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Entwicklung von virtuellen mechatronischen Komponenten

Der Ansatz der funktionalen Projektierung erfordert es, dass eine funktionale Komponente nicht nur die Informationen einzelner Disziplinen enthält, sondern auch disziplinübergreifende Zusammenhänge beschreibt.

Nachfolgende Abbildung soll an Hand der funktionalen Komponente Spannen verdeutlichen, wie die Informationen verteilt sind und wie sie zusammenspielen.

Die Komponente Spannen besteht aus Pfaden für den Schaltplan, einem allgemeingültigen Funktionsbaustein für geschaltete Achsen und einer Paarüberwachung. Hierbei werden einzelne Information mit Namen bzw. Parametern versehen.

Die jeweiligen Parameter werden an Hand der funktionalen Komponente mit Werten belegt. Beispielsweise wird dadurch festgelegt, ob ein Endschalter vorhanden ist oder welche Dimensionierung ein Schütz erhalten soll. Um hierbei nicht für jede Spanneinheit bzw. deren übergeordnete Einheiten die entsprechenden Werte eingeben zu müssen, können Werte abgeleitet werden. Das bedeutet, dass einzelne Werte über Komponenten hinweg oder durch Komponenten hindurch gereicht werden können. Somit können viele Parameter ihre Werte von bereits parametrierten Komponenten erhalten oder auf deren Grundlage den eigenen Wert berechnen. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Initialwerten. Hierbei werden automatisch vordefinierte Werte eingesetzt und verwendet, beispielsweise für eine sehr häufig verbaute Variante einer Spannvorrichtung.

Das Prinzip des Ableitens von Parameterwerten wird in folgender Abbildung erläutert:

Funktionale mechatronische Komponenten müssen durch mechatronische Parameter einstellbar sein, damit sie für unterschiedliche Einsatzbereiche verwendet werden können. Die Teilkomponenten haben wiederum Parameter, die entweder bereits bei der Entwicklung der mechatronischen Komponente festgelegt werden können oder sich aus mechatronischen Parametern ableiten. Veränderbar bei der betrachteten Spannfunktion müssen beispielsweise der verwendete Motor, die E/A-Adressen oder die Freigabebedingung sein, damit die Komponente flexibel wiederverwendet werden kann.

Durch die interne Vorverdrahtung in virtuellen mechatronischen Komponenten wird die Vielzahl von Parametern, die heute in unterschiedlichen Werkzeugen eingestellt werden müssen, auf wenige Parameter reduziert. Die interne Vorverdrahtung stellt sicher, dass beispielsweise E/A-Adressen im Schaltplan und in der SPS-Software immer konsistent sind.

Die Ableitung der Parameterwerte erfolgt durch Formeln, ähnlich wie die Übertragung von Daten zwischen Zellen in MS-Excel-Tabellen. Mit der Formel mc. $ArtikelNr_Motor wird der Wert des mechatronischen Parameters ArtikelNr_Motor direkt als Wert für den Parameter einer Teilkomponente übernommen. Durch Formeln ist es im Weiteren möglich, beliebige Berechnungen, wenn-dann-Bedingungen etc. zu formulieren.

Eine sehr mächtige Möglichkeit zur Modellierung von Varianten ergibt sich durch das Enabler-Konzept: Jede Komponente hat, durch EEC vorgegeben, den booleschen Parameter enable, für den eine Formel definiert werden kann, die entscheidet, ob die Komponente in einer konkreten Konfiguration zu verwenden ist oder nicht. So ist es im Beispiel der Spannfunktion mit Hilfe des booleschen Parameters "WS_Kontrolle" möglich, zwischen ein oder zwei Sensoren für die Ermittlung der Bedingung "gespannt" zu unterscheiden. Dieses Konzept trägt wesentlich dazu bei, die Anzahl der Baukastenkomponenten zu minimieren und somit den Verwaltungsaufwand für den Baukasten gering zu halten.