Modell zur datenbankgestützten Planung automatisierter Montageanlagen

Die Entwicklung rechnergestützter Planungswerkzeuge für die Montage ist für die gegenwärtigen Automatisierungsbestrebungen in der Montage von grundlegender Bedeutung. Die vorliegende Arbeit verfolgte eine dreifache Zielsetzung. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage sollte dazu dienen, das Wissen über an der Montage beteiligte Komponenten zu systematisieren und zu klassifizieren. Es sollte zusätzlich ein Beitrag geleistet werden, bestehende Lücken in der Planungssystematik für die Montage zu schließen. Ein besonderes Anliegen war es, zu zeigen, wie Datenbanken entworfen werden können, mit denen einzelne Planungswerkzeuge zu einem Gesamtsystem integriert und damit effektiver genutzt werden können. Zunächst wurden die entsprechenden Aufgabenstellungen in Kapitel 2 kurz vorgestellt und gezeigt, daß dem Einsatz von Datenbanken in einer Verfahrenskette zur Montageplanung eine zentrale Bedeutung zukommt. Bisher wurden Datenbanken im Bereich der Montageplanung jedoch kaum genutzt. Dies wird hauptsächlich darauf zurückgeführt, daß die vorwiegend für kommerzielle Anwendungen entwickelten Datenbankmanagementsysteme für technische Anwendungen nur unzureichend geeignet sind und der Datenbankentwurf sich als eine sehr komplexe Aufgabenstellung darstellt. Kapitel 3 enthält eine Einführung in die Begriffswelt der Datenbanktechnologie. Besonderer Wert wurde auf die Darstellung der Methoden zum Datenbankentwurf gelegt. Es wurde der Weg von der Bedarfsanalyse bis zum implementierfähigen konzeptionellen Schema aufgezeigt. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage wurde in Kapitel 4 durchgeführt. Die Montage wurde dazu auf ein soziotechnologisches Modell abgebildet, welches eine klare Abgrenzung der einzelnen an der Montage beteiligten Komponenten ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Systemanalyse dokumentieren, daß die Systemtechnik ein unerläßliches Hilfsmittel darstellt, um zu einer strukturierten Beschreibung eines so komplexen Problemkreises, wie ihn die Montage darstellt, zu gelangen. In Kapitel 5 wurde der Ablauf der systematischen Montageanlagenplanung analysiert. Um die Lücke in der systematischen Montageplanung zwischen der Beschreibung der Montageaufgabe und der Erstellung des Montagelayouts zu schließen, wurde ein neues Verfahren zur Montageablaufbeschreibung entwickelt. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß anhand einer operationalen Beschreibung des Montageablaufs direkt, geeignete Wirkorgane und Geräte zur Durchführung der Montage, aus einer Datenbasis ausgewählt werden können. Diese beiden Kapitel bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines konzeptionellen Schemas, mit dem der gesamte Ablauf der Montageplanung, wie er in Kapitel 5 dargestellt wurde, unterstützt werden kann. Es wurden zunächst semantische Schemata für die einzelnen Planungsschritte entworfen und diese dann zu einem gemeinsamen konzeptionellen Schema integriert. Zum Abschluß der Arbeit wurden die Implementierung einer Datenbank nach diesem konzeptionellen Schema und exemplarische Realisierungen von Anwenderprogrammen, die mit dieser Datenbank arbeiten, vorgestellt. Die Arbeit hat gezeigt, daß schon durch die für die Vorbereitung eines Datenbankeinsatzes erforderliche systematische Betrachtung der Montage wesentliche Erkenntnisse zur Montageplanung gewonnen werden können. Zudem kann auch mit derzeit verfügbaren Datenbankmanagementsystemen, trotz der in Kapitel 3 angesprochenen Unzulänglichkeiten, eine wirkungsvolle Unterstützung der rechnergestützten Montageplanung erreicht werden, indem der Eingabeaufwand für einzelne Anwendungsprogramme erheblich reduziert und Fehler durch redundante Datenspeicherung weitgehend vermieden werden.The development of computer-aided planning tools for assembly is of fundamental importance for the current automation efforts in assembly. The present work pursued a threefold objective. A systematic view of the assembly should serve to systematize and classify the knowledge about components involved in the assembly. An additional contribution should be made to close existing gaps in the planning system for assembly. A particular concern was to show how databases can be designed, with which individual planning tools can be integrated into an overall system and thus used more effectively. First, the corresponding tasks were briefly presented in Chapter 2 and it was shown that the use of databases in a process chain for assembly planning is of central importance. So far, databases in the area of assembly planning have hardly been used. This is mainly attributed to the fact that the database management systems, which were developed primarily for commercial applications, are insufficiently suitable for technical applications and the database design presents itself as a very complex task. Chapter 3 introduces the conceptual world of database technology. Particular emphasis was placed on the presentation of the methods for database design. The path from the needs analysis to the implementable conceptual scheme was shown. A system-technical examination of the assembly was carried out in chapter 4. For this purpose, the assembly was mapped onto a socio-technological model, which enables a clear demarcation of the individual components involved in the assembly. The results of this system analysis document that the system technology is an indispensable aid in order to arrive at a structured description of such a complex problem as the assembly represents. In Chapter 5, the process of systematic assembly system planning was analyzed. In order to close the gap in the systematic assembly planning between the description of the assembly task and the creation of the assembly layout, a new procedure for the assembly process description was developed. This method is characterized in that, based on an operational description of the assembly process, suitable active elements and devices for carrying out the assembly can be selected directly from a database. These two chapters formed the basis for the development of a conceptual scheme that can be used to support the entire assembly planning process, as described in Chapter 5. First, semantic schemes for the individual planning steps were designed and then integrated into a common conceptual scheme. At the end of the work, the implementation of a database according to this conceptual scheme and exemplary implementations of user programs that work with this database were presented. The work has shown that the systematic consideration of assembly required for the preparation of a database deployment can provide essential insights into assembly planning. In addition, with the currently available database management systems, despite the shortcomings mentioned in Chapter 3, effective support for computer-aided assembly planning can be achieved by considerably reducing the input effort for individual application programs and largely avoiding errors due to redundant data storage

Auswahl PC-gestützter Software-Entwicklungsumgebungen : dargestellt am Beispiel von Excelerator, Information Engineering Workbench, ProKit*WORKBENCH und Systems Engineer

Diese Arbeit basiert auf Erfahrungen, die bei der Auswahl einer Software-Entwicklungsumgebung für die Ausbildung der Wirtschaftsinformatikstudierenden an der Universität zu Köln von den Autoren im Januar 1991 gemacht wurden. Eine ideale SEU zur Entwicklung sämtlicher Softwaretypen und zur Unterstützung aller Aufgaben der Softwareentwicklung, außerdem lauffähig auf allen Rechnerklassen, ist am Markt nicht verfügbar. Der potentielle Käufer einer SEU muß deshalb das für seine individuellen Bedürfnisse und Zielvorstellungen geeignetste Produkt aus dem umfangreichen Marktangebot auswählen. Hierzu ist ein Selektionsprozeß notwendig, der objektiv, möglichst fehlerfrei und nachprüfbar ist. Im Rahmen des Auswahlprozesses an der Universität zu Köln wurde zunächst ein Grobkriterienkatalog mit K.O.-Kriterien entworfen, um somit eine Reduzierung der in Frage kommenden SEU auf eine überschaubare Anzahl zu erreichen

Entwicklung eines ganzheitlichen Informationssystems zur Optimierung der Reihenfolgebildung im Sondermaschinenbau

Vor dem Hintergrund eines gestiegenen technologischen Wettbewerbs im Sondermaschinenbau gewinnen die industriellen Zielgrößen Kosten, Qualität und Zeit unentwegt an Bedeutung. Zur Optimierung der Zielgröße Zeit greift die vorliegende Arbeit die Entwicklung eines ganzheitlichen Informationssystems auf. Für die Entwicklung des Systems wird eine Entwicklungsmethode systematisch anhand der Schritte Analyse, Konzeption und Entwicklung beschrieben. Ergebnis sind die Teilsysteme zur Datenbereitstellung, Datenerfassung, Datenintegration und Informationsnutzung, welche durch ihrer bidirektionalen Kommunikation untereinander ein ganzheitliches Informationssystem bilden. Durch das Teilsystem zur Datenbereitstellung wird die Auswahl von projektspezifischen Kennzeichnungstechnologien und Informationsträgern zur maschinenlesbaren Materialkennzeichnung ermöglicht. Im Folgenden kann durch das Teilsystem zur Datenerfassung eine bedarfs- und anforderungsgerechte Erfassung dieser maschinenlesbaren Daten in der Produktion erfolgen. Um die erhobenen Daten für die Informationsnutzung aufzubereiten und standardisiert zur Verfügung zu stellen, findet in der Datenintegration die Entwicklung eines Datenmodells statt. Infolge dieser Teilsysteme der vorangegangenen Phasen stehen aktuelle als auch historische Daten zur Verfügung, die in dem Teilsystem der Informationsnutzung verwendet werden, um die Reihenfolgebildung von wartenden Aufträgen an Arbeitssystemen in der Produktion zu optimieren.Against the background of increased technological competition in special machine construction, the industrial target variables of costs, quality and time are constantly gaining in importance. In order to optimise the target value of time, the present work takes up the development of a holistic information system. For the development of the system, a development method is systematically described on the basis of the steps analysis, conception and development. The result is the subsystems for data provision, data acquisition, data integration and information utilisation, which form a holistic information system through their bidirectional communication with each other. The subsystem for data provision enables the selection of project-specific marking technologies and information carriers for machine-readable material marking. In the following, the subsystem for data collection can be used to collect this machine-readable data in production according to requirements and needs. In order to prepare the collected data for the use of information and to make it available in a standardised way, the development of a data model takes place in the data integration. As a result of these subsystems of the previous phases, current as well as historical data are available, which are used in the subsystem of information utilisation to optimise the sequencing of waiting orders at work systems in production

Integration elektromechanischer CA-Anwendungssysteme über einem STEP-Produktmodell

Ein Problem der Spezialisierung industriealisierter Wirtschaftsstrukturen in einzelne Leistungserbringer ist die Kommunikation zwischen Anbietern und Nachfragern von Gütern und Dienstleistungen. Dies gilt sowohl zwischen kooperierenden Unternehmen als auch innerhalb eines Unternehmens zwischen unterschiedlichen Abteilungen. Durch die Nutzung rechnergestützter Hilfsmittel wird diese Kommunikationsproblematik nicht gelöst, sondern auf eine neue Stufe gehoben. Während die rechnergestützte Bearbeitung administrativer Unternehmensvorgänge oftmals zentralistisch organisiert und über Datenbanklösungen integriert wurde um Kommunikationsvorgänge zu minimieren, ließen sich technische EDV-Systeme bisher weder effizient koppeln noch zentral oder verteilt integrieren. Grund hierfür sind hochspezialisierte interne Datenstrukturen technischer Anwendungssysteme die allgemeingültigen Modellen wenig zugänglich waren. Mit der unter der ISO definierten Norm ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data) wird ein einheitliches Modell für produktbeschreibende Informationen geschaffen. Über die Modellbildung hinaus wird jedoch sogar eine Referenzarchitektur für die Entwicklung von Anwendungs- und Implementierungsmodellen bereitgestellt. Dabei stellt die Modellierungssprache EXPRESS fundamentalen Kern der Architektur von STEP dar. Die Entwicklung von Werkzeugen zur Unterstützung der Implementierung der einzelnen Teile der Norm ISO-10303 stellt ein Ergebnis der geleisteten Arbeit dar. Insbesondere die Verarbeitung der Modellierungssprache EXPRESS, in der sowohl Anwendermodelle, Referenzmodelle sowie Metamodelle der Implementierungsprinzipien beschrieben werden, wurde effizient unterstützt. In der Arbeit wird auf ein flexibles Implementierungswerkzeug für jegliche in EXPRESS definierte Modelle gesetzt. Die Nutzung beliebiger EXPRESS-Modelle als Basis von Implementierungen wird dadurch möglich. Die vier in der Norm ISO-10303 diskutierten und teilweise genormten Implementierungsmethoden Austauschdatei, Datenbasis mit Zugriffsschnittstelle SDAI (Standard Data Access Interface), Hauptspeicherstruktur und Wissensbasis wurden prototypisch in der Arbeit realisiert. In die noch laufenden Normierungstätigkeiten konnten dadurch wertvolle Spezifikationshinweise eingebracht werden. Während zu Beginn der Entwicklung von STEP primär die Definition von Datenmodelle und daraus abgeleitet, Dateiformate zum Austausch von Produktinformationen im Vordergrund stand, stellt im weiteren Verlauf der STEP-Entwicklung die koordinierte Verwaltung von Produktinformationen einen Schwerpunkt dar. Die in Datenbanksystemen vorhandenen Fähigkeiten zur Datenverwaltung stellen einen Ansatz zur Realisierung von Produktdatenbanken dar. Die in STEP definierten Produktmodelle können dabei als Datenbankschemata benutzt werden. Die heute in industriellen Umgebungen eingesetzten Datenbankprinzipien der relationalen und objektorientierten Datenbanksysteme werden hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als Basissysteme für STEP-Produktdatenbanken untersucht und für ein Datenbanksystem, das eine spezielle Erweiterung des relationalen Modells darstellt, eine Implementierung einer STEP-Datenbank vorgenommen. Die primären Anwendungsprobleme, für die mit Hilfe von STEP Austauschszenarien bewältigt werden können, sind im Bereich des Datenaustausches zwischen CAD/CAE- Systemen zu finden. Besonders CAD-Systeme, die die Repräsentation dreidimensionaler technischer Objekte ermöglichen, profitieren von der ausdrucksstarken Modellbildung der STEP Geometrie-Partialmodelle. Für leistungsfähige geometrische Modellierwerkzeuge wurde ein Datenaustauschszenario skizziert und mit Hilfe von realisierten STEP-Pre- und Postprozessoren unterstützt. Der Integrationsaspekt von zukünftigen, unternehmensweiten CAD/CAE-Anwendungssystemen wird durch die Fähigkeit dieser Anwendungen bestimmt, STEP-konforme Daten aus Datenbasen zu entnehmen und für diese bereitzustellen. Während neu zu realisierende Anwendungssysteme zur Verwaltung von Produktdaten eine SDAI-Schnittstelle als integralen Bestandteil realisieren können, sind vorhandene Systeme mit Schnittstellen zu einem SDAI auszurüsten. Der geometrische Modellierer Acis wurde mit einem derartigen Interface versehen, um eine Integration von CAD-Anwendungssystemen die auf diesem Modellierer beruhen, auf STEP/SDAI-basierten Datenbasen zu ermöglichen. Die Probleme der langer Transaktionen stellen in diesem Zusammenhang neue Anforderungen Datenbankmanagementsysteme. Die Bearbeitung von STEP-basierten Problemlösungen kann aus einer anwendungsfreien und einer anwendungsorientierten Sicht vorgenommen werden. Während Werkzeuge, die zur Unterstützung der Implementierung von Anwendungssystemen aus EXPRESS-Modellen heraus dienen, zunächst anwendungsfrei gehalten werden können, muß ein STEP-basiertes Anwendungssystem die Anforderungen, die aus dem Anwendungsreferenzmodell eines STEP-Anwendungsprotokolls stammen, inhaltlich berücksichtigen. Die aus der Entwicklungsmethodik für STEP-Anwendungsprotokolle abgeleitete problematische Beziehung zwischen Anwendungsmodell und Referenzmodell wurde kritisch hinterfragt und neue Lösungsansätze vorgestellt. Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger stellen ein Beispiel eines mechatronischen Produktes in einer neuen Produkt- und Produktionstechnologie dar. Das Defizit von Entwicklungswerkzeugen für die Produkt- und Produktionsgestaltung dieser Produkttechnologie ist vor allem durch fehlende und in den existierenden CAD/CAE-Systemen nur ineffizient realisierbare Modellbildung für derartige Produkte begründet. Das STEP-Anwendungsprotokoll 210 stellt einen akzeptablen Ansatz für eine integrierte elektromechanische Modellbildung bereit. Die in elektronisch oder mechanisch orientierten Systemen fehlenden Entwurfsfunktionen 3D-Layout und 3D-Entflechtung wurden auf einem geometrischen Modellierer realisiert. Der Prototyp wurde als integraler Bestandteil eines STEP-Anwendungssystems konzipiert und realisiert. Mit einem Anwendungsbeispiel konnte die prinzipielle Tragfähigkeit des integrierten Ansatzes nachgewiesen werden.One problem with the specialization of industrialized economic structures in individual service providers is the communication between suppliers and consumers of goods and services. This applies both between cooperating companies and within a company between different departments. By using computer-assisted aids, this communication problem is not solved, but raised to a new level. While the computer-assisted processing of administrative company processes was often organized centrally and integrated via database solutions to minimize communication processes, technical EDP systems have so far been neither efficiently coupled nor integrated centrally or distributed. The reason for this is highly specialized internal data structures of technical application systems that were generally inaccessible to models. The ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data), defined under the ISO, creates a uniform model for product descriptive information. In addition to modeling, however, a reference architecture for the development of application and implementation models is also provided. The modeling language EXPRESS represents the fundamental core of the architecture of STEP. The development of tools to support the implementation of the individual parts of the ISO-10303 standard is a result of the work done. In particular, the processing of the modeling language EXPRESS, in which both user models, reference models and metamodels of the implementation principles are described, was efficiently supported. The work is based on a flexible implementation tool for any models defined in EXPRESS. This makes it possible to use any EXPRESS models as the basis of implementations. The four implementation methods exchange file, database with SDAI (Standard Data Access Interface), main memory structure and knowledge base, discussed and partially standardized in the ISO-10303 standard, were implemented prototypically in the work. As a result, valuable specification notes could be included in the ongoing standardization activities. At the beginning of the development of STEP, the primary focus was on the definition of data models and, derived from them, file formats for the exchange of product information. In the further course of STEP development, the coordinated administration of product information will be a focal point is an approach to the realization of product databases. The product models defined in STEP can be used as database schemes. The database principles of relational and object-oriented database systems used today in industrial environments are examined with regard to their usability as basic systems for STEP product databases and an implementation of a STEP database is carried out for a database system that represents a special extension of the relational model. The primary application problems for which STEP exchange scenarios can be dealt with can be found in the area of data exchange between CAD / CAE systems. CAD systems in particular, which enable the representation of three-dimensional technical objects, benefit from the expressive modeling of the STEP geometry partial models. A data exchange scenario was outlined for high-performance geometric modeling tools and supported with the help of implemented STEP pre- and postprocessors. The integration aspect of future, company-wide CAD / CAE application systems is determined by the ability of these applications to extract STEP-compliant data from databases and make them available for them. While newly implemented application systems for managing product data can implement an SDAI interface as an integral part, existing systems must be equipped with interfaces to an SDAI. The geometric modeler Acis was provided with such an interface to enable the integration of CAD application systems based on this modeler on STEP / SDAI-based databases. The problems of long transactions place new demands on database management systems in this context. STEP-based problem solutions can be processed from an application-free and an application-oriented perspective. While tools used to support the implementation of application systems from EXPRESS models can initially be kept application-free, a STEP-based application system must take into account the content of the requirements that come from the application reference model of a STEP application protocol. The problematic relationship between the application model and the reference model derived from the development methodology for STEP application protocols was critically examined and new solutions were presented. Injection molded three-dimensional circuit carriers represent an example of a mechatronic product in a new product and production technology. The deficit of development tools for the product and production design of this product technology is mainly inefficient due to the lack of and in the existing CAD / CAE systems feasible model formation for such products justified. The STEP application protocol 210 provides an acceptable approach for integrated electromechanical modeling. The design functions 3D layout and 3D unbundling, which are missing in electronically or mechanically oriented systems, were realized on a geometric modeler. The prototype was designed and implemented as an integral part of a STEP application system. An application example was used to demonstrate the basic sustainability of the integrated approach