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Komplexe Aufgabenstellungen in der Montage
Planungsunterstützung bei komplexen
Aufgabenstellungen in der Montage – ein Industrie
4.0 Projekt
Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller
Dipl.-Ing. Christoph Speicher
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Leenhard Hörauf
6. Montage-Tagung 2014
Saarbrücken, 02. April 2014
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Planungsunterstützung – ein Industrie 4.0 Projekt 3
Aktivitäten des ZeMA im Vorfeld zu Industrie 4.0 2
ZeMA – Wissenschaftliche Ausrichtung und Aktivitäten 1
Agenda
Seite 3 © ZeMA gGmbH
Wissenschaftliche Ausrichtung der ZeMA gGmbH
Fertigungsverfahren
und
-automatisierung
Sensorik
und
Aktorik
Montageverfahren
und
-automatisierung
Unsere Forschungsbereiche
Automobil
Luftfahrt
Windkraft
Hydraulik
Pneumatik
Elektronik
Anw
endun
gsbere
ich
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Seite 4 © ZeMA gGmbH
Forschungsschwerpunkte des Bereichs
Montageverfahren und -automatisierung
Montagesystemtechnik und
Anlagenplanung
Roboter und
Handhabungstechnologien
Robotereinsatzplanung
Steuerung und Bahnplanung
Rekonfigurierbare Robotersysteme
Kooperierende Roboter
Mensch-Roboter-Kooperation
Inbetriebnahmeprozesse
in der Montage
Montagegerechte Produktgestaltung
Toleranzmanagement in der
Prozessplanungsphase
Auslegung von Justageprozessen
Fehleranalyse und
-kompensation, Prozessrückführung
Montageablauf- und
Montageprozessplanung
Prozessanalyse und
-optimierung
Modularisierung von
Montagesystemen
Auslegung von Montageprozessen
Automotive Production Research
Anwendungsorientierte Forschung und industrienahe Entwicklung im Bereich der Fahrzeugproduktion.
KUKA LBR iiwa
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Sch
rau-
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schale
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Schra
u-
ben
Un
ter-
schale
Bildquelle: KUKA
Festlegung der Perlenkette
Aufträge Mitarbeiter Systemzustand
100 x
80 x
50 x
3x
1x
3x
Qualifikation:
Qualifikation:
Qualifikation:
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Projektaktivitäten Montageverfahren und -automatisierung
RePlaMo
AutoIBN
IProGro
Seite 6 © ZeMA gGmbH
Planungsunterstützung – ein Industrie 4.0 Projekt 3
Aktivitäten des ZeMA im Vorfeld zu Industrie 4.0 2
ZeMA – Wissenschaftliche Ausrichtung und Aktivitäten 1
Agenda
Seite 7 © ZeMA gGmbH
Wandlungsfähige Montagesysteme für unterschiedliche
Produktdimensionen existieren in ersten Ausführungen
Strukturelemente modularer Montageanlagen sind in allen
Anwendungsbereichen prinzipbedingt vergleichbar, z.B.
Elektronikkomponenten Module im Fahrzeugbau Großbauteile für die
Flugzeugmontage
Stückzahl
Seite 8 © ZeMA gGmbH
Modularität und Skalierbarkeit ermöglicht Flexibilität. Zusätzliche Rekonfigurierbarkeit
ermöglicht Wandlungsfähigkeit. Aber wie setzen wir diese ein und um? (I)
Quelle: Dürr, Daimler
Änderungen im Produkt
Änderungen in der Technologie
Änderungen in der Stückzahl
mehr/weniger Takte
Anpassung Prozesstechnik
Anpassung der Taktzeit
An
zah
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SKD
CKD
Full size
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Modularität und Skalierbarkeit ermöglicht Flexibilität. Zusätzliche Rekonfigurierbarkeit
ermöglicht Wandlungsfähigkeit. Aber wie setzen wir diese ein und um? (II)
Zukunft
Mit einem frei konfigurierbaren Montage-
system könnten unterschiedliche Bauteile
(Größe und Form) montiert werden.
Insbesondere die Aufnahmeschnittstelle
(Greifpunkte) zum Bauteil sowie der
Arbeitsraum müssen leicht anpassbar sein.
Modulare Erweiterbarkeit der Steuerung
ermöglicht Rekonfigurierbarkeit
Verwendung gleicher Steuerungsstrukturen
ermöglicht Plug & Produce
Prozessübergreifende Lösungskonzepte wie
horizontale vertikale Montage sind
darstellbar
vertikale Montage
(z.B. Tragflächen)
horizontale Montage
Koordinator
Modul 1
Mechanik
Elektronik
Software
Modul 2
Mechanik
Elektronik
Software
mechatronischer
Modulbaukasten
Modul 3
Mechanik
Elektronik
Software
Modul n
Mechanik
Elektronik
Software
Beispiel: Sektionsmontage Flügelmontage Quelle: RePlaMo
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Wandlungsfähige Betriebsmittel können als ein Konstrukt
mechatronischer Module verstanden werden
mechatronisches
Modul
mechanische
Struktur
Software
Elektrik/
Elektronik
Schnittstellen
modulares mechatronisches System
Mensch / Mitarbeiter n
Fähigkeiten
Aktorische Sensorische Kognitive
Koord
inato
r
mechatronisches Modul 2
Mechanik Elektronik Software
mechatronisches Modul 1
Mechanik Elektronik Software
techn. Ausprägung
z.B. mechatronisches Modul
Modularisierung durch
Montageverantwortlichkeiten
Verantwortlichkeiten
Methoden
Es entstehen funktionale Objekte, die nicht nur technische Systeme
sondern bis in die Endstufe weitergedacht auch den Menschen umfassen.
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Planungsunterstützung – ein Industrie 4.0 Projekt 3
Aktivitäten des ZeMA im Vorfeld zu Industrie 4.0 2
ZeMA – Wissenschaftliche Ausrichtung und Aktivitäten 1
Agenda
Seite 12 © ZeMA gGmbH
Durch die Entwicklungen, Techniken und Technologien der letzten
Jahre ergeben sich neue Möglichkeiten für Montagesysteme
Deutschland muss die Potentiale der nächsten industriellen R/Evolution erschließen, um weiterhin
wettbewerbsfähig zu produzieren und Leitanbieter von intelligenten Produktionstechniken zu bleiben.
Gra
d d
er
Ko
mp
lexitä
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Zeit Ende des
18. Jh.
Anfang des
20. Jh.
Beginn 70er
Jahre im 20. Jh. heute
4. Industrielle Revolution
auf Basis von cyber-physischen
Systemen
Quelle: DFKI; Bildquellen: Deutsches-Museum, spiegel, produktion, DFKI
Industrie 1.0
Industrie 2.0
Industrie 3.0
Industrie 4.0
1. Industrielle Revolution
durch Einführung mechanischer
Produktionsanlagen mit Hilfe von
Wasser- und Dampfkraft
2. Industrielle Revolution
durch Einführung arbeitsteiliger
Massenproduktion mit Hilfe von
elektrischer Energie
3. Industrielle Revolution
durch Einsatz von Elektronik
und IT zur weiteren Auto-
matisierung der Produktion
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Mechanische Energieerzeugung zur
Unterstützung der Handarbeit und zum Antrieb
von Maschinen.
Ende 18. Jh.: Die 1. Industrielle Revolution läutet den Beginn des
Maschinenzeitalters ein
Die mechanische Energieerzeugung und die Mechanisierung der Handarbeit bilden die Grundlage für
die mechanische Produktion und Fabriken sowie für weitere Entwicklungen.
Dampfmaschine
Mechanisierter
Webstuhl
Bildquelle: wuestewaltersdorf
Manueller Webstuhl
Bildquelle: Deutsches Museum
Bildquelle: Wikipedia
Handarbeit Mechanisierung
der Handarbeit Mechanische Energieerzeugung
Seite 14 © ZeMA gGmbH
Die Verfügbarkeit von Elektrizität ermöglicht die Bildung von Ballungszentren und die Einführung neuer
Produktionsanlagen. In Kombination mit dem Prinzip der Arbeitsteilung werden die Fließbandarbeit und
damit neue Dimensionen der Massenproduktion möglich.
Stromerzeugung und Stromübertragung
Arbeitswissenschaft und -organisation
Anfang 20. Jh.: Auf die 1. Industrielle Revolution folgt eine
2. Industrielle Revolution
Mechanisierter
Webstuhl
Bildquelle: Wikipedia
Maschinen Elektrizität und Energieübertragung,
Taylorismus
Fließbandarbeit: Ford
Bildquelle: zeit
Neue Formen der
Arbeitsorganisation
Drehstromgenerator
in Lauffen
Bildquelle: wikipedia
Bildquelle: wikipedia
Bildquelle:
planet-wissen Schla
chth
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hic
ago
Seite 15 © ZeMA gGmbH
Der Einsatz der starren Automation befähigt neue Produktionsanlagen und ermöglicht eine weitere
Steigerung der Produktivität. Durch weitere Innovationen (einfache Steuerungen, Roboter, …) werden
neue Produktionsbereiche für den Einsatz von Maschinen erschlossen.
starre Automaten, Pick & Place Einheiten,
Roboter
fest verdrahtete logische Maschinen, SPS
Mitte 20. Jh.: Die Automation eröffnet vollständig neue
Einsatzgebiete von Maschinen in der Produktion
Entwicklung der Automation
Fließbandarbeit: Ford
Bildquelle: zeit
Fließbandarbeit Taktstraßen
Bildquelle: robothalloffame
Bildquelle: images.hemmings
Bildquelle: Lotter
Karosseriebau:
1960er / 1970er
Seite 16 © ZeMA gGmbH
Die Informationstechnologie und deren Weiterentwicklung (s. Mooresches Gesetz) bilden die
Grundlage der digitalen Revolution. Dies ermöglicht den Einsatz von IT in der Produktion und eröffnet
neue Möglichkeiten der Kommunikation und des Datenaustausches (Internet).
Computer
Internet
Automatisierung
Gegen Ende des 20. Jh. entwickelt sich die Informationstechnologie immer rasanter,
wodurch sich wieder ungeahnte Innovationen in der Produktion ergeben.
Informationstechnologie Taktstraßen
Bildquelle: images.hemmings
Karosseriebau:
1960er / 1970er
Bildquelle: wikipedia
IT in der Produktion
Internet
Bildquelle: blog.audi
Karosseriebau: heute
Bildquelle: sps-magazin
IT im Unternehmen
Seite 17 © ZeMA gGmbH
Industrie 4.0 und der Einsatz von cyber-physischen Systemen
werden die Produktion zukünftig verändern.
Vernetzung / Internet
– lokale und globale Netze,
– welche aus vielen Rechnern /
Teilnehmern bestehen und
– einen Datenaustausch ermöglichen
Eingebettetes Modul
– in sich abgeschlossen
– speziell für eine Aufgabe ausgelegt
– Interaktion mit der physikalischen
Umwelt mittels Sensoren und
Aktoren
Cyber-physisches System
„Die Synergie und zunehmende Integration
zweier zentraler Innovationsfelder,
eingebettete Systeme und globale Netze
(Internet), führt zu cyber-physischen
Systemen“
Kombination von vorhandenen Technologien
wie zum Beispiel:
- Industrieroboter mit Netzanbindung
- SafetyEye mit Umgebungsmodell
- Projektionssystem mit Produktmodell
- Gestengesteuerte fahrerlose Transportsysteme
Industrie 4.0 und cyber-physische Systeme
Quelle: Broy – Cyber-Physical Systems
Cyber-physische Module
Seite 18 © ZeMA gGmbH
Unser Verständnis von cyber-physischen Komponenten
in der Montage
Sensoren
– Erfassen Daten
– Nehmen Informationen auf
– Beispiele: SafetyEye, Scanner, Kamera,
Mensch
Aktoren
– Wirken auf physikalische Vorgänge ein
– Stellen Informationen bereit
– Beispiele: Roboter, intelligente dezentrale
Antriebe, autonome Transportsysteme
Digitales Netzwerk
– Vernetzung der Stationen untereinander und
innerhalb der Stationen
– Produktionsbereiche und Standort
übergreifende Vernetzung
Daten und Dienste
– Verarbeitung und Optimierung der Daten
In Anlehnung an: Broy Cyber-Physical Systems, Bildquelle: pr-x, Bosch
Temporäre Automatisierung
durch cyber-physische
Assistenzsysteme
Individuell angepasste
Informationsbereitstellung durch
cyber-physische Produktionshilfen Sensoren
Cyber-physischer Montagearbeitsplatz
Daten Aktoren
Produktvarianten
Seite 19 © ZeMA gGmbH
Die Digitale Fabrik – ein Überblick
Quelle: Uni Siegen
Entwurf
Stücklisten
Projekt-management
Von der Idee
Die Digitale Fabrik& bis zum Produktlebensende
PrototypDigital
MockupExterne u.
Interne Logistik
Montage- u.Fertigungs-
prozessplanung
Planung der Fertigungsanlagen
Montage u. Inbetriebnahme der Fertigungs-
anlagenAnlauf-
managementSerien-produktion
Vertrieb und Externe Logistik
Verkauf und Auftragserfassung
Service und Instandhaltung
Anforderungen des Marktes
Seite 20 © ZeMA gGmbH
Trotz des richtigen Grundgedankens scheiterte CIM
an der zu hohen Komplexität
Computer Integrated Manufacturing (CIM) scheiterte an dem Versuch, alle
Fertigungsprozesse auf automatisierten Maschinen auszuführen und von einer zentralen
Fertigungssteuerung leiten zu lassen.
Zu hohe Erwartungen, zu wenig Flexibilität, zu hohe Komplexität, so das Fazit.
Quelle: IndustrieHansa
„Trotz der damaligen Euphorie und dem zweifellos richtigen Integrationsgedanken ist die
CIM-Vision gescheitert. Der Grund hierfür liegt weniger in der Richtigkeit der Idee als in der
zu hohen Komplexität der Thematik, die zur damaligen Zeit unterschätzt wurde.“
Quelle: Ergebnisse einer Experten-Studie in der Automobilindustrie
Abramovici, M.; Schulte S.
Die Grundidee und die Werkzeuge werden im Kontext von
Industrie 4.0 wieder aufgegriffen, vereinfacht, weiterentwickelt und angewandt.
Seite 21 © ZeMA gGmbH
SmartF-IT - Cyber-physische IT-Systeme zur Komplexitäts-
beherrschung einer neuen Generation multiadaptiver Fabriken
BMBF-Verbundprojekt
IT-Systeme zur Komplexitätsbeherrschung
Projektkonsortium:
– DFKI
– Bosch Rexroth
– Robert Bosch
– Fortiss
– Miele / Imperial
– PLATOS
– TU Darmstadt (DiK)
– TU Darmstadt (IAD)
– BMW
– ZeMA
SmartF-IT ist ein Projektkonsortium, dass sich den heutigen Problemstellungen der
Montage unter Nutzung neuer smarter Technologien und Methoden widmet.
Seite 22 © ZeMA gGmbH
Kürzere Produktlebenszyklen und kundenindividuelle Produkte er-
höhen die Komplexität bei Planung und Betrieb von Montagesystemen
Cyber-physische Montagesysteme
Modell Realität Kopplung durch Sensoren
und Aktoren
Durchgängiger Informationsfluss
Zeiten, Stückzahlen, Produktvarianten, Mitarbeiterflexibilität, Prozesse, Betriebsmittel, …
Rahmenbedingungen
Mo
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Beachtung in der Montageplanung
Unterstützung bei der Komplexitätsbeherrschung
Ziel: Betriebsoptimum
Seite 23 © ZeMA gGmbH
Wir konzentrieren uns auf die unterschiedlichen Industrieszenarien, die die
Grundlage und den Praxisbezug für die Forschungsaktivitäten bilden.
Montage von Dampfgarern Montage von Motoren Montage von Ventilen
Miele BMW Bosch Rexroth
Flexibler Mitarbeitereinsatz,
Produktionsprogrammplanung
Änderungsmanagement –
Verifizierung von
Produktänderungen
Technische und organisatorische
Beherrschung von
Multivariantenlinien
Kernziele
Seite 24 © ZeMA gGmbH
Au
sg
an
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-
ba
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Z
iel
Verbaureihenfolge, Vorranggraph
Expertenwissen von Planern
Vorhandene Montagesysteme
Analyse von Produkt und
Verbaureihenfolgen, Systemkomponenten
Aufbau eines Referenzmodells
Weiterentwicklung von Planungs-
methoden und Unterstützungsfeatures
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Softwareunterstützte Methoden zur
Planung und Betrieb von flexiblen und
rekonfigurierbaren Montagesystemen
Abbildung des Systems und seines
Zustands mit einem virtuellen Modell
sowie periodische Rückkopplung mit der
Realität
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Basismodul Transportmodul Prozessmodul
Produkt
Bild
quelle
n:
Bosch
Modell Realität
Pro
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Referenzmodell zur Komplexitätsbeherrschung und Unterstützung
der Planung und der Betriebsoptimierung des Montagesystems
Zuführmodul
Seite 25 © ZeMA gGmbH
Produkt
Prozess
Betriebsmittel
Realität - Montagesystem
Unterstützung,
Informationen
- Optimierungsziele
- Parameteranpassung
- Spezifische Informationen
Entscheidung,
Umsetzung
Sensoren
Daten, Informationen
Ein
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,
Re
str
iktion
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Aktoren
Mensch
Digitale
Planungstools
Modelle
Dazu werden digitale Planungswerkzeuge und cyber-physische
Komponenten genutzt
Vorgaben,
Rahmenbedingungen
Daten, Informationen
Montagesystemplanung
Montageablaufplanung
Seite 26 © ZeMA gGmbH
Mit den Planungswerkzeugen erfolgt die Abbildung von Produkten,
Prozessen und Betriebsmitteln in Modellen
Bildquellen: motor-talk.de, wikipedia.de, krafthand.de
Be
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bs
mit
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Pro
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Pro
du
kt
Analyse und Identifikation der notwendigen
Informationen zur Durchführung von
Planungstätigkeiten
Verwendung der minimalen Informationen
zur Modellbildung
Motor
Kurbelwelle
Ausgleichswelle
Pleuel & Kolben
Kurbelgehäuse
Seite 27 © ZeMA gGmbH
Restriktionen werden festgelegt und in Planungswerkzeugen
hinterlegt, damit diese für die Planung verfügbar sind
Verbaureihenfolge
Vorzugslage
Bauteilgewicht
…
Restriktionen
Vorranggraph
Vorzugslage Bauteilgewicht Verbaureihenfolge
… …
Seite 28 © ZeMA gGmbH
Restriktionen und Verknüpfungen in den Planungswerkzeugen
unterstützen bei der Montageplanung durch gezielte Hinweise
Unterstützung beim Line Balancing
Vorzugslagen bei der Bauteilmontage beachten
Zu handhabendes Gewicht beachten Handlinggerät erforderlich
Verbaureihenfolge beachten und Prozesse neu zuordnen
Aufzeigen von Restriktions-
verletzungen durch Planungs-
werkzeuge
Anpassung
durch Planer
Seite 29 © ZeMA gGmbH
Die Beschreibung von Produktanforderungen und
Betriebsmittelfähigkeiten unterstützt bei der Planung
Bildquellen: wikipedia.de, Handbuch Verbrennungsmotor, mercedes-benz-passion.com
Produkt Abgleich Prozess / Betriebsmittel
Fähigkeit Verschrauben Verschrauben
Merkmal Drehmoment Drehmoment
Merkmal Drehwinkel Drehwinkel
Merkmal Schraubenkopf Aufsatz
Änderungsmanagement
– Abgleich von Produkt und Betriebsmittel zur Verifizierung von
erforderlichen Änderungen
Produkt
Betriebsmittel
Abgleich
Rev. Schraubenkopf Wechselaufsatz Produkt-
änderung
Produktanmeldung und Parameterübertragung
– Parameter zur Montage des Produktes werden im „Produkt-
gedächtnis“ gespeichert und für die Montage an den Stationen
an das Betriebsmittel übertragen
Seite 30 © ZeMA gGmbH
Ein weiteres Unterstützungswerkzeug ist die Simulation und damit
die Möglichkeit der Optimierung geplanter Montagesysteme
Verfügbare Mitarbeiter Anfänger Profi
Varianten, Produktionsprogramm
Produktvariante 1
Produktvariante 2
Montagelinie 1
Montagelinie 2
Bearb
eitungs-/
Du
rch
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it
Einplanungs-
alternativen
.
.
1
n ….
1 2 … n
Alternative 2
Parameter & Modellbildung
Problemstellung
Simulation & Optimierung
Montagelinie 1
Montagelinie 2
Zeit
Zeit
Mitarbeitereinteilung unter Beachtung bestehender Randbedingungen, bspw. Produktionsprogramm, Mitarbeiter-
erfahrung, um eine möglichst hohe Produktivität zu erreichen.
Linien E
inte
ilu
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s-
mö
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ke
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Seite 31 © ZeMA gGmbH
Die Simulation mit vorgegebenen Startbedingungen ermöglicht die
wiederholte Analyse der geplanten und modellierten Montagelinie
Vorgaben, Startbedingungen Simulation
Ergebnis
Gibt es eine alternative Einteilung der
Mitarbeiter, die eine höhere Produktivität
zur Folge hat?
Simulation der beiden Linien unter
Beachtung der Vorgaben und Bewertung
des Ergebnisses.
Linie 1
Linie 2
Seite 32 © ZeMA gGmbH
Unter Verwendung von genetischen Algorithmen oder Experimenten
erfolgt eine optimierte Verteilung der Mitarbeiter auf die Linien
Probleminterpretation GA
Durchführung der Optimierung mittels genetischer
Algorithmen führt zu einer optimierten
Mitarbeitereinteilung
Durchlaufzeit der beiden Produkte liegt dann bei
– Produkt 1: 4:06min (4:06min vorher)
– Produkt 2: 4:06min (10:04min vorher)
Neue V
ert
eilu
ng d
er
Mita
rbeiter
und E
rgebnis
Beobachtung und
Bewertung
Seite 33 © ZeMA gGmbH
Eine Idee der Demonstratoranlage besteht darin, eine
variantenreiche cyber-physische Komponente zu montieren
Assembly Technology Cyber Physical Node
(ATC Modul)
– Dezentraler Steuerungsknoten
– Kompakte Bauform mit modularem Aufbau
Produktfeatures:
– PowerPC Prozessor und SDRAM
– Ethernet-Ports
– Digitale I/O
– WLAN und RFID Transponder
Produktvarianten durch modularen Aufbau:
– Gehäuse mit M12-Rundsteckverbinder
oder Kabelanschluss
– Kommunikationsmodul: HF oder UHF mit integrierter
oder externer Antenne
– Steuerungsmodul: Variation der Anzahl I/O-Anschlüsse Cyber
Physical
Network
Cyber
Physical
Node
Cyber
Physical
Node
Cyber
Physical
Node
ATC Modul
Bildquellen: Bosch Rexroth
Verwendung des ATC-Moduls zur Umsetzung autonomer
Stationen und Aufbau eines cyber-physischen Netzwerks.
Seite 34 © ZeMA gGmbH
Die Demonstratoranlage besteht aus manuellen und automatisierten
Stationen, an denen das ATC-Modul montiert wird …
Automatik Manuell Stationsmodule:
Prü
fen
Ver-
pa
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Nach
-
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Ober-
sch
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P
latin
e
Pla
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e
Schrau-
ben
Unter-
schale
Transport
Produkt
Entwurf des geplanten Demonstrators
Abbildung der industriellen Szenarien
Multi-Varianten Montagelinie
Modularer, wandelbarer Linienaufbau
Umsetzung autonomer Stationen
Bildquellen: Bosch Rexroth
Seite 35 © ZeMA gGmbH
… das ATC-Modul wird auch zur Realisierung einer dezentralen
Steuerung der einzelnen Stationen eingesetzt
Werkerassistenzsysteme
Überwachung des
Anlagenzustandes
Mitarbeiterunterweisung bei
Anlagenstörungen
Assistenzsysteme für die Planung und
Betrieb der Anlage
Cockpit
Planung und Monitoring
Monitoring
Störungsmanagement
Ergonomie
ATC Netzwerk
Oberschale Platine UnterschalePlatine
Verpacken Nacharbeit Prüfen Schrauben
Seite 36 © ZeMA gGmbH
KUKA LBR iiwa
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Sch
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schale
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Schra
u-
ben
Un
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schale
Übertragung der Lösungen der Demonstratorumgebung auf die
ausgewählten realen Problemstellungen der Industrie
Neuplanung und
Rekonfiguration Produktsequenzierung Mitarbeitereinplanung
Temporäre
Automatisierung
Produkt Abgleich Prozess / Betriebsmittel
Fähigkeit Verschrauben Verschrauben
Merkmal Drehmoment Drehmoment
Merkmal Drehwinkel Drehwinkel
Merkmal Schraubenkopf Aufsatz
Rev. Schraubenkopf Wechselaufsatz
Änderungsmanagement Bildquelle: KUKA
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Sch
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be
n
Unte
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schale
PrüfenVer-
packen
Nach-
arbeit
Ober-
schalePlatinePlatine
Schra
u-
ben
Un
ter-
schale
Festlegung der Perlenkette
Aufträge Mitarbeiter Systemzustand
100 x
80 x
50 x
3x
1x
3x
Qualifikation:
Qualifikation:
Qualifikation:
Seite 37 © ZeMA gGmbH
Unser Beitrag zu Industrie 4.0: Entwicklung und Übertragung
innovativer Lösungen für Montagesysteme in die Industrie
Bildquellen: VDI, Bosch Rexroth
Seite 38 © ZeMA gGmbH
Komplexe Aufgabenstellungen in der Montage
Herzlichen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller
ZeMA - Zentrum für Mechatronik und
Automatisierungstechnik gemeinnützige GmbH
Gewerbepark Eschberger Weg, Geb. 9
D-66121 Saarbrücken
Tel +49 (0) 6 81 - 85 787 - 15
Mail [email protected]
Seite 39 © ZeMA gGmbH
Backup
Seite 40 © ZeMA gGmbH
Forschungsprojekt AutoIBN
Automatische Inbetriebnahme von Kraftfahrzeugen
Effiziente Montage- und innovative Inbetriebnahmeprozesse in der Produktion
moderner Fahrzeuge:
virtuelles Anlagen-
Engineering
Inspektions-
systeme
Inline-Justage
energieeffiziente
Produktionsanlagen
Produktionstakt einer automobilen Endmontage als
Demonstratorumgebung des Projektes
Seite 41 © ZeMA gGmbH
Montagetechnologie und -prozessentwicklung sowie durchgängiges
Anlagen-Engineering in AutoIBN
Software Inbetrieb-
nahme
Virtuelle
Inbetrieb-
nahme
Prozess-
simulation
Komponenten
entwickeln /
einbinden
Mensch-Roboter-Kooperation In-Line Inspektionssystem In-Line Justage Technologie
Montagetechnologie und -prozessentwicklung
Anlagenengineering
Siemens
Seite 42 © ZeMA gGmbH
Oberflächen-
vorbereitung Montageassistenz Inspektionssystem
Adaptive
Greiftechnologien
Forschungsprojekt
Innovative Produktionstechnologien für Großbauteile (IProGro)
Bauteilspezifische
Greifpunkte
Basierend auf SMA-
Technologie
Energieeffizientes
Greifsystem
Sicheres Greifen durch
Redundanz und sensitive
Materialeigenschaft
Robotergestützte
Plasmavorbereitung
Verbesserung der
Adhäsionswirkung
Prozessplanung beim
Verkleben von
Faserverbundbauteilen
Identifizierung und
Qualitätssicherung von
Objekten durch
Thermografie
Lagebestimmung von
Objekten und
Dokumentation der
erfolgten Tätigkeiten
Mensch-Roboter-
Kooperation
Neuartige Bahnplanung
für Leichtbauroboter
Visuelle Assistenz durch
Projektion
Assistenzumfang ist
individuell anpassbar
Seite 43 © ZeMA gGmbH
Industrie 4.0 im IProGro-Projekt
Das System erhält via RFID:
– Mitarbeitercharakteristika
– Werkstück-Geometriedaten
– Werkstückeigenschaften
Intelligente Positionierung mittels
Laserprojektion und
Kamerasystem
Modularer Betriebsmitteleinsatz
durch dezentrale
Steuerungsarchitektur und
einheitliche Schnittstellen
Variantenunabhängige
Bauteilaufnahme durch adaptive
Formgedächtnis-Greifer
Intelligente Aufgabenplanung auf
der Basis von Systemfähigkeiten
(Prozess Mensch)
Flexibler Robotereinsatz durch
aufgabenunabhängiges
Roboterprogramm und optische
Bahnvorgabe
Produkt Betriebsmittel Prozess
Seite 44 © ZeMA gGmbH
Produkt
Prozess
Betriebsmittel
Realität - Montagesystem
Un
ters
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ung
,
Info
rma
tio
ne
n
- Optimierungsziele
- Parameteranpassung
- Spezifische Informationen
Entscheidung,
Umsetzung
Sensoren
Daten, Informationen
Ein
flü
sse
, S
töru
ng
en
,
Re
str
iktion
en
Aktoren
Mensch
Digitale
Planungstools
Modelle
Es wird ein durchgängiges System geschaffen, wodurch zukünftig die
Effektivität und Qualität der Ergebnisse in der Planung erhöht werden
Vorgaben,
Rahmenbedingungen
Daten, Informationen
Seite 45 © ZeMA gGmbH
Planungsunterstützung – ein Industrie 4.0 Projekt 3
Aktivitäten des ZeMA im Vorfeld zu Industrie 4.0 2
ZeMA – Wissenschaftliche Ausrichtung und Aktivitäten 1
Agenda