ViRTNC – Echtzeit-Virtualisierung von NC-Steuerungen zur dynamischen Bereitstellung von Hardwareressourcen für rechenintensive Steuerungsaufgaben

 

Durch das Verlangen nach individuellen, hochqualitativen und preisgünstigen Produkten in immer kleineren Zeitintervallen stehen produzierende Unternehmen vor großen Herausforderungen. Knappe Ressourcen und steigende Nachhaltigkeitsansprüche erschweren die Lage zusätzlich. Zur Sicherung ihrer Wettbewerbsfähigkeit müssen die Unternehmen produktiver arbeiten und sind auf die Steigerung der Produktivität und Genauigkeit von Produktions- und Werkzeugmaschinen angewiesen. Um diesen Ansprüchen Sorge zu tragen, werden am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen innovative Steuerungs- und Regelungsalgorithmen entwickelt, die beispielsweise eine Steigerung der Dynamik von Vorschubachsen bei gleichbleibender Qualität ermöglichen. Produzierende Unternehmen können derartig innovative Steuerungs- und Regelungsalgorithmen jedoch häufig nicht mit vertretbarem Aufwand nutzen. Entweder muss leistungsfähige Steuerungshardware in Zeiten geringer Qualitäts- und Produktivitätsanforderungen unnötig vorgehalten werden bzw. Steuerungen müssen grundsätzlich überdimensioniert werden oder das Potenzial rechenaufwändigerer Steuerungssoftware bleibt gänzlich ungenutzt.

Eine potenzielle Lösung dieses Problems wird im Rahmen des Forschungsvorhabens ViRTNC untersucht. Die Entkopplung von Steuerungshard- und -software durch eine Virtualisierungsschicht soll eine dynamische Skalierung der Rechenleistung in Abhängigkeit von der Komplexität der Steuerungsfunktionen ermöglichen. Steuerungssoftware soll dadurch nahtlos von einer Hardwareplattform auf eine andere migriert werden können. Zur Nutzung wirtschaftlicher Skalenvorteile soll außerdem die Möglichkeit untersucht werden, mehrere Steuerungen auf einem Edge-Server zu konsolidieren. Die Nutzung starrer, monolithischer und kategorisch überdimensionierter Steuerungssysteme, welche in den meisten Fällen nicht ausgenutzt werden, bei neu aufkommenden Anforderungen aber nicht mehr ausreichend sind, soll dadurch gezielt vermieden werden. Wichtige betrachtete Themenschwerpunkte zur Realisierung eines entsprechenden Automatisierungssystems sind die Echtzeit-Virtualisierung auf Commodity-Servern, die Echtzeit-Kommunikation in Ethernet-Netzwerken und die Verwaltung und Orchestrierung der resultierenden virtualisierten Steuerungen.