Titelaufnahme

Titel
Simulation of LEGO® Mindstorms NXT based plants using a distributed automation framework / von Simon Pirker
VerfasserPirker, Simon
Begutachter / BegutachterinVincze, Markus ; Zoitl, Alois
Erschienen2010
UmfangVII, 83 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Digitale Fabrik, Verteilte Simulation, IEC61499
Schlagwörter (EN)Digital Factory, Distributed Simulation, IEC61499
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-40020 Persistent Identifier (URN)
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Simulation of LEGO® Mindstorms NXT based plants using a distributed automation framework [0.94 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Eine neue Fabrik zu bauen, oder auch nur den Produktionsablauf zu ändern ist ein sehr kostspieliges Unterfangen. Deshalb wird in kostenreduzierende Maßnahmen viel investiert. Ein Ansatz, um die Kosten schon während der Entwurfsphase zu senken, bietet die Digitale Fabrik. Dabei werden die Abläufe in der geplanten Fabrik realitätsgetreu simuliert, und ausgewertet. Eine Digitale Fabrik besteht aber nicht nur aus dem Simulationsteil, sondern auch aus einem Steuerungsteil, in dem Steuerungsprogramme getestet werden können. Wenn diese Steuerungsprogramme auf der echten Hardware ausgeführt werden, und damit der Simulationsteil gesteu- ert wird, spricht man von Soft-Commissioning®, wodurch Fehler frühzeitig erkannt werden können. Durch die frühen Tests werden spätere teure Änderungen an der Fabrik verhindert, und durch die flexible Planung wird die Planungsphase verkürzt, wodurch die Fabrik früher realisiert werden kann.

In dieser Arbeit wird die Frage behandelt, ob sich 3d Spiele Engines dazu eignen, ein Framework für verteilte Simulationen nach dem Konzept der Digitalen Fabrik zu entwicklen. Für die Darstellung der Digitalen Fabrik werden 3d Modelle der LEGO® Mindstorms NXT Sensoren und Aktuatoren verwendet. Die Steuerungsprogramme werden IEC 61499 konform mit der 4DIAC-IDE entwickelt, und in der FORTE Laufzeitumgebung ausgeführt.

Das entwickelte Framework bietet die Möglichkeit, über eine Schnittstelle eige- ne Steuerungsprogramme zu entwerfen, die mit dem Simulationsteil interagieren.

Diese Möglichkeit ist vor allem für den Lehrbetrieb interessant, da es Studenten die Möglichkeit bietet, früh mit dem Konzept der Digitalen Fabrik, und des Soft- Commissioning® vertraut zu werden.

Zum Test des Frameworks werden in der Arbeit zwei Experimente entwickelt. Diese sind die Simulationen einer Autowaschanlage, und eines Roboters, der einer Linie folgt. Neben den Ergebnissen zu den Experimenten und zum Framework, wird auch der Umgang mit der 3d Engine selbst exemplarisch erläutert. Die Resultate zeigen, dass sich eine 3d Spiele Engine sehr gut dazu eignet, ein Framework zu entwickeln, das alle Anforderungen einer Digitale Fabrik erfüllt, und sich auch für den Einsatz im Lehrbetrieb eignet.

Zusammenfassung (Englisch)

To build a new factory, or to change the production chain can be a very cost intensive endeavor. Therefore a lot of interest exists in cost reducing methods.

One way to reduce cost during the development phase is provided by the concept of the Digital Factory, where the production flow is simulated and evaluated in a realistic manner.

The Digital Factory not only consists of a simulation part, but also of a control part, where the control applications can be tested. When those control applications are run on a real controller, and interact with the simulated factory, we can speak of Soft Commissioning®, which enables early error detection. With this early error detection, possible cost intensive changes in the factory can be prevented later on, and the design phase is being shortened, due to the flexible panning, resulting in earlier start up of the factory.

Within this thesis the question will be answered, whether a 3d game engine is suited well enough, to develop a distributed simulation framework, following the concept of the two tier model of the Digital Factory. For the creation of the Digital Factory, 3d models of LEGO® Mindstorms NXT sensors and actuators will be used, which are available from the LDraw library. For the development of the control part, 4DIAC-IDE will be used, and FORTE as the runtime environment.

Using the developed framework, own control applications can be created, which interact with the simulation part. That way the concept of the Digital Factory and Soft Commissioning® can be experienced by studetns.

In order to test the framework, two experiments are developed in this thesis. Those are a car wash station, and a robot, which follows a line. Next to presenting the results of the framework and the experiments, also the usage of the 3d game engine will be presented. The results show, that a 3d game engine is well suited to develop a framework of a Digital Factory, which can also be used for teaching purposes.