WIR STEUERN ZUKUNFT INNOVATIV INTERDISZIPLINÄR WISSENSCHAFTLICH
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Institut für Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und
Fertigungseinrichtungen
WIR STEUERN ZUKUNFT
INNOVATIV
INTERDISZIPLINÄR
WISSENSCHAFTLICH
1
Wir stellen Sie ein Vorwort
HIGH PERFORMANCE AUTOMATISIERUNG
Das Institut für Steuerungstechnik (ISW) der Universität Stuttgart ist eines der führenden Forschungsinstitute
auf dem Gebiet der Steuerungs- und Antriebstechnik. Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Univer-
sität Stuttgart ist führend auf den Gebieten der Fertigungsautomatisierung und Produktions-IT. Am ISW wird
D as ISW bietet einen Arbeitsplatz mit interessanten und technisch innovativen
Aufgabengebieten in unterschiedlichen Teilbereichen auf höchstem interna-
tionalem Niveau. Unsere Absolventen findet man in den Spitzenpositionen des
innovative grundlagenorientierte Forschung betrieben und in vielfältigen Kooperationen gemeinsam mit der
Industrie gewinnbringend in die Praxis überführt.
nationalen und internationalen Maschinenbaus.
Für Absolventen/-innen der Mechatronik, Kybernetik und angrenzender Diszipli-
nen wie Informatik, Maschinenbau und Elektrotechnik bietet das ISW ein aus-
D ie Kernkompetenzen des ISW im Bereich der industriel-
len Steuerungs-, Regelungs- und Antriebstechnik sowie
der Produktions-IT auf dem Shopfloor und der Produkti-
gezeichnetes Umfeld. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter entwickeln und bearbei- onssteuerung werden kontinuierlich durch neue innovati-
ten Sie selbstständig äußerst anspruchsvolle Projekte mit gleichzeitig höchster ve Methoden aus der Mathematik, Softwaretechnik sowie
Entfaltungsmöglichkeit. In den Projekten stehen wissenschaftliche Erfahrungen, Dr.-Ing. Verarbeitung großer Datenmengen und Künstlicher Intelli-
interdisziplinäres Fachwissen, Kreativität und Managementfähigkeiten im Mittel- Armin Lechler genz erweitert. Zur Mission der Wissenschaftlerinnen und
punkt. Es handelt sich bei den Projekten sowohl um grundlagenorientierte, als Stellvertretende Institutsleitung Wissenschaftler gehören Forschungs- und Entwicklungstä-
auch industrienahe Themen. Außerdem wird die Möglichkeit zur Promotion an Geschäftsführender Oberingenieur tigkeiten zu neuartigen Steuerungs- und Regelungskonzep-
einer weltweit angesehenen, wissenschaftlichen Einrichtung im Bereich der Steu- ten, deren Umsetzungen vom miniaturisierten embedded
erungs- und Antriebstechnik gegeben. +49 711 685-82462 computing bis hin zu cloudbasierten Lösungen reichen. Prof. Dr.-Ing. Prof. Dr.-Ing.
armin.lechler@isw.uni-stuttgart.de Alexander Verl Oliver Riedel
Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann freuen wir uns auf Ihre Bewerbung. Diese Broschüre gibt einen Überblick über die aktuellen Institutsleiter Institutsleiter
Forschungsaktivitäten, die Angebote für die Industrie und
Aktuelle Stellenangebote das Lehrangebot, aber auch über das umfangreiche Netz- T: +49 711 685-82410 T: +49 711 685-82466
finden Sie unter werk in Wissenschaft und Industrie des Instituts: Wir steu- E: alexander.verl@isw.uni-stuttgart.de E: oliver.riedel@isw.uni-stuttgart.de
www.isw.uni-stuttgart.de ern Zukunft!
Zahlreiche internationale Kontakte, eine anhaltend rege Pu-
blikationsaktivität, exzellente Industrienähe, eine gefragte
und nachhaltige Lehrtätigkeit sowie das Management der
Studiengänge Mechatronik B.Sc. und M.Sc. verleihen dem
ISW besondere Bedeutung und Stärke.
Wir freuen uns auf zukünftige Herausforderungen und in-
tensiven Kontakt mit Ihnen! Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl Prof. Dr.-Ing. Oliver Riedel
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Meilensteine
1965 1974-1986 1977-1982 1987-1990 1990-1997 1994-2001 1999-2005 2001
Gründung des Institutes Konzeption und Untersuchung Geregelte Lineardirektantriebstechnik Hardwareunabhängiges, Beschleunigungssensoren für Multimediales Zertifizierungs-
am 1. September durch von „Flexiblen Fertigungssyste- Asynchronantriebe für mit digitaler Regelung modulares und offenes rotatorische und lineare Bewegungen Maschineninformations- werkzeuge und
Prof. Gottfried Stute men“ (FFS) und Aufbau des ersten Werkzeugmaschinenachsen auf Basis von Steuerungssystem (Ferraris-Sensor) für den Einsatz an system (mumasy) Zertifizierungsstelle
DNC-gesteuerten Systems Signalprozessoren (OSACA) hochdynamischen Antrieben für SERCOS
1967-1975 1975-1980 1984-1990 1992-2001 1998-2001 2000
EXAPT, Adaptive Control Erstes offenes modulares Modulare Robotertechnik, Erste ebene Parallelkinematik Kinematik und Gründungsmitglied
für die 5-achsige Mehrprozessor-CNC- Gelenke mit integriertem Antrieb für eine CO2- Steuerungstechnik Kompetenzzentrum
CNC-Fräsbearbeitung System (MPST) und integrierter Steuerung Laserbearbeitungsmaschine für räumliche Minimalinvasiver
Parallelkinematiken Chirurgie, MITT
ab 2002 ab 2006 ab 2007 ab 2010 ab 2012 ab 2015 ab 2017 ab 2019
Adaptronische Echtzeitsimulation Interdisziplinäres FPGA-Technologie in Regelungsverfahren Produktivitätssteigerung beim Internationales Exzellenzcluster
Komponenten für WZM, mit VIRTUOS Forschungszentrum IZST der Antriebsregelung für die induktive Bearbeiten mit Industrierobotern Graduiertenkolleg mit IntCDC und SimTech
Adaptive Kugelrollspindel, Stuttgart/Tübingen Erwärmung Neuseeland im Bereich
Schwingführung Pendel für den Deutschen Seilkinematik auf der Expo „Soft Tissue Robotics“
Pavillon auf der EXPO in in Mailand im Deutschen Pavillon
Shanghai
2002 ab 2005 ab 2007 2008 ab 2013 ab 2016 ab 2018
Sonderforschungs- TFB 59: Wandlungsfähige GSaME, Graduate Energieeffiziente Produktion Dynamiksteigerung Initiative im Bereich Aktives Mitglied der
bereich SFB 467: Systeme: Rekonfigurierbare School of Excellence, durch Automatisierung – von Vorschubantrieben Time-Sensitive Networking OPC UA TSN Field
Wandlungsfähige Maschinen Exzellenzcluster ECOMATION mittels Aktuatorik Level Communica-
Unternehmensstrukturen SimTech Vorstellung des ersten mehrachsigen tion
3D Druckers auf der SPS Drives in
Nürnberg
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Finanzierung ISW-Team
Seit Oktober 2015 ist stellvertretender Institutsleiter der geschäftsführende Oberingenieur Dr.-Ing. Armin
Lechler. Seit 1. November 2016 verstärkt Prof. Dr.-Ing. Oliver Riedel die Leitung des Instituts als Doppelspitze
zusammen mit Prof. Alexander Verl. Prof. Oliver Riedel ist Inhaber des neu geschaffenen Lehrstuhls Produkti-
onstechnische Informationstechnologie an der Universität Stuttgart. Seit dem 15. Januar 2021 verstärkt Jun.-
Prof. Dr. rer. nat. Andreas Wortmann die Leitung des ISW. Durch Herrn Dr. Andreas Wortmann werden die
Kompetenzfelder des ISW in der modellgetriebenen Systementwicklung und der systematischen Konzeption
neuer Modellierungstechniken für die Produktionstechnik weiter gestärkt.
D as ISW finanziert seine Forschungsarbeiten über unter-
schiedliche Forschungsträger wie z.B. DFG, BMBF und
bearbeitet industrieorientierte Entwicklungen in enger Ko-
Produktionstechnischen Zentrums Stuttgart (PZS) und auf
der Anwendungsseite mit Instituten der Fraunhofer-Gesell-
schaft am Standort Stuttgart. Insbesondere durch die Per-
operation mit der FISW GmbH und der FISW Steuerungs- sonalunion von Prof. Riedel als Institutsleiter des Fraunho-
technik GmbH.
Die notwendigen Mittel für die wissenschaftlichen Mitar-
beiter und die Angestellten in den Bereichen Technik und
fer Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation ergeben
sich sehr gute Synergien bei der Bearbeitung komplexer
Projekte im Umfeld der Kopplung von Produktentstehung
D as ISW gliedert sich in folgende sechs Gruppen mit den
Schwerpunkten:
stetig ausgebaut. Das ISW ist darüber hinaus für die wis-
senschaftliche Betreuung der Graduiertenschule GSaME
für das Cluster G an der Universität Stuttgart verantwort-
Verwaltung werden durch Haushaltsmittel der Universität, und Produktionsprozessen. • Software- und Engineeringmethoden lich. Zentrale Dienste unterstützten den Erfolg des Insti-
öffentlich geförderte Grundlagenforschung, industrielle Aufgrund der industrienahen Forschung mit Praxisrele- • Industrielle Steuerungstechnik tuts durch Übernahme von administrativen Aufgaben bei
Gemeinschaftsforschung und direkte Aufträge aus der In- vanz wurden über die Jahre hinweg unterschiedliche Fir- • Echtzeitkommunikation und Steuerungshardware der Studierendenbetreuung, Organisation der Lehre, dem
dustrie gedeckt. men entsprechend der Forschungsfelder des ISW erfolg- • Antriebssysteme und -regelung Rechnungswesen und dem Sekretariat sowie der Assistenz
Das ISW verfügt über ein umfangreiches internationales reich ausgegründet. Zu den Spin-offs besteht nach wie vor • Mechatronische Systeme und Prozesse der Institutsleitung. Im technischen Büro werden erfolg-
Netzwerk in der Wissenschaft und Industrie. Auch in vielen ein enger Kontakt. Über die Zusammenarbeit mit den bei- • Virtuelle Methoden in der Produktion reich Veranstaltungen und Marketingmaßnahmen koordi-
nationalen und internationalen Gremien ist das ISW ein an- den FISW GmbHs werden sehr kompetente und passende niert. Die elektrische und mechanische Werkstatt garantie-
erkannter und aktiver Partner. Lösungen für die Industrie erarbeitet und erfolgreich um- In den einzelnen Gruppen werden die jeweiligen For- ren am Institut eine schnelle und zuverlässige Umsetzung
Im näheren lokalen Umfeld besteht eine enge technische gesetzt. schungsthemen und Industrieprojekte zu den einzelnen von Versuchsständen, Prototypen, Praktikumsaufbauten
Zusammenarbeit mit den prozessorientierten Instituten des Schwerpunkten bearbeitet und durch innovative Ideen und Funktionsmustern.
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Lehre am ISW
D as Institut ist in die Fakultät 7 „Maschinenbau“ der Uni-
versität Stuttgart integriert. Das ISW arbeitet in der For-
schung schwerpunktmäßig in der Konzeption und Anwen-
die Möglichkeit, sich auf ihre zukünftigen Aufgaben durch
persönliche Eindrücke und Kontakte besser vorzubereiten.
dung steuerungstechnischer Mittel zur Automatisierung Haben Sie vor, eine bestimmte Zeit im Ausland zu studie-
von Werkzeugmaschinen, Robotern und anderen Produk- ren? Wir haben umfangreiche Kontakte zu Forschungsein-
tionseinrichtungen. Im Vordergrund der Arbeiten stehen richtungen weltweit und können Sie dabei unterstützen,
dabei die Konzeption und Entwicklung von Planungssys- einen erfolgreichen und zielführenden Auslandsaufenthalt
temen und Engineeringmethoden, die echtzeitfähige Si- in Ihr Studium zu integrieren.
mulation von Produktions- und Materialflusssystemen, die
Konzeption neuartiger, auch cloudbasierter Steuerungsar- In unserem vielfältigen Vorlesungs-, Praktikums- und Semi-
chitekturen und industrielle Kommunikations-, Antriebs-, narangebot finden Sie als Studierende des Maschinenbaus,
Mess- und Regelungstechnik. Der daraus für Sie als Studie- der Mechatronik, der Technischen Kybernetik, des Technolo-
rende abgeleitete Vorlesungsstoff vermittelt die aktuellen, giemanagements oder der Medizintechnik sicher die pas-
praxisnahen Grundlagen für die industrielle Automatisie- senden Veranstaltungen:
rungstechnik und ist nicht nur auf Werkzeugmaschinen und
Industrieroboter bezogen. • Steuerungstechnik mit Antriebstechnik
• Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und
Das ISW arbeitet zu etwa gleichen Anteilen in der grund- Industrieroboter
lagenorientierten Forschung und der praxisorientierten • Angewandte Regelungstechnik in Produktionsanlagen
Entwicklung. Letztere wird in enger Zusammenarbeit mit • Robotersysteme – Anwendungen aus der Industrie-
der Industrie durchgeführt. Dies ermöglicht Ihnen als Stu- und Servicerobotik
dierende spannende studentische Arbeiten, die „am Puls • Automatisierung in der Montage und
der Zeit“ liegen. Sie erwerben neben dem tiefen fachlichen Handhabungstechnik
Wissen auch wertvolle Qualifikationen in der Projektbear- • Modellierung, Analyse und Entwurf neuer
beitung, der wissenschaftlichen Arbeitsweise und direkten Roboterkinematiken
Kontakt zu Industrieunternehmen im Bereich der Automati- • Planung von Robotersystemen
sierungstechnik. Ihnen stehen damit vielfältige Möglichkei- • Produktionstechnische Informationstechnologien
ten für einen erfolgreichen Berufseinstieg offen. • IT-Architekturen in der Produktion
• Steuerungsarchitekturen und Kommunikationstechnik
Wir legen Wert auf die praxisgerechte Erprobung der Er- • Entwicklung von wissenschaftlicher Software
gebnisse; diese fließen in die Lehre, aber auch in Kurse • Ölhydraulik und Pneumatik in der Steuerungstechnik
und Seminare für Ingenieure aus der Praxis ein. Arbeiten • Mechatronische Systeme in der Medizin
im Rahmen von Industrieprojekten bieten für Sie zudem • Bionik
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Forschung
Wir forschen interdisziplinär an Technologien für die Produktion und Automatisierung von Übermorgen. Die
industrielle Anwendbarkeit steht dabei immer im Fokus. Unsere Forschungsaktivität umfasst dabei die fol-
genden Themenschwerpunkte.
SOFTWARE- UND ENGINEERINGMETHODEN
G etrieben durch die zunehmende Digitalisierung der
Prozesskette gewinnt Software, deren Vernetzung und
Verteilung im Unternehmen immer mehr an Bedeutung.
Engineeringmethoden
• Modellbasierte Prozess- und Bahnplanung
• Aufgaben- und Ablaufplanung hybrider
Insbesondere in der Fertigung verschwimmen die Grenzen Fertigungsprozesse (additiv und subtraktiv)
zwischen verschiedenen Automatisierungs- und Unterneh- • Deploymentstrategien von Software für
mensebenen. Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, Produktionstechnik
adaptiert das ISW Methoden, Konzepte und Technologien
aus dem Software Engineering auf die Steuerungstechnik. Systemanalyse und -optimierung
Mit dem Ziel einer flexiblen Produktion werden serviceori- • Datengetriebene Identifikation von
entierte Architekturen und Containertechnologien auf die System(fehl)verhalten
Steuerungstechnik übertragen und angepasst. • Informations- und Systemmodellierung:
Prozessplanungs-, Daten-, Semantik- und
Darüber hinaus forscht das ISW an modellbasierten und Kommunikationsmodelle
datengetriebenen Engineering-Methoden sowie unter dem
Schlagwort Cloud Manufacturing an der Einbeziehung un-
terschiedlicher Unternehmen in den Fertigungsprozess. Die Projekte:
Forschung richtet sich dabei an industriellen Prozessen aus • ESIC: Erweiterung der Steuerungsfunktionalität durch • LiBo: Prozesssteuerung beim Lichtbogenschweißen
und versucht, bekannte Defizite zu beheben. die Integration von Containertechnologien • MNC: Modellbasierte CNC-Architektur,
• FluPro ARENA2036: Fluide Fahrzeugproduktion für die Automatisierung des Gießprozesses
Softwaremethoden Mobilität der Zukunft • MRiLS: Hybrides Interaktionskonzept für Schulungen
• Innovative Entwicklungs- und Projektierungsmethode: • IntCDC RP09|RP15: Integratives Datenmanagement mittels Mixed Reality in the Loop Simulation Carsten Ellwein, M.Sc.
simulationsgestützt, funktional, baukastenbasiert, u. a. vernetzter, cyber-physikalischer Systeme für die • ToolProduction: Bereitstellung und Übertragung von Gruppenleiter Software- und Engineeringmethoden
für Fertigungseinrichtungen computergestützte Konstruktion, Simulation und Produkttechnologie, digitale Prozesssteuerung
• Funktionale Betrachtung von IT-Anforderungen Fertigung im Bauwesen • ViSa: Virtualisierung von Safety +49 711 685-82424
• Cloudbasierte Systemarchitekturen für die • iSrv: Intelligentes Servicesystem, digitale carsten.ellwein@isw.uni-stuttgart.de
Automatisierungstechnik Rückmeldung von Fertigungsinformationen
• Fähigkeitsbasiertes Scheduling von Aufträgen
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Forschung
INDUSTRIELLE STEUERUNGSTECHNIK
D ie Steuerungs- und Antriebstechnik profitiert in star-
kem Maße von den Entwicklungen der IT. Steigen-
de Rechenperformance durch Multicore-, GPU- und FP-
Werkzeugmaschinen, Roboter und Antriebssysteme neu-
artige Interpolationsverfahren, Algorithmen zur kollisions-
freien Bahnplanung. Im Speziellen ist das ISW der Experte
GA-Systeme sowie durch die Cloud-Technologie, die im Bereich Interpolationsverfahren mittels Klothoiden für
Miniaturisierung von Hardware-Komponenten sowie neu- CNC-Systeme
artige Softwarekonzepte werden am ISW zielgerichtet für
die Weiterentwicklung der Steuerungs- und Antriebssyste- Im Bereich Benutzerschnittstelle beschäftigt sich das ISW
me eingesetzt. Unter anderem hat das ISW die Architektur mit dem modularen Framework für die HMI Entwicklung • Konzepte für die Steuerungstechnik der Zukunft, • SFSC: Shop-Floor Service Connector zur nutzerfreund-
heutiger CNC-Systeme maßgeblich mitgeprägt und mit sowie mit den Methoden von Virtueller und Erweiterter plattform- und servicebasierte Steuerungsarchitektu- lichen und plattformunabhängigen Entwicklung von
der Offenen Antriebsreglerplattform sowie Test- und Zer- Realität zur Anwendung in der Produktion. Ziel ist hierbei ren, Verwendung von Blockchaintechnologie, Industrie 4.0 Smart Services
tifizierungslösungen für Feldbus- und Steuerungssysteme Mehrwertdienste zur Steuerung von Produktionsabläufen Konzeptionierung eines Betriebssystems für die • SmartCNC: Entwicklung eines SmartCNC-Systems zur
weitere innovative Lösungen und Konzepte erarbeitet. zu generieren. industrielle Produktion, u.a. Integration des CAM-Systems in die CNC-Steuerung
• SmartFTF: Entwicklung einer adaptiven Bahnplanung
Die Kommunikationstechnik spielt für den Maschinen- und Steuerungstechnik Projekte: zur Berücksichtigung und Umfahrung von statischen
Anlagenbau eine wichtige Rolle. Im Rahmen der Initiati- • NC-Kernfunktionalität (Bahnplanung) • Cornuspline 2: G2-Stetiges Überschleifverfahren für und erstmals dynamischen Objekten/Hindernissen
ven zu Industrie 4.0 und IoT hat die Bedeutung der Kom- • Herstellerspezifische und übergreifende NC-Steuerungen mittels stückweise definierte
munikationstechnik noch weiter zugenommen. Das ISW Steuerungsschnittstellen Klothoide
treibt in diesem Zusammenhang Innovationen im Bereich • Dezentrale Systeme und verteilte Interpolation • Devekos: Verteilte Interpolation und Steuerung für
der echtzeitfähigen und nicht-echtzeitfähigen sowie der Mehrkomponenten-Systeme
drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikation voran. Kommunikationstechnik • FabOS: Vision für ein offenes, verteiltes, echtzeitfähi-
Neben der Spezifikation von Kommunikationsprotokollen • Netzwerkkommunikation in Produktionsnetzwerken ges und sicheres Betriebssystem für die Produktion
und -profilen zählen hierzu auch Validierung und Test. Das • LTE- und TSN-basierte Kommunikation • IntCDC TP4: Entwicklung einer modularen Fertigungs-
ISW ist dabei fest in der Sercos und OPC UA Community • OPC UA Schnittstellen und Spezifizierung von plattform für die Herstellung von Holzbauteilen
verankert. branchenweiten Informationsmodellen • KaBa: Kamerabasierte Bahnplanung zur effizienten
• Normung, Spezifizierung, Feldbuszertifizierung Programmierung von Industrierobotern
Das ISW arbeitet seit vielen Jahren im Bereich der Grund- • KOSMoS: Kollaborative Smart Contracting Plattform Tobias Bux, M.Sc.
lagenforschung zu Algorithmen für die Steuerungs- und Technologietransfer für digitale Wertschöpfungsnetze Gruppenleiter Industrielle Steuerungstechnik
Regelungstechnik im Kontext des Werkzeugmaschinen und • Erweiterung der klassischen Steuerungstechnik mit • RobManip: Simulationsgestütztes Training und
Anlagenbaus. Ziel ist es, bei der Werkstückbearbeitung die Hilfe von maschinellen Lernansätzen Deployment von Robotermanipulationsfähigkeiten zur +49 711 685-82325
Genauigkeit und Oberflächengüte zu verbessern, die Ma- Automatisierung von Montageaufgaben tobias.bux@isw.uni-stuttgart.de
schinen- und Werkzeugbelastung zu senken und die Bear- • SeRoNet: Service-orientiertes Backend für
beitungszeit zu verringern. Hierfür entwickelt das ISW für Serviceroboter-Lösungen
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Forschung
ECHTZEITKOMMUNIKATION UND STEUERUNGSHARDWARE
S chon immer war Echtzeitkommunikation eine Schlüs-
seltechnologie für Produktionssysteme. Um die Digi-
talisierung der Produktion zu ermöglichen, wird nun die
•
•
•
Konvergente Netze
Drahtloskommunikation
Open-Source-Stacks
Betriebstechnik (OT – Operation Technology) in die Infor- • Hardwareimplementierungen
mationstechnologie (IT) integriert. Der Forschungsschwer- • Interoperabilität und Testing
punkt verlagert sich auf interoperable konvergente Kom-
munikationssysteme einschließlich kabelgebundener und Steuerungshardware & Architekturkonzepte
drahtloser Technologien, während traditionelle Feldbusse • CPU- und Embedded-Plattformen
weiterhin unterstützt werden. Neben Sercos, EtherCAT und • Offene Steuer- und Regelplattformen
Sensordatenprotokollen werden auch neue Technologien • Anwendung von FPGA-Technik
wie TSN und OPC UA eingesetzt. • Sensordatenerfassung und -aufbereitung
• Regelkonzepte für Servoantriebe und
Die Anforderungen an die Rechenleistung von Steuerungs- Sonderanwendungen
systemen steigen stetig an. Die Entwicklung von IIoT schafft • Leistungselektronik und Umrichtertechnik
eine Nachfrage nach maßgeschneiderten Hardwareplatt-
formen. In der Forschung erfüllen Standardplattformen
oft nicht die Anforderungen an Leistung, Flexibilität und Projekte:
Schnittstellen. Daher werden neben der Nutzung bestehen- • Adaptive PWM: Steigerung der Energieeffizienz von
der Plattformen auch eigene Hardwareplattformen unter Antrieben durch bedarfsgerechte Schaltfrequenz der
Verwendung von Multicore-Architekturen, GPUs und FP- Umrichter
GAs entwickelt, aber auch Leiterplatten und Leistungselekt- • AccessTSN: Modularer Open-Source Treiber für
ronik. Schwerpunkte sind das Co-Design von Hardware und Echtzeit-Anwendungen in TSN-basierten Netzen
Software einschließlich des Engineering-Prozesses, woraus • EDK: Echtzeitfähige, synchrone
Entwicklungen wie die FPGA-basierte Open Automation Drahtloskommunikation für die Produktion mittels LTE
Platform (OAP) resultieren. Anwendungen sind Antriebs- • Open Automation Platform (OAP): Flexible und
steuerungssysteme, hardwarebeschleunigte Simulations- schnittstellenoffene FPGA-basierte Echtzeitplattform Dipl.-Ing. Florian Frick
motoren, Antriebs- und Prozesssteuerungssysteme sowie • RoboSkin: Hardware-beschleunigte Sensordaten- Gruppenleiter Echtzeitkommunikation und
innovative Sensorlösungen. fusion und Kommunikationsplattform für gedruckte • TSN4KMU: Modulare TSN-Routerplattform mit Steuerungshardware
Oberflächensensoren für die Robotik anpassbaren Hardwarebeschleunigern
Echtzeitkommunikation • TSN4Automation: Evaluation von Echtzeit-Ethernet für • TSN Testbed: Interoperability Testbed für TSN-Geräte +49 711 685-84528
• Time Sensitive Networking (TSN) den Einsatz in der Automatisierungstechnik mit regelmäßigen Plugfests und Dauerinstallationen florian.frick@isw.uni-stuttgart.de
• Feldbusse
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Forschung
ANTRIEBSSYSTEME UND -REGELUNG
D as dynamische Verhalten von Maschinen und Robotern
entscheidet über Qualität und Kosten der damit gefer-
tigten Erzeugnisse. Das Gesamtverhalten ergibt sich aus
hinaus arbeiten wir mit abgeglichenen Dynamikmodellen
von gängigen Antriebssystemen und Industrierobotern zur
zeiteffizienten Untersuchung entwickelter Verfahren und
dem gekoppelten Zusammenspiel mechanischer Kompo- neuer Ansätze.
nenten und geregelter Antriebssysteme. Um den steigen-
den Anforderungen aus dem Maschinen- und Anlagenbau Antriebsregelung
gerecht zu werden, forscht das ISW auf den Gebieten An- • Systemdynamik geregelter Antriebssysteme
triebsregelung und Maschinentechnik. • Alternative und erweiterte Regelungsstrukturen
• Kompensationsverfahren
Im Bereich der Antriebsregelung stellt die präzise und dy-
namische Einstellung von Position und Geschwindigkeit Maschinentechnik
bewegter Maschinenkomponenten eine wesentliche Anfor- • (Alternative) Vorschubantriebssysteme
derung dar. Geregelte elektromechanische Antriebssyste- • Optimierung von Antriebssystemkomponenten
me müssen vorgegebenen Bahnen exakt folgen und dabei
einwirkende Störgrößen effektiv ausregeln. Dies erfordert Industrierobotik
eine dynamische Regelung mit hoher Robustheit. Daher • Modellbasierte Regelungsverfahren
werden am ISW neuartige Regelungs- und Kompensations- • Zerspanende Bearbeitung
verfahren zur Steigerung von Genauigkeit und Dynamik li-
nearer und rotatorischer Antriebssysteme erforscht.
Projekte:
Im Bereich der Maschinentechnik forscht das ISW an in- • DataCon: Wissenstransfer zwischen Forschung und
novativen Vorschubantriebskonzepten sowie an der Wei- Industrie zur industriellen Anwendung von Lernen
terentwicklung gängiger Antriebssysteme (Kugelgewinde- und Echtzeit-Simulation
triebe, Zahnstange-Ritzel-Antriebe, Direktantriebe). Dies • IMPULS: Verbesserte Bahnführung von Vorschub-
umfasst neben Auslegung, Montage und Inbetriebnahme achsen durch Impulsaktorik am Maschinentisch
auch FE-Simulationen und messtechnische Analysen. • KUMS 2: Umkehrspielkompensation in Zahnstange- Michael Neubauer, M.Sc.
Ritzel-Antrieben durch Erfassung der Gruppenleiter Antriebssysteme und -regelung
Wir verfügen über eine Reihe an Prüfständen mit unter- Maschinentischbeschleunigung
schiedlichen Antriebssystemen sowie verschiedene Ma- • SDaR: Antriebsbasierte Schwingungsdämpfung an • Soft Tissue Robotics: Modellbasierte Steuerung der +49 711 685-82421
schinen und Industrieroboter. Daher können eine Vielzahl Industrierobotern für die spanende Bearbeitung Interaktion von Robotern mit weichen Materialien michael.neubauer@isw.uni-stuttgart.de
an experimentellen Untersuchungen durchgeführt und • SiRoWo: Automatisierung der roboterbasierten • TopGen 2: Topologisch optimierte Bauteile für
neue Ansätze anwendungsnah validiert werden. Darüber Bearbeitung von Holz- und Verbundwerkstoffen generative Fertigungsverfahren
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Forschung
MECHATRONISCHE SYSTEME UND PROZESSE
W ir betrachten Fertigungseinrichtungen und deren
Maschinen als mechatronische Systeme. Unsere
anwendungsorientierte Forschung verbessert die Prozess-
Dynamik mechatronischer Systeme
• Optimierung und Neuentwicklung mechatronischer
Systeme sowie moderner Softwareapplikationen
sicherheit, steigert die Effizienz und erschließt neue • Modellierung, Simulation und Systemidentifikation
Einsatzgebiete. • Methoden zur Datenerfassung und -auswertung für
die Optimierung von ein- und mehrstufigen
Vom einzelnen Prozess bis zum gesamten System bieten Produktionssystemen
wir Lösungen für die zunehmend vernetzten Fertigungsein-
richtungen der Zukunft. Dabei steigern wir beispielsweise Additive Fertigung
die Genauigkeit von CNC-Fräsmaschinen durch adaptive • Freiformdrucken vom CAD-Teil bis zum Produkt
Verspannung oder reduzieren Ausschuss und Nacharbeit in • Entwicklung hochfrequenter Regelungs- und
mehrstufigen Produktionssystemen durch moderne analy- Steuerungstechnik
tische Methoden. • Modellierung und Simulation additiver Prozesse
• Spezialanwendung: von der Medizintechnik bis hin
Unsere Expertise in der Modellierung und Steuerung von zum Bauwesen
der einzelnen Komponente bis hin zum Gesamtsystem nut-
zen wir zur Weiterentwicklung der additiven Fertigung. Wir Seilrobotik
betrachten den gesamten Prozess, vom CAD-Teil bis zum • Modellierung und Regelung der Elastodynamik
Endprodukt. Neben neuartigen Mehrachskinematiken für • Rekonfiguration veränderlicher Roboterkinematiken • IntCDC TP14: Entwicklung einer modularen Ferti-
den 3D-Druck entwickeln wir prozessorientierte Offline- und • Erweiterung des Einsatzgebietes durch Erforschung gungsplattform für die Herstellung von Faserverbund-
Online-Bahnplanungssysteme sowie Regelungsalgorith- neuer Roboterkinematiken bauteilen
men mittels Echtzeitsimulation. • Spezialanwendung: z.B. additive Fertigung • Leistungszentrum „Mass Personalization“: Mit perso-
nalisierten Produkten zum Business to User (B2U)
Seilgetriebene Parallelroboter werden in Zukunft durch die Projekte: • PISA: Entwicklung einer neuartigen, integrierten In-
Kombination der Vorteile serieller und paralleler Kinema- • CLM4.0: Closed Loop Manufacturing 4.0 mit dustrie 4.0 Auswertung für Produktionsanalagen
tiken an Bedeutung gewinnen: großer Arbeitsraum, hohe Echtzeitprozessregelung auf der Smart-Box • SeilroStrKonfig: Kinematische Rekonfiguration paral- Florian Eger, M.Sc.
Nutzlast und hohe Dynamiken. Wir untersuchen die Elas- • EndlessZ: Entwicklung von Seilrobotern mit endloser leler Seilroboter im Betrieb Gruppenleiter Mechatronische Systeme und Prozesse
todynamik und Regelung von Seilrobotern sowie deren Rotation für Handhabungsanwendungen • Soft Tissue Robotics: Steuerung und Regelung der
Rekonfigurierbarkeit bei veränderlichen Anforderungen. • ForZDM: Ausschussreduktion in mehrstufigen Handhabung weicher Materialien mittels +49 711 685-82470
Mit unseren Werkzeugen zur Konstruktion von Seilrobotern Produktionssystemen Industrieroboter florian.eger@isw.uni-stuttgart.de
entwickeln wir Systeme mit endloser Rotation für Handha- • ICM: InnovationsCampus „Mobilität der Zukunft“ – • SPP2187: Fertigungsverfahren für Betonbauteile mit-
bungsaufgaben und für die additive Fertigung. Koaxiales Laserdrahtauftragsschweißen tels vollrezyklierbaren Schalungssystemen
18 19Forschung
VIRTUELLE METHODEN IN DER PRODUKTIONSTECHNIK
D as ISW forscht in diesem Bereich an Technologien für
das Digital Engineering von übermorgen: Im Lebens-
zyklus von Maschinen und Anlagen besteht der Bedarf an
Projekte:
• v2r-IBN: Entwicklung einer modularen Entwicklungs-
und Serviceplattform zur Implementierung eines
innovativen simulationsbasierten Methoden und Werk- fließenden Übergangs von der virtuellen zur realen
zeugen, welche die steigende Komplexität künftiger Pro- Inbetriebnahme von Fertigungsanlagen
duktionssysteme beherrschbar machen, am umfassenden • CoSBE: Durchgängige simulationsbasierte
virtuellen Abbild der Produktion Optimierungen bis hin Entwicklung
zum virtuellen Factory Acceptance Test ermöglichen und • Hardware-/Software-in-the-Loop Gym: Der Digitale
betriebsbegleitend die Fertigung unterstützen. Zwilling als Lernumgebung für intelligente Steuerun-
gen
Digitaler Zwilling • Online-Change: Entwicklung eines neuartigen
• Umfassende Simulationsmodelle mittels multiskala- HiL-4.0-Change Managers
rer Materialflussmodelle • V-TDE: Virtual Test-Driven Engineering
• Generierung von Digitalen Zwillingen für die • AMDZ: Entwicklung einer entwurfsbasierten Sprache
Montageauslegung und -optimierung zur Montageprozessbeschreibung für automatisierte
• Entwicklungsplattform für die unternehmensübergrei- Auslegungsplanung von Montagelinien
fende Nutzung von Digitalen Zwillingen • OptiPlant: Echtzeitfähige Flusssimulation mit
Multiskalen-Netzwerk-Modell
Virtuelle Inbetriebnahme • Soft Tissue Robotics: Machine Learning für die
• Durchgängige X-in-the-Loop Simulationsmodelle für Handhabung von weichen Materialien
die Absicherung des Engineerings • Virtueller Tischkicker: Studentischer Wettbewerb zur
• Hybride Inbetriebnahme mit realen und virtuellen SPS Programmierung am HiL-System
Komponenten
• Erweiterte virtuelle Inbetriebnahme mittels
Testautomatisierung
Florian Jaensch, M.Sc.
Künstliche Intelligenz Gruppenleiter
• Virtuelle Produktionsabbilder als „Gym“ für Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik
Reinforcement Learning
• Kognitive Steuerungstechnik im Engineering und im +49 711 685-82532
Betrieb florian.jaensch@isw.uni-stuttgart.de
20 21Dienstleistungen für die Industrie
Stuttgarter Innovationstage
Das ISW berät Industrieunternehmen rund um die am Institut bearbeiteten Forschungsthemen und hilft damit,
den Transfer von der Grundlagenforschung in die Industrie sicherzustellen. Darüber hinaus werden Firmen bei
der Umsetzung von Prototypen bis hin zu neuen Produkten durch das Know-How am ISW entsprechend ihrer
Anforderungen unterstützt.
Im Rahmen unserer Veranstaltungsreihe „Stuttgarter
Innovationstage – Steuerungstechnik aus der Cloud“
sollen die heutigen Möglichkeiten und Lösungen einem
Reality-Check unterzogen werden. Die Veranstaltung dient
Beratung und Entwicklung: als Schnittstelle und Networking-Plattform zwischen For-
• Steuerungskonzepte, -architekturen und -algorithmen schung und Industrie und soll einen Austausch und die
• Kommunikationstechnik Inspiration interdisziplinärer Lösungen und Ideen fördern.
(OPC UA, sercos, ProfiNet, EtherCat, TSN) Informationen zur nächsten Veranstaltung finden Sie unter:
• Sondermaschinen www.stuttgarter-innovationstage.de Stuttgarter Innovationstage 2018 in der Alten Reithalle, Maritim Hotel Stuttgart
• Modellierung und Simulation
• Baukastenbasiertes Engineering Industry Working Group “TSN for Automation“ IIC-TSN-TESTBED
• FPGA-Lösungen
•
•
•
Maschinen- und Komponentenoptimierung
Auslegung von Antrieben
Softwarearchitekturen
M it der Gründung einer anwendungsorientierten Inte-
ressengemeinschaft, welche die volle Breite der
industriellen Produktion abdeckt, wollen wir die Anwen-
T ime Sensitive Networking (TSN) hat in der Industrie
bereits eine breite Anerkennung als Enabling-Tech-
nologie für die Produktion der Zukunft gefunden. Ent-
• Technologieberatung dung von Echtzeit-Ethernet in der Automatisierung defi- scheidende Voraussetzung hierfür ist die Interoperabilität
• Regelungsverfahren, -parametrierung und -methoden nieren, aber auch praktisch ausprobieren und Bewährtes zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Um paralle-
• Additive Fertigungstechnik übernehmen. Natürlich, im Sinne einer kontinuierli- len Entwicklungen und verschiedenen Interpretationen
• Positioniergenauigkeitsuntersuchungen an Antriebssystemen chen Technologieführerschaft, jetzt und nicht erst nach der Standards vorzubeugen, besteht großes Interesse an
• Security-Analyse von Steuerungen Abschluss der letzten Teilspezifikation. Dabei handeln wir frühzeitigen Tests verschiedener Geräte in einem gemein-
interdisziplinär, hersteller- und branchenübergreifend samen Netz. Den entsprechenden Rahmen hierfür bietet
Schulungen und Seminare: und stets mit Blick auf die Produktionstechnik/Automa- das TSN-Testbed des IICs, welches vom ISW gehostet und
• Stuttgarter Innovationstage tisierung. Weitere Informationen finden Sie auch unter: betreut wird. Weitere Informationen finden Sie auch unter:
• Industriearbeitskreis Simulationstechnik www.tsn4automation.com www.iiconsortium.org/time-sensitive-networks.htm
• Ethernet-basierte Kommunikation (OPC UA in der
Steuerungs- und Automatisierungstechnik)
• Industriearbeitskreis „TSN for Automation“ Dr.-Ing. Armin Lechler
• IIC TSN Testbed Plugfest Stellvertretende Institutsleitung
• Hardware-in-the-Loop-Simulation Geschäftsführender Oberingenieur
• OPC UA Workshops zu Companion Specifications
• Einführung in OPC UA - Grundlagen zu OPC UA +49 711 685-82462
armin.lechler@isw.uni-stuttgart.de
Auftaktveranstaltung “TSN for Automation“ am ISW IIC TSN Testbed Plugfest 2018 am ISW
20 23Messen und Ausstellungen
Das Institut präsentierte auf der SPS IPC Drives 2018 in
Nuremberg seine aktuellsten Forschungsthemen:
SPS IPC DRIVES HANNOVER MESSE
Seilgetriebener 3D-Drucker „CaRo-Printer“
Industrielle Kommunikation mit TSN und OPC UA
Echtzeitfähige Integrationsplattform für die Adaptiv verspanntes
Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) Zahnstange-Ritzel-Antriebssystem
Automatisches Erlernen von Steuerungslogik am Digitalen Zwilling
Cloudbasiertes Roboterschweißen Kamerabasierte Bahnplanung für Industrieroboter
24 25Maschinenausstattung Kontakt
Das ISW verfügt über einen vielseitig einsetzbaren Maschinenpark Institut für Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und
Werkzeugmaschinen: Fertigungseinrichtungen (ISW)
• Maho MH800E, CNC Fräsmaschine, Arbeitsbereich: X800 Y450 Z500 mm Universität Stuttgart BESUCHEN SIE UNS
• DMG DMC 650V, Arbeitsbereich: X650 Y520 Z475 mm www.facebook.com/iswunistuttgart
• DMG DMU 50 ecoMill, 5-Achs CNC Fräsmaschine, Arbeitsbereich: X500 Y450 Z400 mm Seidenstraße 36, 70174 Stuttgart
• Exeron Digma HSC600, 5-Achs CNC Fräsmaschine, Arbeitsbereich: X650 Y550 Z400 mm Fon +49 711 685-82410
• Hermle UWF, 3-Achs CNC Fräsmaschine, Arbeitsbereich: X850 Y630 Z500 mm Fax +49 711 685-82808
• 7-Achs CNC „Modellfräsmaschine“
• Deckel FP3A, Universalfräsmaschine, Arbeitsbereich: X500 Y300 Z400 mm info@isw.uni-stuttgart.de
www.isw.uni-stuttgart.de
Roboter:
• Kuka KR210 mit offener Steuerung ANFAHRT
• Stäubli TX40, 2 Stück
• Franka Emika Panda Mit dem Auto:
• 7-Achs KUKA KR500-Roboter-Bearbeitungszelle Aus Richtung München oder Karlsruhe A8, Ausfahrt 52b
• Räumlicher Seilroboter COPacabana Stuttgart-Degerloch. Der B27 folgen in Richtung Stuttgart
Zentrum. Ab Charlottenplatz weiter auf der Schlossstraße
Werkstattmaschinen: bis Berliner Platz, dann rechts in die Seidenstraße abbie-
• Bandsägen gen.
• Tischbohrmaschinen
• Ständerbohrmaschine Öffentliche Verkehrsmittel:
• Schleifböcke Ab Stuttgart-Hauptbahnhof mit dem Bus 42 (Richtung
• Drehmaschine Weiler Praktikant140 Spitzenhöhe 140 mm Spitzenweite 650 mm Erwin-Schoettle-Platz) bis Haltestelle Rosenberg-/Sei-
• Drehmaschine VDF Spitzenhöhe 230 mm Spitzenweite 1000 mm denstraße oder vom Rotebühlplatz/Stadtmitte mit der U4
• Horizontalflachschleifmaschine Blohm, Schleiflänge 700 mm Schleifbreite 350 mm Schleifhöhe 425 mm (Richtung Hölderlinplatz) oder mit dem Bus 43 (Richtung
Killesberg) bis Haltestelle Rosenberg-/Seidenstraße.
Sonstige Ausstattung:
• Versuchsstände Kugelgewindetrieb • Linapod Stabkinematik als 3D-Drucker Ab Stuttgart-Flughafen mit der S2 (Richtung Schorndorf)
• Versuchsstand Zahnstange-Ritzelantrieb • 7-Achs-Druckanlage oder S3 (Richtung Backnang) bis Haltestelle Rotebühlplatz/
• Versuchsstand „Kleine Werkzeugmaschine“ • Steuerungslabor Stadtmitte, dann Stadtbahn Linie U4 (Richtung Hölderlin-
• Versuchsstand Mehrachsdemonstrator zur • Antriebslabor platz) oder mit dem Bus 43 (Richtung Killesberg) bis Halte-
verteilten Interpolation • Studentisches Applikationslabor stelle Rosenberg-/Seidenstraße.
26 27Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen Seidenstraße 36 70174 Stuttgart T: +49 711 - 685 82410 F: +49 711 - 685 82808 info@isw.uni-stuttgart.de www.isw.uni-stuttgart.de © ISW Universität Stuttgart, 2020 Gedruckt mit Unterstützung des Vereins der Freunde und ehemaligen Mitarbeiter des ISW e. V. 28
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