TUD
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Lernkarten
Planungsstufen nach Bullinger
1. Ablauforganisation: Was soll geplant werden
2. Konzeption: Anforderungen, Ziele, Prinziplösungen
3. Ablaufplanung: produktbezogene Montageabläufe
4. Montagesystementwurf: Layoutplanung
5. Ausarbeitung: Feinplanung und Konstruktion
6. Realisierung: Aufbau, IB
7. Betrieb: Controlling, kontinuierlicher Verbesserungsprozess
Einordnung der Planung automatisierter Handhabung
manuelle Montage --> steigende Detaillierung notw. --> automatisierte Handhabung
- Variantenprinzip in früher Planungsphase anwenden
- höhere Planungsgenauigkeit durch Variantenbewertung
- Verkürzung der Planungszeit durch rechnergestützte MEthoden
Montagesystementwurf:
- Personalwesen
- Sicherheitswesen
- Vertrieb
- Fertigungssteuerung
- Betriebsmittelkonstruktion
- QS
- Materialwirtschaft
- Produktkonstruktion
Ursachen für den geringen Automatisierungsgrad in der Montage
- Montage: Ende des Auftragsdurchlaufes; Beseitigen Termin- und Qualitätsprobleme
- hohe Produktspezifik der Montageausrüstung --> Einrichtungen müssen verändert werden, wenn sich das Produkt ändert
- Komplexität der Montageausrüstungen
- Variantenvielfalt, geringer Seriencharakter
- Produkt ändert seine Handhabungsparameter
Stufen der Montageautomatisierung
- Vollautomatisierung ab 1 Mio Produkten pro Jahr
- Teilautomatisierungsstufen:
- Automatisierung des Transfers der Montageeinheit
- Automatisierung der Zuführung, Orientierung, Vereinzelung
- Automatisierung der Fügeprozesse / -vorgänge
- Automatisierung der Prüf- und Kontrollvorgänge
- Automatisierung der Anbindung an vor- und nachgelagerte Prozesse
Flexibilität in der Montage
- starre (Einzwek) und flexible Automatisierung
- flexible Systeme ermöglichen:
- Produktmix und Variantenvielfalt
- Ausgleich von Stückzahlschwankungen
- Anpassung an Störungen (techn. und org.)
- Produktänderungen
Grad der Flexibilität der Montage/ Montageautomatisierung
- automatisch / manuell durchführbare Anpassung
- Anpassungsgeschwindigkeit
- Kosten je Anpassung
Hierarchische Gliederung von Montageanlagen
Siehe Skript
Bauformen von Montagesystemen
stationäre Zelle: Montagezelle mit IR, geringe Stückzahl, hohe Flexibilität
synchroner Ring: Rundtaktautomat, sehr hohe Stückzahl, geringe Flexibilität und Komplexität
synchrone Linie: Taktstraße: hohe Stückzahl, geringe Flexibilität
asynchrones Karee: Reihenmontage, mittelhohe Stückzahl, mittlere Flexibilität
kontinuierliche Linie: konti. Fließmontage, sehr hohe Stückzahl geringe Flexibilität
Tätigkeitsgruppen beim Montieren
- Zubringen: Drehen, Bunkern, Wenden, Spannen, ...
- Kontrollierein: Messen und Prüfen
- Justieren: Einstellen und Abstimmen
- Hilfsfunktionen: Entgraten, Reinigen, Erwärmen
- Fügen: durch Umformen, Füllen, Urformen, Stoffverbinden, ...
Handhaben als Teil des Materialflusses
MF:
- Fördern
- Lagern
- Handhaben
- Speichern: (teil-)geordnet
- Menge ändern: Zusammenführen, Teilen, Sortieren
- Bewegen: Drehen, Verschieben, Positionieren
- Sichern: Halten, Lösen, Spannen
- Kontrollieren: Zählen, Messen, Prüfen
Definition Handhaben
- Teilfunktion des Materialflusses für arbeitsplatzmnahe Vorgänge mit geom. bestimmten Körpern
- ist das Schaffen, definierte Verändern und vorübergehende Aufrechterhalten einer räumlichen Anordnung von geom. bestimmten Körpern in einem Bezugskoordinatensystem
Gliederung des Materialflusses
1. Ordnung: zw. Werk und Lieferant
2. Ordnung: zw. Werkseinheiten
3. Ordnung: zw. Abteilungen
4. Ordnung: von, zu & innerhalb einzelner Arbeitsplätze
Organisationsmerkmale der Materialbereitstellung
- Materialbereitstellungsart: Push, Pull
- Materialbereitstellungsform: komplett, montagesynchron
- Disposition: losweise (geordnet), kommissioniert
- Entnahme: sequentiell, wahlfrei
Materialfluss 4. Ordnung - Allgemeine Anforderungen
- Bauteile werden durch die Bereitstelleinrichtungen
- zum richtigen Zeitpunkt
- in der richtigen Qualität
- in der richtingen Menge
- in der richtigen Position und Orientierung
für den nachfolgenden Handhabungsprozess zur Verfügung gestellt.
Anforderungen:
a) Anlieferungszustand
b) Handhabbarkeit der Bauteile
c) Prozessanforderungen
Materialfluss 4. Ordnung - Anforderungen
a) Anlieferungszustand
- Schüttgut: Schrauben
- geordnet verpackt: Baugruppen, die als Schüttgut beschädigt werden würden (Kugellager)
- magaziniert (Behälter): bei standardisierten Verpackungen oder festen Lieferbeziehungen
- gegurtet (bandförmig): bei standardisierten Verpackungen oder festen Lieferbeziehungen
- Langteilausführung
Materialfluss 4. Ordnung - Anforderungen
Anforderung b) Handhabbarkeit der Bauteile
Werkstückparameter:
- Eigenschaften
- Form: Zylinder, Kegel, Block
- geom. Daten: Abmessungen, Symmetrien, Seitenverhältnisse
- kennzeichnende Formelemente: Nuten, Bohrungen, Absätze...
- physikalische Eigenschaften: Werkstoff, Steifigkeit, Temperatur, Masse, Festigkeit...
- Verhalten
- Ruheverhalten: Standsicherheit, Lagestabilität, Stapelbarkeit
- Förderverhalten: Gleitfähigkeit, Rollfähigkeit, Richtungsstabilität
Handhabbarkeit der Werkstücktypen:
Typ: rund, eckig, unregelmäßig
Zustand:
- Verbund
- geordnet
- ungeordnet
- Einzeln
- in Ruhe
- im Fallen
- Gleiten
- Rollen
Materialfluss 4. Ordnung
Prozessanforderungen
- Art des Werkstückflusses (kontinuierlich, diskontinuierlich)
- Bereitstellleistung
- verfügbarer Arbeitsraum
- Zugänglichkeit für nachfolgende Handhabung
- steuerungstechnische Koppelbarkeit
Speichereinrichtungen + Pufferarten
- Eingangsspeicher
- Ausgangsspeicher
- Störungsspeicher
- Ausgleichspeicher
Pufferarten:
Durchlaufpuffer
Rücklaufpuffer
Umlaufpuffer
Direktzugriffpuffer
Greifeinrichtungen, Def. Endeffektorsysteme
Endeffektorsysteme: alle Wz, die am Flansch des Roboters angebracht werden
- Verbindungen Roboter - Handhabungsobjekt
beinhalten:
- Aufnehmen / Spannen
- Halten während des Bewegungsvorganges
- Ablegen & Entspannen
Wirksysteme bei Greifern - Wirkprinzip
- durch Kraftschluss
- Reibschluss:
- direktes Spannen durch mit Druckluft beaufschlagte Membran
- infirektes Spannen durch aktives Anpressen
- Unterdruck
- Haftsauger
- Vakuumsauger mit Vakuumpumpe
- durch Magnetkräfte
- Permanentmagnet
- elektromagnetisch
- durch Molekularkräfte
- Adhäsionsfolien
- Gefriergreifer
- durch Formschluss
- Formelemente
- starre FE, flexible Abformbacken
- Oberflächenverhakung
- Einstechen mit Nadeln
Getriebearten
Keilgetriebe
Nutengetriebe
Hebelgetriebe
Kniehebelgetriebe
Gewindespindelgetriebe
Zahnstangengetriebe
Flexibilität von Greifern
- Einzweckgreifer: entsprechend der Werkstückgeometrie angepasst und nur dafür gestaltet
- umbaubaure Greifer: Austausch von Backen / Verstellen der Finger --> Anpassung
- universelle Greifer: selbsttätig abformende Backen / großer Spannbereich --> Wst beliebiger Form
- Greiferwechselsysteme: automatisches Einwechseln von Greifern oder Werkzeugen
Einflusskriterien bei der Greiferauswahl
- Handhabungsgegenstand: geom. Form, Abmessungen, Gewicht, Temperatur ...
- Handhabungsgerät: Tragfähigkeit, Beschleunigung, Schnittstellen
- Entnahme / Ablage: Positioniergrad, Zugänglichkeit, Toleranzen
- Fertigungsmittel: Spannmittel, Zugänglichkeit, Formänderungen, Bearbeitungszeit
Auslegung der Greifkraft
Greifkraft < zul. Greifkraft
- Gewichtskraft
- Trägheitskräfte
- Prozesskräfte
- Coriolis- / Fliehkräfte
- Sicherheitsfaktor
- wirkende Momente
Transfereinrichtungen: Definition
maschinelle Einrichtungen durch das Bewegen des Montageobjekts von Station zu Station
Unterscheidung durch:
- stetige / unstetige Bewegung
- flurgebunden / -frei / aufgeständert
- geradlinig, kurvenförmig
- aktiv, passiv
- getaktet, ungetaktet
Auswahlkriterien für Transfereinrichtungen
- Masse und Abmessungen der Bauteile
- notw. Zugänglichkeit zur Montageeinheit
- Lagegenauigkeit
- aufnehmbare Kräfte und Momente
- Fördergeschwindigkeit
- notwendige Anzahl an Stationen ; Taktbindung
- notwendige Anzahl an Verzweigungen, Zusammenführungen und Rückläufen
Transfereinrichtung: Rundtakttisch
- kleine Erzeugnisse mit wenigen Bauelementen
- starre Automatisierung
-begrenzte Anzahl an Stationen (16)
- große Lebensdauer, verschleißarm
Transfereinrichtung: Längstakttransfersystem
- für starre Automatisierung und höhere Stationszahlen
- Werkstückträger fest / temporär mit einem Transportband verbunden
- vertikale und horizontale Bandanordnung
Transfereinrichtung: Power- and Free-Förderer
- in PKW Endmontage
- von umlaufender Förderkette werden Gehänge mitgeführt
- Auskopplung dieser bei Störung / Rückstau
Transfereinrichtung: Gurtbandförderer und Luftkissen
Gurtbandförderer: auf umlaufenden Fördermitteln werden Werkstückträger durch Haftreibung transportiert
, aber geringe Positioniergenauigkeit
Luftkissen: für besonders schwere Montageeinheiten
Handhaben: Lage, Position, Orientierung
Lage: umgangssprachlich für Position und Orientierung
Position: vektorieller Abstand zwischen Koordinatensystemursprung des körpereigenen KOS zum BezugsKOS
Orientierung: Winkelbeziehung zwischen den Achsen der beiden KOS
Roboterdefinition nach VDI 2860
- universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen (>=3), deren Bewegung hinsichtlich Bewegungsfolge, -wegen und -winkeln frei programmierbar ist
- sensorgeführt
- mit Greifern / Werkzeugen ausgestattet
Ziele des Robotereinsatzes:
- Handhaben von Bauteilen und Werkzeugen
- Herauslösen des Menschen aus dem Produktionsprozess --> Ablösen monotoner, gesundheitsschädlicher oder schwerer Arbeit
- Überschreiten menschlicher Fähigkeiten: Geschwindigkeit, Beschl., Konstanz der Bewegung, Genauigkeiten
- Erhöhung Flexiblität bei starrer Automatisierung
- Zugang zu Räumen, die für Menschen nicht erreichbar sind
Kinematische Typen
siehe Skript
Arbeitsraum Roboter- wie wird er angegeben?
- bezogen auf den Flansch und bei Nullstellung der Achsen
Koordinatensysteme bei Robotern
- WeltKOS
BasisKOS
FlanschKOS
WerkzeugKOS (TCP)
Zulässige Belastung von IR
- zul. Nennlast bezieht sich auf leeren Roboterflansch
--> Nennlast: Wz, Greifer, Bauteil, Flansch, ...
- Prozesskräfte berücksichtigen
zusätzliche Nennlast: bei eingeschränktem Arbeitsraum oder Beschleunigung --> Überschreitung der zulässigen Nennlast möglich
Leistungskriterien für Roboter nach DIN 9283
- Posegenauigkeit und Posewiederholgenauigkeit in eine Richtung
- Schwankung der Mehrfachrichtungsposegenauigkeit
- Pose-Stabilisierungszeit
- Pose-Überschwingen
- Drift von Posekenngrößen
- Bahn-(wiederhol-)Genauigkeit
- Abweichungen beim Fahren einer Ecke
- Kenngrößen der Bahngeschwindigkeit
- Mindestpositionierzeit
- statische Nachgiebigkeit
Definition Pose
Lage des TCP, bestimmt durch die Position und die Orientierung bezogen auf das Bezugskoordinatensystem
Sollpose: in Steuerung hinterlegter Wert für die angefahrene Ist-Pose
Genauigkeitsdarstellungen --> siehe Skript
Anforderungen an Roboterantriebe
- Regelbarkeit von Position, Beschleunigung, Geschwindigkeit, dabei vor allem um Null und in beide Richtungen
- ruckfrei
- hohe Endgeschwindigkeiten
- hohes Drehmoment über den gesamten Geschwindigkeitsbereich
- geringes Trägheitsmoment
- geringes Eigengewicht / Volumen
