Betriebsbegleitende Echtzeitsimulation zur prädiktiven Online-Kollisionsüberwachung von Produktionssystemen mit Bewegungssteuerungen (SimPrO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545637120

Im Betrieb von Produktionssystemen mit Bewegungssteuerungen stellen Kollisionen sowohl ein wirtschaftliches Risiko, als auch eine Gefahr für den Menschen dar. Bei dynamischen Bewegungsabläufen von mehrachsigen Kinematiken und insbesondere bei der Kooperation mehrerer Kinematiken ist die Kollisionsgefahr besonders hoch. Durch den Eingriff in Steuerungsprogramme und -parameter zur Laufzeit durch den Menschen, adaptive Systeme oder lediglich durch das situationsabhängige Verhalten von Bewegungssteuerungen kann ein Bewegungsablauf im Betrieb von vorab getesteten Bewegungsabläufen abweichen. Daher ist es notwendig, Kollisionen während der Betriebsphase, in Echtzeit und prädiktiv (d.h. bevor die Kollision auftritt) absichern zu können. In Vorarbeiten wird exemplarisch gezeigt, dass durch den Einsatz von Simulationsmodellen aus der virtuellen Inbetriebnahme eine simulationsbasierte Online-Kollisionsüberwachung in der Betriebsphase realisiert werden kann. Dieser Ansatz zeichnet sich insbesondere auf Grund der durchgängigen Einbettung in das Engineering von Produktionssystem aus. Allerdings bleiben dabei Fragestellungen zur systematischen Überführung der Simulationsmodelle, dem Vergleich und der Güte von Prädiktionsmethoden, sowie der echtzeitfähigen Auslegung von Kollisionsmodellen unbeantwortet. Ziel des Vorhabens ist die Realisierung und Untersuchung einer durchgängigen simulationsbasierten Online-Kollisionsüberwachung. Auf dieser Basis können die offenen Fragestellungen erforscht werden. Bei der Untersuchung von Prädiktionsmethoden sind insbesondere die Einbindung virtueller Steuerungen und die Nutzung steuerungsinterner Daten (aus der Bewegungsplanung) vielversprechend. Im Bereich der echtzeitfähigen Kollisionsberechnung, konnten mit dem Ansatz der "Voxelization" in Vorarbeiten gute Ergebnisse erzielt werden. Daher wird dieser Ansatz im Rahmen dieses Vorhabens tiefgreifender untersucht. Die entwickelten Teillösungen, sowie die entstehende Gesamtlösung, werden dabei stets an einem realen Produktionssystem validiert, um belastbare Aussagen über die Lösungen und deren industrielle Anwendbarkeit zu ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler