Die Entwicklung moderner produktionstechnischer Systeme, z. B. Verpackungs- oder Werkzeugmaschinen, erfolgt aufgrund derer steigender Komplexität zunehmend in interdisziplinären Projektteams. Diesen gehören Entwickler unterschiedlichster Fachbereiche (Domänen) an, wie beispielsweise Vertriebsmitarbeiter, Konstrukteure, Arbeitswissenschaftler, Informatiker oder Designer. Sie alle generieren im iterativen Entwicklungsprozess Inhalte, die wiederum für andere Entwickler als Arbeitsgrundlage notwendig sind und an diese übergeben werden müssen. Der erforderliche, interdisziplinäre Informationsaustausch stellt heute immer noch ein Kernproblem bei der Maschinenentwicklung dar. In der vorliegenden Arbeit wird die aktuelle Situation bei der Informationsübergabe im Entwicklungsprozess analysiert, der Bedarf nach Assistenzsystemen abgeleitet und eine neue Herangehensweise zur Unterstützung der interdisziplinären Entwicklung als theoretische Basis für die Erstellung der Software „Smarte Werkbank“ vorgestellt.

The aim of the work is to develop systems of thermal stabilization of metal-cutting machine spindle assembly with artificial intelligence in MATLAB environment. The paper analyzes the existing systems of thermal stabilization of the supports of spindle units of metal-cutting machines and the known methods of compensation of thermal deformations of machines that occur during machining. The advantages and disadvantages of such systems are shown and attention is drawn to the thermal stabilization systems based on fuzzy logic. Two new variants of such systems are considered, which realize control on deviation and combined (on deviation and disturbance). Both systems are implemented programmatically in MATLAB. According to the results of programs in MATLAB, a scientific article was written, which in the international competition US-2017-02 took 3rd place in the direction of “Technical Sciences” in the category “Research project”. Diploma for 3rd place and the text of the article from the collection are attached. The explanatory note to the project contains 153 sheets and is accompanied by 23 demonstration sheets. / Цель работы – разработка “интеллектуальных” систем термостабилизации шпиндельного узла металлорежущего станка с искусственным интеллектом в среде MATLAB. В работе анализируются существующие системы термостабилизации опор шпиндельных узлов металлорежущих станков и известные способы компенсации тепловых деформаций станков, возникающих при обработке резанием. Показываются достоинства и недостатки таких систем и обращается внимание на системы термостабилизации, построенные на основе нечеткой логики. Рассматриваются два новых варианта таких систем, которые разработаны аппаратно и реализующие управление по отклонению и комбинированное (по отклонению и возмущению). Обе системы реализуются программно в MATLAB. По результатам создания программ в MATLAB, была написана научная статья, которая в международном конкурсе US-2017-02 заняла 3-е место по направлению “Технические науки” в номинации “Исследовательский проект”. Диплом за 3-е место и текст статьи из сборника прикреплены в приложении. Пояснительная записка к проекту содержит 153 листа и сопровождается 23 демонстрационными листами.

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23 1.1 Motivation 23 1.2 Relevanz 25 1.3 Wirkungsbetrachtung 30 2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35 2.1 Zielsetzung 35 2.2 Aufbau der Arbeit 36 3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39 3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39 3.2 Ausgeführte Energielabel 43 3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55 3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66 3.5 Kennwertermittlung 81 3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90 4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93 4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93 4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96 4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96 4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118 4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen Klassifizierung 121 5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123 5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123 5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124 5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124 5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127 5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130 5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132 5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141 5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145 6 Label-Entwurf 151 6.1 Auswahl der Beispielparameter 151 6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153 6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154 6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155 7 Diskussion 157 7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157 7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 157 8 Zusammenfassung 161 9 Ausblick 163 10 Literaturverzeichnis 165 A Anhang 189 A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189 A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191 A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194 A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196 A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197 A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203 A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204 A 8 Historische Entwicklung 205

Im Bereich der Werkzeugmaschinen können Identifikationsmethoden zur Realisierung einer ressourceneffizienten Produktion durch Überwachung prozessrelevanter Parameter beitragen. Aufgrund der hierarchischen Trennung moderner Steuerungssysteme bildet deren konzeptionelle Gestaltung und Implementierung am Beispiel einer nichtinvasiven Identifikationsroutine an einer Werkzeugmaschine den Kern der vorliegenden Arbeit. Das Ziel besteht darin, eine autonome Anwendung zur Integration unterschiedlicher Überwachungsmechanismen zu entwickeln und durch exemplarische Integration einer Parameteridentifikation zu validieren. Im Anschluss an die theoretischen Vorbetrachtungen werden deshalb zunächst verschiedene konzeptionelle Entwürfe zur Integration des Identifikationsverfahrens an einer Werkzeugmaschine diskutiert und anhand definierter Bewertungskriterien klassifiziert. Die Auswahl eines geeigneten Konzeptes unter Berücksichtigung eines Bewertungsindex sowie eine beispielhafte Implementierung bilden die Grundlage für den experimentellen Funktionsnachweis. / In the field of machine tools, identification methods can contribute to the realization of a resource-efficient production by monitoring of process-relevant parameters. Due to the hierarchical separation of modern control systems, their conceptual design and implementation using the example of a non-invasive identification routine on a machine tool forms the main aspect of the master thesis. The goal is to develop an autonomous application for different monitoring mechanisms and its validation through an exemplary parameter identification. Following the theoretical previews different conceptual designs are discussed and classified according to defined evaluation criteria. The selection of an appropriate concept under consideration of an evaluation index and its exemplary implementation are the basis for the experimental functional verification.

This diploma thesis concerns issues of predictive and condition based maintenance system of machine tools with using a vibrodiagnostics. It studies and researches its impacts through the basic processes of the maintenance system and characterizes the vibration diagnosis as its tool and mean. There is also described a process of putting condition based maintenance into practice in the practical part of the thesis. The development is realized at Siemens Ltd. Brno with all its requirements and aspects such as a maintenance audit which means the decision on the suitability of condition based maintenance within the current maintenance system, technical analysis as a part of introduction of vibration diagnosis and the practical example of acquiring, recording and assessment of measured vibration. Prior to the end the economic evaluation of the planned predictive maintenance system and the design of the general model of development and implementation of the maintenance system into practice are included.

Im Bereich der Werkzeugmaschinen können Identifikationsmethoden zur Realisierung einer ressourceneffizienten Produktion durch Überwachung prozessrelevanter Parameter beitragen. Aufgrund der hierarchischen Trennung moderner Steuerungssysteme bildet deren konzeptionelle Gestaltung und Implementierung am Beispiel einer nichtinvasiven Identifikationsroutine an einer Werkzeugmaschine den Kern der vorliegenden Arbeit. Das Ziel besteht darin, eine autonome Anwendung zur Integration unterschiedlicher Überwachungsmechanismen zu entwickeln und durch exemplarische Integration einer Parameteridentifikation zu validieren. Im Anschluss an die theoretischen Vorbetrachtungen werden deshalb zunächst verschiedene konzeptionelle Entwürfe zur Integration des Identifikationsverfahrens an einer Werkzeugmaschine diskutiert und anhand definierter Bewertungskriterien klassifiziert. Die Auswahl eines geeigneten Konzeptes unter Berücksichtigung eines Bewertungsindex sowie eine beispielhafte Implementierung bilden die Grundlage für den experimentellen Funktionsnachweis.:I Bibliografische Beschreibung und Kurzreferat II Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis IV Verzeichnis der Formelzeichen VIII V Verzeichnis der Abkürzungen XI 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Steuerungs- und Antriebstechnik von Werkzeugmaschinen 2.1.1 CNC-Steuerung 2.1.2 Antriebstechnik 2.1.3 Vorschubachse 2.1.4 Informationskopplung 2.2 Parameteridentifikation an elektromechanischen Achsen 2.3 Verfahren zur nichtinvasiven Identifikation von Regelstreckenparametern 2.3.1 Verwendetes Parameterschätzverfahren 2.3.2 Modularer Aufbau des Identifikationsverfahrens 3 Zielstellung der Arbeit 4 Konzeptionelle Gestaltung der Identifikationsroutine 4.1 Randbedingungen beteiligter Steuerungskomponenten 4.2 Varianten zur Integration der Module 4.3 Kombination der Module zum Gesamtverfahren 4.4 Vergleichende Betrachtungen und Auswahl eines Konzeptes 5 Implementierung einer autonomen, nichtinvasiven Identifikationsroutine an Werkzeugmaschinen 5.1 Maschinenseitige Anpassungen 5.2 Auswahl einer Kommunikationsschnittstelle 5.3 Rechnerseitige Anpassungen 5.3.1 Konfigurations-Datei 5.3.2 Ablaufsteuerung 5.3.3 Weitere Anpassungen 6 Validierung und experimentelle Ergebnisse 6.1 Beschreibung der Versuchsanordnung 6.2 Experimentelle Ergebnisse 6.2.1 Validierung der Programmroutinen 6.2.2 Bewertung der Identifikationsergebnisse 6.2.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick VI Literaturverzeichnis VII Anlagen Anlage A: Formelwerk RMKQ am Beispiel einer Modellschätzung mit 3 Parametern Anlage B: Dominanzmatrix des paarweisen Vergleichs Anlage C: Aufbau der Konfigurations-Datei Anlage D: Gegenüberstellung der Ergebnisse von manueller und autonomer Parameteridentifikation zur Validierung der Programmroutinen Anlage E: Ergebnisse von manueller und autonomer Parameteridentifikation zur Bewertung der Identifikationsergebnisse / In the field of machine tools, identification methods can contribute to the realization of a resource-efficient production by monitoring of process-relevant parameters. Due to the hierarchical separation of modern control systems, their conceptual design and implementation using the example of a non-invasive identification routine on a machine tool forms the main aspect of the master thesis. The goal is to develop an autonomous application for different monitoring mechanisms and its validation through an exemplary parameter identification. Following the theoretical previews different conceptual designs are discussed and classified according to defined evaluation criteria. The selection of an appropriate concept under consideration of an evaluation index and its exemplary implementation are the basis for the experimental functional verification.:I Bibliografische Beschreibung und Kurzreferat II Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis IV Verzeichnis der Formelzeichen VIII V Verzeichnis der Abkürzungen XI 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Steuerungs- und Antriebstechnik von Werkzeugmaschinen 2.1.1 CNC-Steuerung 2.1.2 Antriebstechnik 2.1.3 Vorschubachse 2.1.4 Informationskopplung 2.2 Parameteridentifikation an elektromechanischen Achsen 2.3 Verfahren zur nichtinvasiven Identifikation von Regelstreckenparametern 2.3.1 Verwendetes Parameterschätzverfahren 2.3.2 Modularer Aufbau des Identifikationsverfahrens 3 Zielstellung der Arbeit 4 Konzeptionelle Gestaltung der Identifikationsroutine 4.1 Randbedingungen beteiligter Steuerungskomponenten 4.2 Varianten zur Integration der Module 4.3 Kombination der Module zum Gesamtverfahren 4.4 Vergleichende Betrachtungen und Auswahl eines Konzeptes 5 Implementierung einer autonomen, nichtinvasiven Identifikationsroutine an Werkzeugmaschinen 5.1 Maschinenseitige Anpassungen 5.2 Auswahl einer Kommunikationsschnittstelle 5.3 Rechnerseitige Anpassungen 5.3.1 Konfigurations-Datei 5.3.2 Ablaufsteuerung 5.3.3 Weitere Anpassungen 6 Validierung und experimentelle Ergebnisse 6.1 Beschreibung der Versuchsanordnung 6.2 Experimentelle Ergebnisse 6.2.1 Validierung der Programmroutinen 6.2.2 Bewertung der Identifikationsergebnisse 6.2.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick VI Literaturverzeichnis VII Anlagen Anlage A: Formelwerk RMKQ am Beispiel einer Modellschätzung mit 3 Parametern Anlage B: Dominanzmatrix des paarweisen Vergleichs Anlage C: Aufbau der Konfigurations-Datei Anlage D: Gegenüberstellung der Ergebnisse von manueller und autonomer Parameteridentifikation zur Validierung der Programmroutinen Anlage E: Ergebnisse von manueller und autonomer Parameteridentifikation zur Bewertung der Identifikationsergebnisse

Die Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminare sind ein Forum zu ausgewählten Spezialthemen der Entwicklung und Nutzung von Werkzeugmaschinen. Das 16. WZM-Fachseminar berichtetet inhaltlich detailliert von aktuellen Arbeiten im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen" (SFB/TR 96) an den Standorten Dresden, Aachen und Chemnitz. Die Fachbeiträge berichten über experimentelle und modellgestützte Analyse von Wärmequellen und -übertragung in spanenden Werkzeugmaschinen sowie zu Lösungsansätzen zur Korrektur und Kompensation der thermo-elastischen Verlagerungen.:H. P. Schossig DMG, Pfronten: Thermik-Forschung und die Umsetzung der Erkenntnisse in Maschinenkonzepten bei DMG K. Großmann Sprecher des DFG-SFB Transregio 96 IWM, TU Dresden: Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen F. Klocke; M. Brockmann WZL, RWTH Aachen, K. Großmann; Ch. Städel IWM, TU Dresden: Untersuchungen des Zerspanungsprozesses hinsichtlich auftretender Wärmeströme und Temperaturen R. Werner; St. Winkler EWA, TU Chemnitz, Ch. Brecher; D. Haber WZL, RWTH Aachen: Verlustleistungen in einer Vorschubachse und die daraus resultierende Temperaturverteilung R. Kneer; S. Vieler WSA, RWTH Aachen, K. Großmann; St. Schroeder IWM, TU Dresden: Messungen des Wärmeübergangs an Fugenkontakten von Werkzeugmaschinen J. Weber; Jul. Weber IFD, TU Dresden, G. Schmidt; U. Semmler Fraunhofer IWU, Chemnitz: Fluidische Kühlung von Motorspindeln und Werkzeugen W.-G. Drossel; St. Ihlenfeldt; C. Zwingenberger Fraunhofer IWU, Chemnitz, K. Großmann; St. Schroeder IWM, TU Dresden: Modellierung des Wärmeaustauschs Maschine-Umgebung A. Voigt; J. Wensch; A. Naumann IWR, TU Dresden: Defektkorrektur bei Mittelungsverfahren in der Zeitintegration des Temperaturverhaltens K. Großmann; A. Galant IWM, TU Dresden, M. Beitelschmidt; M. Partzsch IFKM, TU Dresden: Strukturveränderlichkeit in FEM und Blocksimulation bei der Berechnung von Temperaturfeldern K. Großmann; M. Merx IWM, TU Dresden: Thermografie und Nahbereichs-Fotogrammetrie zur Erfassung von Temperatur- u. Verlagerungsfeldern Ch. Brecher; M. Wennemer WZL, RWTH Aachen: Eigenschaftsmodellbasierter Ansatz zur Korrektur thermo-elastischer Verlagerungen K. Großmann; Ch. Städel IWM, TU Dresden: Simulative Erweiterung der Datenbasis zur korrelativen Korrektur thermo-elastischer Verlagerungen W.-G. Drossel; Ch. Ohsenbrügge Fraunhofer IWU, Chemnitz: Materialeffekte und Funktionsmechanismen zur Wärmefluss-Steuerung