Model-based generation of an IEC 61499 control application for a flexible robot system

Abstract

Rasch veränderliche Marktsituationen, individuelle Kundenbedürfnisse und wachsende Konkurrenz erfordern häufig eine schnelle Anpassung von Fertigungsprozessen an die neuen Gegebenheiten.Um diesen Anforderungen unter Einhaltung strenger Qualitätsbestimmungen und kleinen Losgrößen gerecht werden zu können, werden zunehmend flexible Robotersysteme eingesetzt. Die hohe Flexibilität solcher Systeme kann nur bei schneller Konfigurierbarkeit und Rekonfigurierbarkeit gewährleistet werden.Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer modellbasierten Engineering-Methode, welche die vereinfachte Programmierung einer Steuerungsapplikation für ein flexibles, modulares Robotersystem ermöglicht. Der vorgestellte Ansatz basiert auf den Methoden der Workflow Modellierung, welche sich zur Beschreibung von Prozessen in unterschiedlichen Tätigkeitsbereichen zunehmend etablieren. Für die Generierung einer Steuerungsapplikation, basierend auf dem modellierten Prozess, werden Ansätze zur Automatischen Codegenerierung angewendet.Durch Einbindung der 3D-Simulationstechnologie in den Engineering-Prozess wird die Validierung und iterative Entwicklung der resultierenden Steuerungsapplikation ermöglicht.Die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Systemarchitektur, umfasst eine Anzahl bereits existierender Entwicklungswerkzeuge und Frameworks. Diese werden um die für die Eingineering-Methode notwendigen Funtionalitäten erweitert.In diesem Zusammenhang wird eine grafische Workflow Modellierungssprache eingeführt, welche die intuitive Modellierung des Prozesses erlaubt, der durch die Komponenten des betrachteten Robotersystems durchgeführt werden soll. Im Weiteren wird ein Codegenerator vorgestellt, welcher eine IEC 61499-konforme Steuerunsapplikation generiert. Aufgabe der Steuerungsapplikation ist es die Komponenten des Robotersystems so zu koordinieren, dass das geforderte Prozessverhalten realisiert wird.Die ersten Anwendungsbeispiele, bei denen die entwickelte Engineering-Methode eingesetzt wurde, zeigten vernünftige Ergebnisse, welche eine weitere Entwicklung der Methode, für komplexere Anwendungsbeispiele, motivieren.Today's manufacturing processes need to be fast adaptable to new customer demands, fast market changes and strong business competition.To cope with these requirements and further fulfil high quality requirements and small lot sizes, the appliance of flexible robotic systems gains increasing popularity. High flexibility of such systems can only be achieved if they are fast configurable and reconfigurable.The intention of this work is to develop a model-based engineering method, which enables simplified programming of a control application for a flexible and modular robotic system. This method is based on Workflow Modelling that has emerged as promising technique to describe and optimize processes in different fields of activities. Additionally, Automatic Code Generation methodologies are applied to produce an executable control application out of the modelled process. Finally, the integration of 3D-Simulation technology into the engineering process allows early validation of the resulting control application, thus enabling iterative development.A system architecture is presented that includes existing development frameworks and tools, which are extended with required functionalities. In this context, a graphicalWorkflow Modelling Language is introduced that facilitates the intuitive description of the process, which should be performed by the components of the considered robotic system. Moreover, a Code Generator is presented which generates the resulting control application that is conform with the industrial standard IEC 61499. The control application coordinates the components of the robotic system in order to realize the desired process behaviour.First appliances of the developed engineering method to example applications, show reasonable results and encourage further development, especially towards more complex applications.11