With the rise of automation in traditional manufacturing processes, more companies are beginning to integrate computer integrated manufacturing (CIM) cells on their production floors. Through CIM cell integration, companies have the ability to reduce process time and increase production. One of the problems created with CIM cell automation is caused by the dependency the sequential steps have on one another. Dependency created by the previous step increases the probability that a process error could occur due to previous variation. One way to eliminate this dependency is through the use of an in-process measuring device such as a Renishaw spindle probe used in conjunction with a computer numerical control (CNC) milling machine. Western Kentucky University (WKU) utilizes a CIM cell in the Senator Mitch McConnell Advanced Manufacturing and Robotics laboratory. The laboratory is located in the Architectural and Manufacturing Sciences department and gives students the opportunity to learn how automated systems can be integrated. The CIM cell consists of three Mitsubishi six-axis robots, a Haas Mini-mill, a Haas GT-10 lathe, an AXYZ, Inc. CNC router table, 120 watt laser engraver, an Automated Storage and Retrieval System (ASRS), material handling conveyor, and vision station. The CIM cell functions throughout the curriculum as a means for applied learning and research. The researcher used this CIM cell in order to determine if an in-process measuring device, such as the Renishaw spindle probe, had the ability to affect process capability. The researcher conducted the study to see if an in-process measuring device can be integrated into the CIM cell located in the Senator Mitch McConnell Advanced Manufacturing and Robotics laboratory to eliminate compounding variation. The researcher discovered that through the use of a Renishaw 40-2 spindle probe used in conjunction with a CNC Haas Mini Mill, process capability has the potential to be improved in a CIM cell by accounting for compounding variation present in the process.

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Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Harbs.pdf: 12792734 bytes, checksum: b505810b68894ae2924a805e7f89d032 (MD5) Previous issue date: 2012-10-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The industry has found difficulties towards CNC machines flexibility, due to the CNC programming current standard, the ISO 6983 or G/M code. The ISO 14649 or STEP-NC was developed to replace the current standard. It is a new unified data transfer model between CAD/CAM and CNC systems. To satisfy the new automation and control systems requirements, the IEC 61499 standard was developed, aiming the use of software objects, called function blocks (FBs). In this work, the standards STEP-NC and IEC 61499 were integrated to build a new generation of CNC, where STEP-NC supplies the complete data model without functionality, and the FBs provide the functionalities to the data model for the machine tool command. In this context, a controller for a CNC machine prototype, compliant to STEP-NC and IEC 61499 standards was developed. The prototype consists of a 2,5D milling machine, driven by a group of three servomotors drivers with integrated PLCs. A set of software was developed for compiling STEP-NC files and the automatic generation of IEC 61499 models, viewing, editing and executing FBs and FB networks, and further a library with IEC 61499 models. Test on software and prototype was performed machining an example workpiece, achieving the proposed goal and providing the individual characteristics of the standards in the controller, such as: interoperability, portability, use of features, configurability, distribution and adaptability. / A indústria tem enfrentado dificuldades quanto à flexibilidade das máquinas CNC, devido à norma utilizada atualmente para a programação CNC, a ISO 6983 ou código G/M. Com objetivo de substituição desta norma, desenvolveu-se a ISO 14649 ou STEP-NC, que é um novo modelo de transferência de dados unificado entre sistemas CAD/CAM e CNC. Para atender os novos requisitos de automação e controle de sistemas, desenvolveu-se a norma IEC 61499, visando o uso de objetos de software, os function blocks (FBs). Neste trabalho integraram-se as normas STEP-NC e IEC 61499 para a construção de uma nova geração de CNCs, onde STEP-NC fornece o modelo de dados completo, porém sem funcionalidade, e os FBs fornecem as funcionalidades ao modelo de dados para o controle da máquina-ferramenta. Para tal, foi desenvolvido um controlador para uma máquina CNC protótipo aderente às normas STEP-NC e IEC 61499. Este protótipo é constituído de uma fresadora 2,5D, acionada por um conjunto de três servoacionamentos com CLPs integrados. Um conjunto de software foi desenvolvido para compilação do arquivo STEP-NC e geração automática de modelos IEC 61499, visualização, edição e execução de FBs e rede de FBs além de uma biblioteca de modelos IEC 61499. Teste do software e do protótipo foi realizado com a usinagem de uma peça exemplo, alcançando o objetivo proposto e provendo as características individuais das normas no controlador, como: interoperabilidade, portabilidade, uso de features, configurabilidade, distribuição e adaptabilidade.

Von Beginn der flexiblen Automatisierung mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und der zugehörigen Programmier-Software bis zum gegenwärtigen Entwicklungsstand (Industrie 4.0) wird die historische Entwicklung von 1960 bis 2020 aus der Position eines aktiven Mitgestalters dargestellt. Interessanterweise vollzogen sich die wesentlichen Entwicklungsetappen für die ersten dreißig Jahre parallel in beiden deutschen Staaten. Aus den Lehren des Zweiten Weltkrieges wurden im Rahmen der UNESCO zum friedlichen Informationsaustausch geeignete wissenschaftliche Organisationen gegründet: • IFIP (Internationale Föderation für Informationsprozesse, speziell Arbeitsgrupp CAM • CIRP (Internationale Akademie der Fertigungstechniker) Mit der Berufung und aktiven Mitarbeit in diesen Organisationen war eine Plattform für die deutsch-deutsche und darüber hinaus internationale Kooperation gegeben. Ein besonderer Schwerpunkt für den geordneten Informationsaustausch im Rahmen der gesamten dynamischen Entwicklung im Gebiet der Produktionsautomatisierung war dabei die im 3-Jahres-Rhythmus durchgeführte Konferenzserie PROLAMAT (Programming Languages for Machine Tools), gestartet 1969 in Rom. Im weiteren Verlauf wurde dieser Begriff viel breiter für das gesamte Gebiet der automatisierten Informationsverarbeitung und Fertigung erweitert. Ein besonderer Höhepunkt war dabei die erfolgreichste PROLAMAT-Konferenz 1988 in Dresden. Parallel dazu erfolgten an der TU Dresden Entwicklungen in Richtung CAD/CAM-Labor und später CIM-TT (CIM-Technologietransferzentrum). Damit war an der TU Dresden 1989/90 ein Entwicklungsstand gegeben, der unmittelbar zu gemeinsamen deutsch-deutschen und internationalen EU-Projekten genutzt werden konnte. Dieses hohe Entwicklungsniveau wurde zur offiziellen Eröffnung des CIM-TT-Zentrums in den Eröffnungsreferaten durch den damaligen Wissenschaftsminister Dr. Riesenhuber und Ministerpräsident Prof. Biedenkopf gewürdigt. Durch die zum gleichen Zeitpunkt verfügte veränderte Nutzung des für das CIM-TT im Aufbau befindliche Gebäude durch die neugegründete Juristische Fakultät wurde der erfolgreich vorbereitete Weg verhindert. Unabhängig davon blieb meine fachliche Orientierung mit den gravierenden Weiterentwicklungen eng verbunden. Dazu trug das Sabbatical-Jahr in Norwegen und den USA 1992 maßgeblich bei. Mit dem Forschungsaufenthalt war die Entscheidungsvorbereitung für die vorgesehene Groß-Investition für das neueste generative Verfahren verbunden. Gleichzeitig mit dem fundierten Nachweis der bestgeeigneten sog. Rapid-Prototyping-Anlage vom deutschen Anbieter EOS München war die TU Dresden auf diesem neuen High-Tech-Gebiet 1992 in einer anerkannten Spitzenposition. Mit meiner Publikation eines der ersten Fachbücher im Gebiet Advanced Prototyping (jetzt Additiv Manufacturing) war darüber hinaus eine gute Basis für weitere innovative Aktivitäten gegeben Dazu gehört die Gründung einer High-Tech-Firma (SFM - Schnelle Fertigung von Modellen) mit bemerkenswerten beispielgebenden Ergebnissen. Hervorgehoben soll die zwanzigjährige aktive Kooperation mit der Universität Stellenbosch (RSA - Republik Südafrika), die unter anderem mit meiner Berufung zum Extraordinary Professor im Jahr 2003 verbunden ist. Mit der Eröffnung eines Technologie-Zentrums nach dem Vorbild des ursprünglichen CIM TT -Zentrums der TU Dresden konnte für Südafrika ein wertvoller Beitrag geleistet werden. Das gesamte Lebenswerk ist gekennzeichnet durch die Entwicklungsschritte von der Mathematisierung über die Algorithmierung bis hin zur Programmierung vielfältiger technologischer Sachverhalte. Die Ergebnisse sind in einer Anzahl von persönlichen Fachbüchern (z.T. übersetzt in das Russische und Ungarische) wie auch Konferenzberichten und mehr als 200 Veröffentlichungen (deutsch und englisch) dokumentiert.