrom (Computer-aided Design (CAD)/ Computer-aided Manufacturing (CAM) -> Fertigungsschritt1 -> Inspektion1 -> Fertigungsschritt2 -> Inspektion2 -> ... -> Endkontrolle), bei dem keine Feedback- oder Regelungsschleifen vorgesehen sind. Offenbaren sich Fertigungs- oder Qualitätsprobleme, dann wird der weitere Prozessablauf gestoppt, und die zuständigen Experten der Engineering-Abteilung entscheiden (offline) über zu ergreifende Maßnahmen. Gleiches gilt normalerweise analog für den Feldeinsatz und die Reparatur von Bauteilen und Systemen.The process flow along the digital production chain of a component is currently based on a linear, controlled value stream (computer-aided design (CAD) / computer-aided manufacturing (CAM) -> production step 1 -> inspection 1 -> production step 2 -> inspection 2 -> ... -> final inspection), in which no feedback or control loops are provided. If manufacturing or quality problems become apparent, the rest of the process is stopped and the responsible experts in the engineering department decide (offline) on the measures to be taken. The same usually applies analogously to field use and the repair of components and systems.

Bei Auftreten von Fertigungs- und Qualitätsproblemen wird heute das Engineering informiert, welches dann über eine Änderung / Anpassung einzelner Prozessschritte entscheidet, das Material oder die verwendeten Werkzeuge anpasst, Kontakt mit dem Kunden bzgl. einer Änderung des Pflichtenheftes aufnimmt oder Sonderfreigaben erteilt. Bei Auftreten von Betriebsproblemen wird analog dazu verfahren, bis hin zur Abschaltung der Systeme / Anlagen.If production and quality problems occur, the engineering department is informed today, which then decides on a change / adaptation of individual process steps, adapts the material or the tools used, contacts the customer regarding a change in the specification sheet or issues special approvals. If operational problems occur, the same procedure is followed, up to and including the shutdown of the systems / plants.

Ein digitales Realmodell ist im Folgenden definiert als ein vollumfängliches digitales Abbild eines Bauteils entlang der Wertschöpfungskette bzw. des Lebenszyklus (Product Lifecycle) zum Zeitpunkt x, also entlang des CAD/CAM, Produktion, Feldeinsatz, ggf. Reparatur bis hin zum Recycling bzw. Verschrottung. Dabei enthält das digitale Realmodell alle für das Bauteil im Lebenszyklus wesentlichen Informationen, beginnend mit dem CAD-Modell, sämtlicher Critical to Quality (CTQ) relevanter Material- und Herstellungsdaten (z.B. Materialbatch, Materialhistorie, Details zu den einzelnen Prozessschritten wie Maschine, Werker, Werkzeuge inkl. deren Historie, Realgeometrien, besondere Vorkommnisse, Rework), qualitätsbezogene Daten (inkl. Historie, Details zur Durchführung, ausführende Personen), Lagerzeiten, Feldeinsatz (inkl. Details zum Einbauort und der Belastungen während Laufzeit), ggf. Inspektionsdaten, Reparatur und Zweiteinsatz, etc.A digital real model is defined below as a complete digital image of a component along the value chain or the product lifecycle at time x, i.e. along the CAD / CAM, production, field use, if necessary repair up to recycling or scrapping . The digital real model contains all information essential for the component in its life cycle, starting with the CAD model, all critical to quality (CTQ) relevant material and manufacturing data (e.g. material batch, material history, details on the individual process steps such as machine, worker, tools including their history, real geometries, special occurrences, rework), quality-related data (including history, details on implementation, executing persons), storage times, field use (including details on the installation location and the loads during runtime), possibly inspection data, repair and Second use, etc.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung für einen alternativen Herstellungsprozess von Bauteilen anzugeben.The object of the invention is to provide a solution for an alternative manufacturing process for components.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.The invention results from the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements. Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, dass einen gesamten Herstellungsprozess durch ein digitales Realmodell erfasst und feed-back und feed-forward Änderungen im Herstellungsprozess vornimmt, sobald Abweichungen zwischen einem Ist- und Sollzustand festgestellt werden.One aspect of the invention is to provide a method that records an entire manufacturing process using a digital real model and makes feed-back and feed-forward changes in the manufacturing process as soon as deviations between an actual and target state are determined.

Die vorliegende Erfindung gibt demgegenüber eine Lösung an, mit der über die Einführung eines adaptiven Steuerungs- bzw. Regelkreises (feed-forward und feed-back) auf Basis des digitalen Realmodells des Bauteils entlang des Herstellungsprozess (und Produktzyklus) eine zeitnahe, automatisierte (online, echtzeitfähige) Anpassung der betreffenden Fertigungsschritte (bzw. Reparaturprozesse bzw. Betriebsbelastungen) erreicht werden kann.In contrast, the present invention specifies a solution with which, via the introduction of an adaptive control or regulation circuit (feed-forward and feed-back) based on the digital real model of the component along the manufacturing process (and product cycle), a timely, automated (online , real-time capable) adaptation of the relevant production steps (or repair processes or operational loads) can be achieved.

Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Anpassung (Adaption) eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe,
wobei während des Herstellungsprozesses ein digitales Realmodell eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe bereitgestellt und aktualisiert wird,
wobei das digitale Realmodell Informationen bezüglich Konstruktion, Produktion, Ist-Geometrie, Feldeinsatz, Reparatur und/ oder Recycling des ersten Bauteils enthält,
aufweisend die folgenden Schritte:

1. a) ein Erstellen eines CAD-Modells zur Fertigung der Bauteile auf Basis von Soll-Werten,
2. b) ein Erstellen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Erstellung des CAD-Modells gewonnener erster Informationen,
3. c) ein Durchführen von einem ersten Fertigungsschritt an dem ersten Bauteil gemäß dem CAD-Modell,
4. d) ein Anpassen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Durchführung des ersten Fertigungsschritts gewonnener zweiter Informationen,
5. e) ein Vergleichen des digitalen Realmodells mit den Soll-Werten,
6. f) ein Anpassen von mindestens einem zweiten Fertigungsschritt unter Berücksichtigung des Vergleichs, wobei der zweite Fertigungsschritt dem ersten Fertigungsschritt nachgelagert ist,
7. g) ein Durchführen des zweiten Fertigungsschritts an dem ersten Bauteil,
8. h) ein Anpassen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Durchführung des zweiten Fertigungsschritts gewonnener dritter Informationen,
9. i) ein Anpassen des ersten Fertigungsschritts unter Berücksichtigung des Vergleichs aus Schritt e),
10. j) ein Verwenden des angepassten ersten Fertigungsschritts für die weitere Fertigung der Bauteile der Bauteilgruppe.

The invention claims a method for adapting a manufacturing process of components of a component group,
wherein a digital real model of a first component of the component group is provided and updated during the manufacturing process,
where the digital real model contains information regarding construction, production, actual geometry, field use, repair and / or recycling of the first component,
comprising the following steps:

1. a) creating a CAD model for manufacturing the components on the basis of target values,
2. b) creating the digital real model based on the first information obtained by creating the CAD model,
3. c) performing a first production step on the first component according to the CAD model,
4. d) an adaptation of the digital real model on the basis of the second information obtained by performing the first production step,
5. e) comparing the digital real model with the target values,
6. f) an adaptation of at least one second production step taking into account the comparison, wherein the second production step is downstream of the first production step,
7. g) performing the second manufacturing step on the first component,
8. h) an adaptation of the digital real model on the basis of third information obtained by performing the second production step,
9. i) adapting the first production step taking into account the comparison from step e),
10. j) using the adapted first production step for the further production of the components of the component group.

Der Herstellungsprozess umfasst den gesamten Prozess der CAD-Modellierung und der Fertigung mit den einzelnen Fertigungsschritten.The manufacturing process includes the entire process of CAD modeling and manufacturing with the individual manufacturing steps.

Die ersten Informationen enthalten Daten zu Geometrie, Material, Oberflächenbeschaffenheit, Qualitätsspezifikationen, Ablauf des Herstellungsprozesses, Normen, zu verwendende Werkzeuge und/ oder zu verwendende Hilfsmittel.The first information contains data on the geometry, material, surface properties, quality specifications, sequence of the manufacturing process, standards, tools to be used and / or aids to be used.

Die zweiten Informationen und die dritten Informationen enthalten Daten zu dem Fehler der Fertigung, der Produktivität der Fertigung, dem Verschleiß der Werkzeuge, der Temperatur bei der Fertigung und/ oder den Kosten der Fertigung.The second information and the third information contain data on the manufacturing error, the manufacturing productivity, the tool wear, the manufacturing temperature and / or the manufacturing cost.

Der zweite Fertigungsschritt ist dem ersten Fertigungsschritt unmittelbar oder nicht unmittelbar (zu späterem Zeitpunkt, mit anderen Fertigungsschritten zwischen dem ersten Fertigungsschritt und dem zweiten Fertigungsschritt) nachgelagert.The second production step is immediately or not immediately after the first production step (at a later point in time, with other production steps between the first production step and the second production step).

Das digitale Realmodell besteht dabei zur gesamten Lebenszeit (Lebenszyklus, Wertschöpfungskette, Produktzyklus) und während des gesamten Herstellungsprozesses der Bauteile.The digital real model exists for the entire life cycle (life cycle, value chain, product cycle) and during the entire manufacturing process of the components.

Die Verfahrensschritte e) bis h) können dabei beliebig oft wiederholt/ durchgeführt werden, d.h. es kann beliebig viele zweite Fertigungsschritte geben. Bei jeder Wiederholung (x + 1) wird der zweite Fertigungsschritt aus der vorherigen Durchführung (x) zu dem ersten Fertigungsschritt (in x + 1, vorgelagerter Fertigungsschritt) und ein neuer zweiter Fertigungsschritt ergänzt. Das heißt, das Verfahren ist nicht auf zwei Fertigungsschritte begrenzt.The process steps e) to h) can be repeated / carried out as often as desired, i.e. there can be as many second production steps as desired. With each repetition (x + 1), the second production step from the previous implementation (x) is added to the first production step (in x + 1, upstream production step) and a new, second production step. That is, the method is not limited to two manufacturing steps.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Anpassungen der Fertigungsschritte (erster Fertigungsschritt und zweiter Fertigungsschritt) der gegebene Herstellungsprozess stabilisiert und an die Vorgaben (Soll-Werte) angepasst wird.The method has the advantage that by adapting the manufacturing steps (first manufacturing step and second manufacturing step), the given manufacturing process is stabilized and adapted to the specifications (target values).

In einer weiteren Ausgestaltung kann das digitale Realmodell des ersten Bauteils kontinuierlich (fortlaufend) oder zu vorgegebenen Zeitpunkten bereitgestellt und aktualisiert werden.In a further embodiment, the digital real model of the first component can be provided and updated continuously (continuously) or at predetermined times.

In einer weiteren Ausgestaltung kann das CAD-Modell Daten zu Geometrie, Material, Oberflächenbeschaffenheit, Qualitätsspezifikationen, Ablauf des Herstellungsprozesses, Normen, zu verwendende Werkzeuge und/ oder zu verwendende Hilfsmittel enthalten.In a further embodiment, the CAD model can contain data on the geometry, material, surface properties, quality specifications, sequence of the manufacturing process, standards, tools to be used and / or aids to be used.

In einer weiteren Ausgestaltung können die Soll-Werte Angaben zu Kundenspezifikationen, einem Pflichtenheft, einem Lastenheft, zu dem Toleranzband der Fertigung, der Reproduzierbarkeit der Fertigung, dem Fehler der Fertigung, der Produktivität der Fertigung, dem Verschleiß der Werkzeuge und/ oder den Kosten der Fertigung beinhalten.In a further refinement, the target values can contain information on customer specifications, a functional specification, a requirement specification, the manufacturing tolerance band, manufacturing reproducibility, manufacturing errors, manufacturing productivity, tool wear and / or the costs of the Include manufacturing.

In einer weiteren Ausgestaltung können für die Durchführung des ersten Fertigungsschrittes und des zweiten Fertigungsschrittes Stellparameter für die Steuerung der Fertigungsmaschine, Maschinenauswahl, Werkzeugauswahl und/ oder Hilfsmittelauswahl herangezogen (und vor dem Heranziehen ermittelt) werden.In a further refinement, setting parameters for the control of the production machine, machine selection, tool selection and / or aid selection can be used (and determined before using them) to carry out the first production step and the second production step.

In einer weiteren Ausgestaltung können in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts und des ersten Fertigungsschritts Simulationen des Herstellungsprozesses/ der Fertigung und/ oder eines Feldeinsatzes der Bauteile einbezogen werden. Die Simulationen können zum Beispiel Auskunft über das Zerspanungsverhalten in Abhängigkeit von Schneidengeometrien, Spindeldrehzahlen, Vorschüben, Eingriffstiefen und/ oder Temperaturen bei der Fertigung geben.In a further embodiment, simulations of the manufacturing process / manufacturing and / or field use of the components can be included in the adaptation of the second manufacturing step and the first manufacturing step. The simulations can, for example, provide information about the machining behavior depending on cutting edge geometries, spindle speeds, feed rates, depths of engagement and / or temperatures during production.

In einer weiteren Ausgestaltung können in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts und des ersten Fertigungsschritts bei dem Herstellungsprozess gewonnene Erkenntnisse in durch maschinelles Lernen optimierter Form einbezogen werden.In a further embodiment, knowledge gained through machine learning can be included in the adaptation of the second manufacturing step and the first manufacturing step in the manufacturing process.

In einer weiteren Ausgestaltung kann in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts und des ersten Fertigungsschritts Wissen über das System zur Ausführung des Herstellungsprozesses (z.B. Herstellungsablaufplanung, Maschinenverfügbarkeit, Werkzeugvorrat, Toleranzbänder und/ oder Eingriffsgrenzen) einbezogen werden.In a further embodiment, knowledge about the system for executing the manufacturing process (e.g. manufacturing process planning, machine availability, tool stocks, tolerance bands and / or intervention limits) can be included in the adaptation of the second manufacturing step and the first manufacturing step.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts und des ersten Fertigungsschritts von einem adaptiven Regelkreis (Steuerungskreis) vorgenommen werden. Ein Beispiel eines Regelkreises ist in3 gegeben.In a further embodiment, the adaptation of the second production step and the first production step can be carried out by an adaptive control loop (control loop). An example of a control loop is in 3 given.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts und des ersten Fertigungsschritts online (d.h. im Verlauf des ersten Fertigungsschritts und/ oder des zweiten Fertigungsschritts) und/ oder offline (d.h. nach Abschluss des ersten Fertigungsschritts und/ oder des zweiten Fertigungsschritts) vorgenommen werden.In a further embodiment, the adjustment of the second production step and the first production step can be carried out online (i.e. during the first production step and / or the second production step) and / or offline (i.e. after the first production step and / or the second production step has been completed).

Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

• - hohe Flexibilität in Bezug auf zu fertigende Bauteile und Materialbatches
• - robuste, resiliente, adaptive Prozesskette
• - hohe Produktivität (Kosteneffizienz, Auslastungsgrad) und niedrige Fehlleistungskostenrate
• - lernendes und selbstoptimierendes System (Machine Learning, Artificial Intelligence) als integraler Bestandteil eines cyberphysikalischen Produktionssystems (CPS).

The invention offers the following advantages:

• - high flexibility with regard to the components and material batches to be manufactured
• - robust, resilient, adaptive process chain
• - high productivity (cost efficiency, degree of utilization) and low failure cost rate
• - Learning and self-optimizing system (machine learning, artificial intelligence) as an integral part of a cyber-physical production system (CPS).

FigurenlisteFigure list

Die Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.The special features and advantages of the invention are evident from the following explanations of several exemplary embodiments with the aid of schematic drawings.

Es zeigen

• 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2 einen allgemeinen Regelkreis und
• 3 einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Show it

• 1 a flow chart of the method according to the invention,
• 2 a general control loop and
• 3 a sequence of the method according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe, wobei während des Herstellungsprozesses ein digitales Realmodell eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe bereitgestellt und aktualisiert wird, wobei das digitale Realmodell Informationen bezüglich Konstruktion, Produktion, Ist-Geometrie, Feldeinsatz, Reparatur und/ oder Recycling des ersten Bauteils enthält.1 shows a flowchart of the method according to the invention for adapting a manufacturing process of components of a component group, wherein a digital real model of a first component of the component group is provided and updated during the manufacturing process, the digital real model providing information on construction, production, actual geometry, field use, repair and / or contains recycling of the first component.

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

1. a) Schritt S1: Ein Erstellen eines CAD-Modells zur Fertigung der Bauteile auf Basis von Soll-Werten,
2. b) Schritt S2: Ein Erstellen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Erstellung des CAD-Modells gewonnener erster Informationen,
3. c) Schritt S3: Ein Durchführen von einem ersten Fertigungsschritt an dem ersten Bauteil gemäß dem CAD-Modell,
4. d) Schritt S4: Ein Anpassen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Durchführung des ersten Fertigungsschritts gewonnener zweiter Informationen,
5. e) Schritt S5: Ein Vergleichen des digitalen Realmodells mit den Soll-Werten,
6. f) Schritt S6: Ein Anpassen von mindestens einem zweiten Fertigungsschritt unter Berücksichtigung des Vergleichs, wobei der zweite Fertigungsschritt dem ersten Fertigungsschritt nachgelagert ist,
7. g) Schritt S7: Ein Durchführen des zweiten Fertigungsschritts an dem ersten Bauteil,
8. h) Schritt S8: Ein Anpassen des digitalen Realmodells auf Basis durch die Durchführung des zweiten Fertigungsschritts gewonnener dritter Informationen,
9. i) Schritt S9: Ein Anpassen des ersten Fertigungsschritts unter Berücksichtigung des Vergleichs aus Schritt e) / Schritt S5,
10. j) Schritt S10: Ein Verwenden des angepassten ersten Fertigungsschritts für die weitere Fertigung der Bauteile der Bauteilgruppe.

The procedure consists of the following steps:

1. a) Step S1: Creating a CAD model for manufacturing the components on the basis of target values,
2. b) Step S2: A creation of the digital real model on the basis of the first information obtained by creating the CAD model,
3. c) Step S3: Carrying out a first production step on the first component according to the CAD model,
4. d) Step S4: an adaptation of the digital real model on the basis of second information obtained by performing the first production step,
5. e) Step S5: A comparison of the digital real model with the target values,
6. f) Step S6: an adaptation of at least one second production step taking into account the comparison, the second production step being downstream of the first production step,
7. g) Step S7: performing the second manufacturing step on the first component,
8. h) Step S8: an adaptation of the digital real model on the basis of third information obtained by performing the second production step,
9. i) Step S9: adapting the first production step taking into account the comparison from step e) / step S5,
10. j) Step S10: using the adapted first production step for the further production of the components of the component group.

2 zeigt einen allgemeinen Regelkreis11. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Anpassung des CAD-Modells auf Basis durch die Herstellung des ersten Bauteils (der Bauteilgruppe) gewonnener Informationen innerhalb eines dynamischen Regelkreises vorgenommen werden. Der Regelkreis weist eine Regelstrecke1 auf. Die Regelstrecke1 kann z.B. ein Herstellungsprozess, ein Fertigungsprozess und/ oder ein Verarbeitungsprozess des ersten Bauteils in einer Maschine sein. Auf die Regelstrecke1 können Störgrößen2 wirken. Störgrößen2 können z.B. Materialabweichungen/ - toleranzen im Rohstoff für das erste Bauteil sein. Über die Regelstrecke1 soll vom Regelkreis eine Regelgröße3 geregelt werden. Die Regelgröße3 können z.B. Abmessungen des ersten Bauteils sein. Die Regelgröße3 wird von einer Messeinrichtung4 erfasst. Die Messeinrichtung4 kann z.B. Sensoren aufweisen, die das erste Bauteil während des Herstellungsprozesses/ Fertigung erfassen und an der Maschine, die das erste Bauteil herstellt, angebracht sein. Das Ergebnis des Erfassens durch die Messeinrichtung4 ist ein Istwert5. Im Beispiel ist der Istwert5 die Ist-Geometrie und Teil eines digitalen Realmodells. Der Istwert5 wird mit einem von außen gegebenen / definierten Sollwert6 verglichen. Der Sollwert6 kann z.B. Anforderungen an die Abmaße der Bauteile der Bauteilgruppe enthalten. Ergebnisse des Vergleichs werden an einen Regler7 weitergegeben. Der Regler7 kann z.B. ein Computerprogramm sein. Der Regler7 steuert eine Steuergröße8. Die Steuergröße8 kann z.B. das CAD-Modell (auf dessen Basis das erste Bauteil hergestellt wurde) sein. Die Steuergröße8 steuert eine Stelleinrichtung9. Die Stelleinrichtung9 kann z.B. die Maschinensteuerung der Maschine sein. Die Stelleinrichtung stellt eine Stellgröße10. Die Stellgröße kann z.B. ein Maschinenparameter wie Bohrdurchmesser und/ oder Fräsgeschwindigkeit sein. Die gestellte (veränderte) Stellgröße10 kann im weiteren Ablauf auf der Regelstrecke1 verwendet werden, um weitere Bauteile der Bauteilgruppe herzustellen und folgende Fertigungsschritte an dem ersten Bauteil durchzuführen.2 shows ageneral control loop 11 . In one embodiment of the method according to the invention, the adaptation of the CAD model can be carried out on the basis of information obtained through the production of the first component (the component group) within a dynamic control loop. The control loop has a controlledsystem 1 on. The controlledsystem 1 can for example be a manufacturing process, a manufacturing process and / or a processing process of the first component in a machine. On the controlledsystem 1 can disturbance variables 2 Act. Disturbance variables 2 For example, there may be material deviations / tolerances in the raw material for the first component. Via the controlledsystem 1 should be a controlled variable from thecontrol loop 3 be managed. The controlled variable 3 can be dimensions of the first component, for example. The controlledvariable 3 is by a measuring device 4th detected. The measuring device 4th can, for example, have sensors that detect the first component during the manufacturing process / manufacture and be attached to the machine that produces the first component. The result of the detection by the measuring device 4th is an actual value 5 . In the example is the actual value 5 the actual geometry and part of a digital real model. The actual value 5 is with an externally given / defined setpoint 6th compared. The setpoint 6th may, for example, contain requirements for the dimensions of the components of the component group. Results of the comparison are sent to a controller 7th passed on. The regulator 7th can for example be a computer program be. The regulator 7th controls a control variable 8th . The control variable 8th can, for example, be the CAD model (on the basis of which the first component was manufactured). The control variable 8th controls anactuator 9 . Thecontrol device 9 can for example be the machine control of the machine. The actuating device provides a manipulatedvariable 10 . The manipulated variable can, for example, be a machine parameter such as drilling diameter and / or milling speed. The set (changed) manipulated variable 10 can in the further process on the controlledsystem 1 can be used to manufacture further components of the component group and to carry out the following manufacturing steps on the first component.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit den Komponenten des Regelkreises11 aus2 beschrieben. Ein Bauteil soll mittels Fräsen (Regelstrecke1) bearbeitet werden. Als Material wird eine Stahlsorte verwendet, deren Zerspanungsverhalten aufgrund von batchabhängigen Legierungs- und Verunreinigungskonzentrationen erheblichen Schwankungen unterliegt (z.B. Schwefelgehalt) (Störgröße2). Nach der Fräsbearbeitung des Bauteils wird die Geometrie (Regelgröße3) durch eine Messeinrichtung4 (z.B. Kameraaufnahme und Rendering) vermessen (Istwert5 wird ermittelt) und in ein digitales Realmodell übertragen, ebenso wie sämtliche relevanten (CTQ: critical to quality) Prozessdaten (z.B. Kräfte, Schwingungen, Vorschübe, Werkzeugverschleiss). Ein Regelalgorithmus vergleicht nun die Ist-Geometriedaten (Istwert5) mit den Sollwerten (Sollwert6) des CAD-Modells und den Prozessdaten. Unter Einbeziehung von zusätzlichen Daten aus den MES- und CAQ-Systemen (z.B. Herstellungs-Ablaufplanung, Maschinenverfügbarkeit, Werkzeugvorrat, Toleranzbänder und Eingriffsgrenzen) und ggf. geeigneten Simulationstools (CAM, Zerspanungsverhalten in Abhängigkeit von Schneidengeometrien, Spindeldrehzahlen, Vorschüben und Eingriffstiefen, Temperaturen) errechnet ein Algorithmus (Regler7) nun eine adaptierte Prozessauslegung (Steuergröße8) inkl. der benötigten Stellparameter (Stellgröße10) für die Maschinensteuerung (Stelleinrichtung9) und ggf. Anpassung der Maschinen-, Werkzeug- und Hilfsmittelauswahl, welche zu einem optimalen Bearbeitungsergebnis für das jeweilige Materialbatch und die folgenden Bauteile führt (feed-back).The following is an exemplary embodiment in connection with the components of thecontrol loop 11 out 2 described. A component should be milled (controlled system 1 ) to be edited. The material used is a type of steel whose machining behavior is subject to considerable fluctuations due to batch-dependent alloy and impurity concentrations (e.g. sulfur content) (disturbance variable 2 ). After the component has been milled, the geometry (controlled variable 3 ) by a measuring device 4th (e.g. camera recording and rendering) measure (actual value 5 is determined) and transferred to a digital real model, as well as all relevant (CTQ: critical to quality) process data (e.g. forces, vibrations, feed rates, tool wear). A control algorithm now compares the actual geometry data (actual value 5 ) with the setpoints (setpoint 6th ) of the CAD model and the process data. With the inclusion of additional data from the MES and CAQ systems (e.g. production process planning, machine availability, tool stocks, tolerance bands and action limits) and, if necessary, suitable simulation tools (CAM, machining behavior depending on cutting edge geometries, spindle speeds, feed rates and depths of action, temperatures) an algorithm (controller 7th ) now an adapted process design (control variable 8th ) including the required control parameters (control variable 10 ) for the machine control (setting device 9 ) and, if necessary, adaptation of the selection of machines, tools and aids, which leads to an optimal processing result for the respective material batch and the following components (feedback).

An die Fräsbearbeitung (Regelstrecke1) schließt sich ein Auslagerungs-/ Temperprozess (weiter Regelstrecke1) zur Egalisierung von beim Fräsen (Regelstrecke1) eingebrachten mechanischen Spannungen an, bei dem sich das Bauteil geometrisch verändert (verzieht). In Abhängigkeit von den Ist-Daten (Istwert5) des digitalen Realmodells nach dem Fräsen (Regelstrecke1) kann nun dieser Folgeprozess (weiter Regelstrecke1) adaptiert werden (Heiz-/ Kühlrampen, Maximaltemperatur, Haltezeiten) (weitere Stellgröße10), um eine bestmögliche Geometriestabilität zu erzielen (feed-forward).To the milling process (controlled system 1 ) an aging / tempering process (further controlled system 1 ) for equalizing during milling (controlled system 1 ) applied mechanical stresses at which the component changes geometrically (warps). Depending on the actual data (actual value 5 ) of the digital real model after milling (controlled system 1 ) this follow-up process (further controlled system 1 ) can be adapted (heating / cooling ramps, maximum temperature, holding times) (further manipulated variable 10 ) in order to achieve the best possible geometric stability (feed-forward).

3 zeigt einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe. Während des gesamten Herstellungsprozesses wird ein digitales Realmodell16 der Bauteile aktualisiert und bereitgestellt.3 shows a possible sequence of the method according to the invention for adapting a manufacturing process for components of a component group. A digital real model is created during theentire manufacturing process 16 of the components updated and provided.

Ein CAD-Modell12 zur Fertigung eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe wird erstellt. Ein erster Fertigungsschritt13 an dem ersten Bauteil wird gemäß dem CAD-Modell12 durchgeführt. Ein zweiter Fertigungsschritt14 wird auf Basis des Ergebnisses (Vergleich von Istwerten (Realmodell16) und Sollwerten) des ersten Fertigungsschritts13 angepasst. Hierzu setzt ein erster Regelkreis11a ein. Das erste Bauteil unterläuft anschließend dem angepassten zweiten Fertigungsschritt14 (feed-forward).A CAD model 12th for the production of a first component of the component group is created. A first production step 13th on the first component according to the CAD model 12th carried out. A second manufacturing step 14th is based on the result (comparison of actual values (real model 16 ) and setpoints) of the first production step 13th customized. A first control loop is used for this 11a a. The first component then undergoes the adapted second production step 14th (feed-forward).

Zusätzlich wird auf Basis des Ergebnisses (Vergleich von Istwerten (durch Realmodel16 oder nachgelagerte Prüfung/ Inspektion15) und Sollwerten) des ersten Fertigungsschritts13 der erste Fertigungsschritt13 angepasst. Hierzu setzt ein zweiter Regelkreis11b ein. Der erste angepasste erste Fertigungsschritt13 kann für die weiterer Fertigung von Bauteilen der Bauteilgruppe verwendet werden (feed-back).In addition, based on the result (comparison of actual values (usingreal model 16 or downstream testing / inspection 15th ) and setpoints) of the first production step 13th the first manufacturing step 13th customized. A second control loop is used for this 11b a. The first adapted first production step 13th can be used for the further production of components of the component group (feed-back).

Erfindungsgemäß wird ein adaptiver online- oder offline-Steuerungs- / Regelkreis11 beansprucht, der sich aus dem digitalen Realmodell16 des Bauteils zum Zeitpunktt_x, den vorangegangenen Fertigungsschritten P_y (t_x - t_a) (erster Fertigungsschritt13) und/oder den zukünftigen Fertigungssschritten P_z (t_x + t_b) (zweiter Fertigungsschritt14) sowie zusätzlichen Daten aus den MES- und CAQ-Systemen zusammensetzt. Dabei wird das digitale Realmodell16 herangezogen, um das Ergebnis der bereits erfolgten Fertigungsschritte P_y (erster Fertigungsschritt13) mit den Vorgaben aus dem CAD-Modell12 und dem Manufacturing Execution System (MES) und/ oder Computer-aided Quality-Systemen zu vergleichen und hinsichtlich Prozessfähigkeit (z.B. Lage im Toleranzband, Reproduzierbarkeit, Fehler), Produktivität, Verschleiß der Werkzeuge, Kosten etc. zu analysieren. Daraufhin wird dann der betreffende Herstellungsprozess optimiert, damit das anschließend zu fertigende Bauteil mit einem optimierten Ergebnis bearbeitet werden kann (feed-back Schleife).According to the invention there is an adaptive online or offline control / regulatingcircuit 11 which results from the digitalreal model 16 of the component at the time t_x , the previous production steps P_y (t_x - t_a ) (first production step 13th ) and / or the future production steps P_z (t_x + t_b ) (second production step 14th ) as well as additional data from the MES and CAQ systems. The digital real model becomes 16 used to determine the result of the manufacturing steps P_y (first manufacturing step 13th ) with the specifications from the CAD model 12th and to compare the Manufacturing Execution System (MES) and / or computer-aided quality systems and analyze them with regard to process capability (e.g. position in the tolerance band, reproducibility, errors), productivity, tool wear, costs, etc. The relevant manufacturing process is then optimized so that the component to be subsequently manufactured can be processed with an optimized result (feed-back loop).

Betrachtet man das digitale Realmodell16 des Bauteils zum Zeitpunktt_x im Hinblick auf die nachfolgenden Fertigungsschritte P_z (zweiter Fertigungsschritt14), so gilt die Vorgehensweise analog dazu (feed-forward Schleife).Looking at the digitalreal model 16 of the component at the time t_x with regard to the subsequent manufacturing steps P_z (second manufacturing step 14th ), the same procedure applies (feed-forward loop).

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass mit Hilfe des zum Zeitpunktt_x existierenden digitalen Realmodells16 eines Bauteils sowohl die vorangegangenen Prozessschritte (für die nachfolgenden Bauteile) als auch die zukünftigen Prozessschritte (für das gleiche Bauteil) entlang des Herstellungs-Wertstroms adaptiv online oder offline geregelt werden können. Analoges gilt für die gesamte Wertschöpfungskette (Produktzyklus) sowie für den Betriebseinsatz von Bauteilen und Systemen.In summary it can be said that with the help of the date t_x existing digitalreal model 16 of a component, both the previous process steps (for the subsequent components) and the future process steps (for the same component) can be controlled adaptively online or offline along the manufacturing value stream. The same applies to the entire value chain (product cycle) and to the operational use of components and systems.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

RegelstreckeControlled system

22

StörgrößenDisturbance variables

33

RegelgrößeControlled variable

44th

MesseinrichtungMeasuring device

55

Istwertactual value

66

SollwertSetpoint

77th

ReglerRegulator

88th

SteuergrößeControl variable

99

StelleinrichtungAdjusting device

1010

StellgrößeManipulated variable

1111

RegelkreisControl loop

11a11a

erster Regelkreisfirst control loop

11b11b

zweiter Regelkreissecond control loop

1212

CAD-ModellCAD model

1313

erster Fertigungsschrittfirst manufacturing step

1414th

zweiter Fertigungsschrittsecond manufacturing step

1515th

Prüfung/ InspektionTesting / inspection

1616

digitales Realmodelldigital real model

SiSi

Verfahrensschritt i mit i = [1; 10]Method step i with i = [1; 10]

t_xt_x

Zeitpunkttime

Claims (10)

Translated fromGerman

Verfahren zur Anpassung eines Herstellungsprozesses von Bauteilen einer Bauteilgruppe,wobei während des Herstellungsprozesses ein digitales Realmodell (16) eines ersten Bauteils der Bauteilgruppe bereitgestellt und aktualisiert wird,wobei das digitale Realmodell (16) Informationen bezüglich Konstruktion, Produktion, Ist-Geometrie, Feldeinsatz, Reparatur und/ oder Recycling des ersten Bauteils enthält,aufweisend die folgenden Schritte:a) ein Erstellen (S1) eines CAD-Modells (12) zur Fertigung der Bauteile auf Basis von Soll-Werten (6),b) ein Erstellen (S2) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Erstellung des CAD-Modells (12) gewonnener erster Informationen,c) ein Durchführen (S3) von einem ersten Fertigungsschritt (13) an dem ersten Bauteil gemäß dem CAD-Modell (12),d) ein Anpassen (S4) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Durchführung des ersten Fertigungsschritts (13) gewonnener zweiter Informationen,e) ein Vergleichen (S5) des digitalen Realmodells (16) mit den Soll-Werten (6),f) ein Anpassen (S6) von mindestens einem zweiten Fertigungsschritt (14) unter Berücksichtigung des Vergleichs, wobei der zweite Fertigungsschritt (14) dem ersten Fertigungsschritt (13) nachgelagert ist,g) ein Durchführen (S7) des zweiten Fertigungsschritts (14) an dem ersten Bauteil,h) ein Anpassen (S8) des digitalen Realmodells (16) auf Basis durch die Durchführung des zweiten Fertigungsschritts (14) gewonnener dritter Informationen,i) ein Anpassen (S9) des ersten Fertigungsschritts (13) unter Berücksichtigung des Vergleichs aus Schritt e),j) ein Verwenden (S10) des angepassten ersten Fertigungsschritts (13) für die weitere Fertigung der Bauteile der Bauteilgruppe.Method for adapting a manufacturing process for components in a component group,wherein a digital real model (16) of a first component of the component group is provided and updated during the manufacturing process,wherein the digital real model (16) contains information regarding construction, production, actual geometry, field use, repair and / or recycling of the first component,comprising the following steps:a) creating (S1) a CAD model (12) for manufacturing the components on the basis of nominal values (6),b) creating (S2) the digital real model (16) on the basis of first information obtained by creating the CAD model (12),c) performing (S3) a first production step (13) on the first component according to the CAD model (12),d) an adaptation (S4) of the digital real model (16) on the basis of the second information obtained by performing the first production step (13),e) comparing (S5) the digital real model (16) with the setpoint values (6),f) an adaptation (S6) of at least one second production step (14) taking into account the comparison, the second production step (14) being downstream of the first production step (13),g) performing (S7) the second production step (14) on the first component,h) an adaptation (S8) of the digital real model (16) on the basis of third information obtained by performing the second production step (14),i) an adaptation (S9) of the first production step (13) taking into account the comparison from step e),j) using (S10) the adapted first production step (13) for the further production of the components of the component group.Verfahren nachAnspruch 1, wobei das digitale Realmodell (16) des ersten Bauteils kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeitpunkten bereitgestellt und aktualisiert wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the digital real model (16) of the first component is provided and updated continuously or at predetermined times.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das CAD-Modell (12) Daten zu Geometrie, Material, Oberflächenbeschaffenheit, Qualitätsspezifikationen, Ablauf des Herstellungsprozesses, Normen, zu verwendende Werkzeuge und/ oder zu verwendende Hilfsmittel enthält.Method according to one of the preceding claims, wherein the CAD model (12) contains data on geometry, material, surface properties, quality specifications, sequence of the manufacturing process, standards, tools to be used and / or aids to be used.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Soll-Werte (6) Angaben zu Kundenspezifikationen, einem Pflichtenheft, einem Lastenheft, zu dem Toleranzband der Fertigung, der Reproduzierbarkeit der Fertigung, dem Fehler der Fertigung, der Produktivität der Fertigung, dem Verschleiß der Werkzeuge und/ oder den Kosten der Fertigung beinhalten.Method according to one of the preceding claims, wherein the target values (6) provide information on customer specifications, a functional specification, a requirement specification, the tolerance band of the production, the reproducibility of the production, the error of the production, the productivity of the production, the wear of the tools and / or the cost of manufacturing.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Durchführung des ersten Fertigungsschrittes (13) und des zweiten Fertigungsschrittes (14) Stellparameter (10) für die Steuerung der Fertigungsmaschine, Maschinenauswahl, Werkzeugauswahl und/ oder Hilfsmittelauswahl herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, wherein for the implementation of the first production step (13) and the second production step (14) setting parameters (10) for the control of the production machine, machine selection, Tool selection and / or selection of aids can be used.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts (14) und des ersten Fertigungsschritts (13) Simulationen des Herstellungsprozesses und/ oder eines Feldeinsatzes der Bauteile einbezogen werden.Method according to one of the preceding claims, wherein simulations of the manufacturing process and / or field use of the components are included in the adaptation of the second manufacturing step (14) and the first manufacturing step (13).Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts (14) und des ersten Fertigungsschritts (13) bei dem Herstellungsprozess gewonnene Erkenntnisse in durch maschinelles Lernen optimierter Form einbezogen werden.Method according to one of the preceding claims, in which the adaptation of the second production step (14) and the first production step (13) in the production process includes knowledge gained in a form optimized by machine learning.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts (14) und des ersten Fertigungsschritts (13) Wissen über das System zur Ausführung des Herstellungsprozesses einbezogen wird.Method according to one of the preceding claims, knowledge about the system for carrying out the manufacturing process being included in the adaptation of the second manufacturing step (14) and the first manufacturing step (13).Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts (14) und des ersten Fertigungsschritts (13) von einem adaptiven Regelkreis (11) vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the adaptation of the second production step (14) and the first production step (13) is carried out by an adaptive control loop (11).Verfahren nachAnspruch 9, wobei die Anpassung des zweiten Fertigungsschritts (14) und des ersten Fertigungsschritts (13) online und/ oder offline vorgenommen wird.Procedure according to Claim 9 , the adaptation of the second manufacturing step (14) and the first manufacturing step (13) being carried out online and / or offline.

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