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Forschung und Praxis
Band 228
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart,
Institut fur Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart und
Institut fUr Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement, Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger
Ulrich Abele
Bewertung und Verbesserung
der fertigungsgerechten
Gestaltung von Blech
werkstucken
Mit 72 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
Barcelona Budapest Hongkong
London Mailand Paris
Santa Clara Singapur Tokio 1996
Dipl.-Ing. Ulrich Abele
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. h. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN 978-3-540-61019-9 ISBN 978-3-642-47879-6
001 10.1007/978-3-642-47879-6
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IC> Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1996.
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SPIN 10534792 62/3020-6543210
Geleitwort der Herausgeber
tiber den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer markt
wirtschaftlichen Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt.
Das bedeutet, moglichst fruhzeitig absatzmarktorientierte Anforde
rungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und darauf zu reagie
reno
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und er
offnen neue Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechno
logien verwandeln signifikant und nachhaltig unsere industrielle
Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Veranderungen signa
lisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unse
ren Industriebetrieben deutlichen Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und an
spruchsvoller geworden. Die Integration des europaischen Marktes,
die Globalisierung vieler Industrien, die zunehmende Innovations
geschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft und die
ubergreifenden 6kologischen und sozialen Probleme, zu deren L6sung
die Wirtschaft ihren Beitrag leisten muB, erfordern von den Fuh
rungskraften erweiterte Perspektiven und Antworten, die uber den
Fokus traditionellen Produktionsmanagements deutlich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten
Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer Unterneh
men. Die Entkopplung der Arbeitszeit von der Betriebszeit, inte
grierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen Entwicklungsrich
tungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend, irnrner mehr den Men
schen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung zu stellen - die
traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze weichen ei
ner starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizie
rungsprogramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterent
wicklung gewinnen als Differenzierungsmerkmal und als Zukunftsin
vestition in Human Recources an strategischer Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bemuhen durch die Ent
wicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen
Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb ein
schlieBlich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stutzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusam
menarbeit mit anderen Disziplinen, z.B. der Informatik, der Wirt
schaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft, L6sungen zu er
arbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- lnstitut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der
Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fur Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
- Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung
(IPA) ,
- Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an
den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der
Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der
Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefuhrt, die fur die Praxis
von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird
die Schriftenreihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben.
Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht uber
bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebots
palette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Mage
das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
H.J. Warnecke H.-J. Bullinger
Vorwort des Verfassers
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wis
senschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fur Produk
tionstechnik und Automatisierung (IPA) , stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Prasident der Fraunhofer-Gesell
schaft - ehemals Institutsleiter des IPA, Herrn Prof. Dr.-Ing.
Dr.h.c. Dr.-Ing.E.h. Hans-Jurgen Warnecke, fur seine groBzugige
Unterstutzung und Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen
Durchfuhrung dieser Arbeit beigetragen hat.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert danke ich fUr die Ubernahme des
Mitberichts.
Aus dem Kreis der Mitarbeiter des Instituts, die mich mit inhalt
lichen Anregungen oder durch tatkraftige Mithilfe bei der text
lichen, grafischen und programmtechnischen Ausarbeitung unter
stutzt haben, mochte ich insbesondere Herrn Dr.-Ing. Rolf Stein
hilper, Herrn Dipl.-Ing. Ronald Drabek und Herrn Dipl.-Ing. Jurgen
Mattes sehr danken.
stuttgart, Dezember 1995 Ulrich Abele
Inhalt Seite
o Abkurzungen und Formelzeichen 12
1 Einlei tung 16
1.1 Problemstellung 16
1.2 Zielsetzung 19
2 stand der Erkenntnisse 20
2.1 Allgemeine Konstruktionskataloge und Gestaltungs-
richtlinien 20
2.2 Konzeption der Informationsbereitstellung und
-abstimmung zwischen Konstruktion und Produktion 23
2.3 Produktmodellierung 24
2.4 Simultaneous Engineering 25
2.5 Verfahren zur Bewertung der Fertigungs- und
Montagegerechtheit 26
2.6 Folgerungen aus den Erkenntnissen 27
3 Systematik eines Verfahrens zur Bewertung und
Verbesserung der Fert~gungsgerechtheit von
Blechwerkstucken 30
3.1 Begriffliche Klarung 31
3.2 Anforderungen an das Verfahren 32
3.3 Aufbau und Aufgaben des Verfahrens 33
4 Strukturierung von Merkmalen von Werkstucken
und Fertigungseinrichtungen fur die flexible
Blechteilefertigung: Erarbeitung der Merkmalsbasis 36
4.1 Verwendung von Werkstuck- und Fertigungsdaten
in der Arbeitsvorbereitung 36
4.2 Analyse von B1echwerkstucken und Fertigungs-
einrichtungen 39
4.2.1 Analyse von Blechwerkstucken 41
4.2.2 Analyse von Fertigungseinrichtungen 44
4.3 Systematik zur Strukturierung der Merkmale 47
4.4 Strukturierung der Merkmale von Blechwerkstucken 50
4.4.1 Strukturierung der geometrischen Merkmale von
Blechwerkstucken 51
- 10 -
4.4.2 Strukturierung der materia1bezogenen Merkma1e
von B1echwerkstUcken 58
4.4.3 Strukturierung der organisatorischen Merkma1e
von B1echwerkstUcken 59
4.5 Strukturierung der Merkma1e von Fertigungs-
einrichtungen 61
4.5.1 Strukturierung der Merkmale von Fertigungsein
richtungen fUr den Bereich der ebenen Bearbeitung 65
4.5.2 Strukturierung der Merkmale von Fertigungsein-
richtungen fUr den Bereich der Biegebearbeitung 69
4.5.3 Strukturierung der Merkma1e von Fertigungsein-
richtungen fUr den Bereich Materia1fluB 73
5 Entwicklung von Zuordnungsregeln zwischen Werk
stuckmerkmalen und Merkmalen der Fertigungsein
richtungen: Erarbeitung der Regelbasis 79
5.1 Entwick1ung von Wechselbeziehungen 79
5.1.1 Prinzipiel1e Moglichkeiten von Wechse1-
beziehungen 79
5.1. 2 Erarbeitung der Wechselbeziehungen 80
5.2 Entwicklung von Gestaltungsrege1n fur die ferti-
gungsgerechte Konstruktion von Blechwerkstucken 87
5.2.1 Strukturierung der Gestaltungsrege1n 88
5.2.2 Zusammenstellung der Gesta1tungsregeln 89
6 Entwicklung eines Verfahrens zur Bewertung der
Fertigungsgerechtheit von Blechwerkstucken 94
6.1 Beschreibung der Bewertungsmethode 94
6.1.1 Anforderungen an die Bewertungsmethode 95
6.1.2 Prinzip der 2-stufigen Bewertung 96
6.2 Erarbeitung der Kriterien zur Bewertung der
Fertigungsgerechtheit von BlechwerkstUcken 97
6.2.1 Vorgehen bei der Erarbeitung der Kriterien 97
6.2.2 Bewertungsstufe 1 - PrUfung der fertigungs-
technischen Herste11barkeit 106
6.2.3 Bewertungsstufe 2 - Technisch/wirtschaftliche
Bewertung der Fertigungsgerechtheit 108
6.2.3.1 Kriterien zur Bewertung der Techno1ogiegerechtheit 110
6.2.3.2 Kriterien zur Bewertung der Arbeitsraumgerecht-
heit 116
6.2.3.3 Kriterien zur Bewertung der Handhabungsgerecht-
heit fUr die maschineninterne Handhabung 119
6.2.3.4 VerknUpfung der einze1nen Bewertungskriterien 122
- 11 -
7 Entwicklung eines Verfahrens zur Verbesserung
der Fertigungsgerechtheit von Blechwerkstucken 128
7.1 Vorgehensweise bei der Verbesserung der Ferti-
gungsgerechtheit 128
7.2 Ermitt1ung von Verbesserungspotentia1en hin-
sicht1ich der Fertigungsgerechtheit von
B1echwerkstlicken 128
7.3 Ab1eitung von MaBnahmen zur Verbesserung der
Fertigungsgerechtheit von B1echwerkstlicken 132
8 Anwendung 136
8.1 Mog1ichkeiten zur anwenderorientierten
Umsetzung und EDV-technischen Unterstlitzung 136
8.2 Anwendung an einem reprasentativen Blechwerkstlick 139
8.3 Anwendung im GroBbackan1agenbau 144
8.3.1 Ausgangssituation 144
8.3.2 Anwendung des Verfahrens 145
8.3.3 Beurtei1ung der Ergebnisse 148
8.4 Anwendung im Schaltschrankbau 150
8.4.1 Ausgangssituation 150
8.4.2 Anwendung des Verfahrens 150
8.4.3 Beurteilung der Ergebnisse 153
8.5 Fazit aus den Anwendungen 154
8.6 Kritische Betrachtung 156
9 Zusammenfassung und Ausb1ick 157
10 Literaturverzeichnis 159
Anhang 168
Anhang 1 Beschreibung von Sonderkonturelementen 168
Anhang 2 Kriterien zur Bewertung der Fertigungsgerecht-
heit hinsichtlich der Biegebearbeitung 169
Anhang 3 Kriterien zur Bewertung der Fertigungsgerecht-
heit hinsicht1ich des Materialflusses 175
Anhang 4 Rechnerunterstlitzte Standardisierung von
Innenkonturelementen 181
Anhang 5 Rechnerunterstutzte Zeitkalkulation von
Blechwerkstucken 183
o Abkurzungen und Formelzeichen
Abktirzung Einheit Bezeichnung
AusschuB fur wirtschaftliche Fertigung
mm Breite
mm Breite des AuBenkonturelements
mm Breite der ebenen Hullflache
mm Greifelementbreite
mm Breite der Grundflache des gebogenen Blech
werkstucks
Br mm Breite des rnnenkonturelements
BK Bereichskriterium
BK mm Breite der Kleinteileentsorgung
BL mm Breite des Lagerfachs
BN mm Breite der Niederhalterform
Bp mm Platinenbreite
BpA mm Breite der Platinenauflageflache
BR mm Breite des Hullkbrpers
BW Bewertungsanteil
BWA mm Breite des Werkstuckaufnahmebereichs
BWst Blechwerkstuck
CAD Computer Aided Design
CNC Computer Numerical Control
D mm Durchmesser
DA mm Durchmesser des AuBenkonturelements
DG mm Greifelementdurchmesser
Dr mm Durchmesser des rnnenkonturelements
DiapA mm Diagonale der Platinenauflageflache
DiaWA mm Diagonale des Werkstuckaufnahmebereichs
DS mm Stanzdurchmesser
DSp mm Spanntellermanipulatordurchmesser
DXF Digital Exchange Format
EK Einzelkriterium
f Funktionsvorschrift bzw. Verkntipfungsregel
fH,N Hubfrequenz - Nibbeln
fH,S Hubfrequenz - Stanzen
FB Biegekraft
EM Merkmale von Fertigungseinrichtungen
FN kN Niederhalterkraft
FS kN Stanzkraft
FSp kN Spann kraft
GF Gewichtungsfaktor
HD mm Durchgangshbhe
HL mm Hbhe des Lagerfachs
HN mm Hbhe der Niederhalterform
HR mm Hbhe des Hullkbrpers
HS mm Schenkelhbhe
HWA mm Hbhe des Werkstuckaufnahmebereichs
i Ordnungszahl fur Bereichskriterium
