Kompetenzen

Software- und FPGA-Entwicklung

Software ist gewissermaßen die Seele der meisten modernen mechatronischen Systeme. Sie bildet das Rahmenwerk für die mathematischen Algorithmen und Methoden der Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik. Die Benutzerfreundlichkeit sowie die Leistungsfähigkeit der Anwendung werden vor allem durch die Qualität der Software bestimmt.

Langjährige Erfahrung in der Software-Entwicklung für Echtzeitsysteme

Software Expertise
  • Maschinensprachen- und Hochsprachenprogrammierung
  • Linux – Windows – Echtzeitbetriebssysteme
  • C/C++ – Python – Matlab
  • Multithreading, Parallelisierung
  • Festpunktarithmetik oder Gleitpunktarithmetik
  • Hardwarenahe Programmierung diverser Mikrokontroller
  • Implementierung komplexer Designs mit Soft-Core Mikroprozessoren und Mikrocontrollern
  • Entwicklung von IP Cores zur Realisierung maßgeschneiderter Funktionalitäten
  • Anforderungsspezifikation (Software Requirements Specification)
  • Auswahl geeigneter kommerzieller oder frei verfügbarer Bibliotheken
  • Objektorientierte Software-Entwicklung mit modularer Struktur
  • Laufzeitoptimierung von leistungskritischen Softwaremodulen
  • Erstellung robuster Software durch umfassendes Verständnis des Betriebssystems und des Übersetzungsvorgangs

Steuerungen mit geringer Latenz

Zur Realisierung von Highspeed-Regelungen mit extrem geringer Latenz bieten wir FPGA- und Hardware-nahe Software-Entwicklung
  • Embedded Systems Design
    Konzeption, Implementierung, Verifikation
  • Systemzentrierte Software-Entwicklung
    Assembler, Hochsprache, Blockdiagramm
  • FPGA-basierte Logik mit VHDL
Unsere Vorgehensweise
  • Konzepterstellung
  • Standardisierter Design-Workflow
  • VHDL-Implementierung
  • Schaltungssimulation und -validierung
  • Modulares Test-Bench-Konzept
Besonderheiten
  • Gezielter Einsatz von Parallelisierung zur Minimierung der Schaltungslatenz
  • Gezielter Einsatz von Sequentialisierung zur Minimierung von Logikelementen
  • Optimierung der Arbeitsteilung zwischen Hardware und Software durch detaillierte Kenntnisse und langjährige Entwicklungsarbeit in beiden Bereichen

Elektronik-Entwicklung

Elektronische Hardware bildet als Schnittstelle zwischen Mechanik und Software eine wesentliche Komponente in mechatronischen Systemen und bestimmt deren potentielle Leistungsfähigkeit. Von der Idee bis zur fertigen Hardware begleiten wir Sie mit der Entwicklung anwendungsspezifischer elektronischer Schaltungen und der Integration in Ihre Maschine.

Schaltungs-Design

  • Analoges und digitales Schaltungsdesign unter Berücksichtigung der SPS-Norm DIN-EN 61131
  • Auswahl anwendungsspezifischer Elektronik-Komponenten und SMD-Bauteile
  • Erstellung von Schaltplänen
  • simulationsgestützte Auslegung von Schaltkreisen
  • Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
  • Mikrocontroller und Digitale Signalprozessoren (DSP)

Place and Route

  • Platinen-Design mit erhöhter Störfestigkeit unter Berücksichtigung der EMV-Norm DIN-EN 61000-6-2
  • Anpassung der Platine an den gegebenen Bauraum über CAD-Modelle
  • Erstellung von Produktionsdaten (Gerber, BOM, Pick and Place)

Manufacturing

  • Beschaffung und Bevorratung von Elektronik-Bauteilen
  • Fertigungsbegleitung für Elektronikentwicklungen beim Fertiger Ihrer Wahl
  • Bestehendes Netzwerk aus Elektronikfertigern und Zulieferern
  • Gehäuse-Fertigung und Integration im Feld

Technische Mathematik und Algorithmen

Verfahren der Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik basieren auf mathematischen Grundlagen. Diese werden einerseits im Design-Prozess für die Auslegung und Parametrisierung benötigt. In vielen Fällen sind sie jedoch auch integraler Bestandteil des mechatronischen Systems – beispielsweise als Regelalgorithmus. Wir unterstützen Sie mit unserem Fachwissen in diesen Bereichen.

Mathematische Expertise

  • Spline-basierte Verfahren
    NURBS, B-Splines
  • Nachrichtentechnische Signalverarbeitung
    FFT, Filter, Laplace
  • Optimierungs­algorithmen
    Fitting, Approximation, Parametersuche
  • Verarbeitung großer Datenmengen
  • Numerische Betrachtung (Fix- / Gleitpunktarithmetik)
  • Auslegung nach Echtzeitkriterien
  • Langjährige Erfahrung mit dem Entwicklungs­werkzeugen Python und MATLAB
  • Informations­technische Anpassung der Algorithmen auf die Zielplattform

Werkzeuge

  • (Nichtlineare) Optimierungsverfahren
  • Nachrichtentechnische Signalverarbeitungs­algorithmen
  • Python, MATLAB oder Direktimplementierung
  • Numerisches und algorithmisches Differenzieren
  • Statistische Methoden
  • Visualisierung / Graphische Darstellung
  • Algorithmen zur Bildverarbeitung

Vorgehensweise

  • Modellbildung und Analyse
  • Algorithmen­entwicklung mit mathematischer Modellierungs-Software
  • Numerische Betrachtung der Berechnungen hinsichtlich der Maschinengenauigkeit
  • Umsetzung auf Zielplattform
  • Test und Fehlerbehebung in Zielumgebung

Steuerungen und Achssysteme

Die optimale Regelung mechatronischer Systeme verlangt ein umfassendes Systemverständnis mit Expertise in den Bereichen Mechanik, Elektronik, Software sowie in der Steuerungs- und Regelungstechnik.

Steuerungstechnik

  • SPS und geregelte Achssysteme: Beckhoff, Siemens, SEW, Bachmann, B&R, LTi Drivers
  • Programmier­plattformen: CODESYS, TwinCAT PLC 2 und 3, TwinCAT CNC, LabVIEW
  • Feldbussysteme: EtherCAT, CAN-Bus, Profibus, SERCOS
  • Eigene Entwicklungen auf FPGA- und Microcontroller-Basis

Inbetriebnahme

  • Inbetriebnahme steuerungs­technischer Komponenten
  • Inbetriebnahme von PLC- und CNC-Systemen
  • Inbetriebnahme und Optimierung von Servo-Antriebs­systemen
    • Hochdynamische Systeme mit einer mechanischen Bandbreite im kHz-Bereich
    • Hochpräzise Systeme mit Positionier­genauigkeiten im Nanometer-Bereich

Fehlersuche und Optimierung

  • Beurteilung bestehender Architekturen und Analyse des Optimierungs­potentials
  • Fehlersuche bei komplexen mechatronischen Systemen und Produktionsanlagen

State Machines und Objektorientierung in der Steuerungstechnik

  • Verwendung modularer Softwarestrukturen zur Gewährleistung der Wartbarkeit und Erweiterbarkeit
  • Steigerung von Geschwindigkeit und Robustheit durch die Implementierung von State Machines

Simulation und Prototypenbau

Die Simulation sowie Testaufbauten mechatronischer Systeme sind fester Bestandteil einer erfolgreichen Entwicklung. Hierdurch lassen sich Inbetriebnahmerisiken auf ein Minimum reduzieren.

Messtechnische Analyse

  • Maschinenanalyse: Schwingungs- und Frequenzanalyse, Modalanalyse
  • Auswertung in Ortsbereich, Zeitbereich und Spektralbereich
  • Validierung von steuerungstechnischen und regelungstechnischen Anwendungen
  • Handhabung großer Datenmengen bei Langzeiterfassung oder hoher Abtastrate
  • Anwendungsbezogenes Design von Messgeräten und Messaufbauten
  • Anwendungsbezogene Messdatenauswertung
  • Beurteilung bestehender Architekturen und Analyse des Optimierungs­potentials

Modellbildung

  • Systemtheoretische Modellbildung im Zeit- und Frequenzbereich
  • Simulation von mechatronischen Systemen und Hardware in the loop
    (Matlab/Simulink, dSpace, National Instruments)
  • Modellbasierter Entwurf und Auslegung von digitalen Filtern und Regelalgorithmen
  • Verifizierung der Simulationsergebnisse mit realen Messgrößen

Entwicklungsmethodik

Oft ist neben der technischen Qualität auch die zeitliche Komponente der Verfügbarkeit maßgeblich für den Erfolg eines Produkts. Wir unterstützen Sie bei der zeitnahen Einführung eines qualitativ hochwertigen Produkts durch eine realitätsnahe Planung der einzelnen Entwicklungsschritte mit schlüssigen Meilensteinen für Zwischenevaluationen.
  • Stufenweiser Entwicklungsprozess mit Lasten- und Pflichtenheft
  • Versionsverwaltung und Release-Management
  • Continuous Integration
  • Test und Verifikationen

Selbstverständlich passen wir uns an die Organisations­strukturen Ihres Unternehmens an.