Entwicklungs- und Planungshilfen zum Aufbau von flexiblen Ordnungssystemen

109 Pages·1988·5.41 MB·German

by  Dipl.-Ing. Rainer Schanz (auth.)

6 6O J
[}J IT] IT]
=
Forschung und Praxis
Band 120
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (lPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart, und
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H-J. Bullinger
Rainer Schanz
Entwicklungs- und
Planungshilfen zum
Aufbau von flexiblen
Ordnungssystemen
Mit 48 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1988
Dipl.-Ing. Rainer Schanz
Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
'0. Professor an der Universitll.t Stuttgart
Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitll.t Stuttgart
Fraunhofer-Institut far Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13:978-3-540-19394-4 e-ISBN-13:978-3-642-83507-0
001: 10.1007/978-3-642-83507-0
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschotzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere
die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbiidungen und
Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfiimung oder der Vervielfll.ltigung auf anderen Wegen
und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser
Verwertung, vorbehalten. Eine Verfieifll.itigung dieses Werkes oder von Teiien dieses Werkes
ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzllchen Bestimmungen des Urheber
rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom
24. Juni 1985 zulassig. Sie ist grundsatzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unter
liegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1988.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw, in diesem
Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche
Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschulz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
wll.ren und daher von jedermann benutzt werden dOrften.
Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B.
DIN, VOl, VDE) Bezug genom men oder aus Ihnen ziliert worden sein, so kann der Verlag keine
Gewahr fOr Richtigkeit, Volistandigkeit oder Aktualitll.t Obernehmen. Es empfiehlt sich, ge
gebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die vollstll.ndigen Vorschriften oder Richtlinien in der
jeweils gOltigen Fassung hinzuzuziehen.
Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
2362/3020-543210
Geleitwort der Herausgel?er
Futuristische BUder werden heute entworfen:
o Rebater bauen Reboter,
o Breitbandinformationssysterne transferieren riesige Datenmengen in
Sekunden tmI die ganze Welt.
Von der "rrenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und VOID "papierlo
sen Biiro". WOrtlich genonmen muB man beides als Utopie bezeichnen,
aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "automatischen Fertigung"
und ZtmI "rechnerunterstiitzten Biiro ". Forschung bedarf der Perspektiv e ,
Forschung ben5tigt aber auch die Riickkopplung zur Praxis - insbeson
dere :irn Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft.
FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schliis
selstellung. Mechanisierung und Automatisierung haben es uns in den
letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft stlindig
zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung
einzelner Maschinen und Verfahren :irn Vordergrund. Reute wissen wir, daB
wir das Zusarmenspiel der verschiedenen Unternehrnensbereiche starker
beachten miissen. In der Fertigung seThst konzipieren wir flexible Fer
tigungssysterne, die viele verkettete Einzelrnaschinen beinhalten. Dart,
wo es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv
i.iber die Verkniipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung
und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstiitzte Informationssysterne
helfen dabei und sollen Ztml CIM (Corrputer Integrated Mi3l1ufacturing)
fiihren und CAD (Conputer Aided Design) und CAM (Conputer Aided Manu
facturing) vereinen. Auch die Biiroarbeit wird neu durchdacht und mit
HUfe vernetzter Corrputersysterne teilweise autanatisiert und mit den
anderen Untemehrnensfunktionen verbunden. Information ist zu einern
Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie man damit urrgeht,
wird mit i.iber den UnternehIrenserfolg entscheiden.
Der Erfolg in unseren Unternehrnen hangt auch in der Zukunft entschei
dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto
rnatisierung miissen deshaTh :irn Zusarmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal
tung betriebeD. werden, unter Beriicksichtigung der Bediirfnisse der Mit
arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve
stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshaTh in der Produktion wie
:i.rn Biiro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be
gleitet werden. Bereits :i.rn Planungsstaditml miissen Technik, Organisation
und Soziales :i,ntegrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs
zielen belegt werden.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bernlihen durch die Entwicklung
von J'.Ethoden und Vorgehensweisen zur systernatischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder
lichen Dienstieistungsfunktionen unterstiitzt werden. Die Ingenieure
sind hier gefordert, in enger Zusarmnenarbeit mit anderen Disziplinen,
z. B. der InfQrmatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis
senschaft, Uisungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen
Rechnung tragen.
Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei
tung :irn Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung i.iber Konstruk
tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali
tatskontrolle reicht. Be:i.rn MaterialfluB geht es tmI die richtige Aus-
wahl und den Einsatz von Ferdennitteln sowie Anordnung und Ausstattung
von Lagem. GroBe Aufmerksarnkeit wird in nachster Zukunft auch der
_iteren AutO!llatisierung der Handhabl.lllg von WerkstUcken und Werkzeu
gen sowie der M:mtage von Produkten geschenkt werden.
Von der Forschung mu1\ in diesem Zusarmrenhang ein Beitrag ZUIll Einsatz
fortschrittlicher intelligenter Computersysteme erfolgen. Planungs
prozesse mlissen durch Softwaresysteme unterstiitzt und Arbeitsbedingun
gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet werden.
Die van den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart (IFF),
- Fraunhofer-Institut fUr Produktianstechnik und AutO!llatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den
oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der labors und
die Qualifikatian der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit
zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBern
Wert waren. Zur Umsetzung gew:mnener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende
Band setzt diese Reihe fort. Eine tibersicht tiber bisher erschienene
Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag fUr die Aufnahrre dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa
lette und der Druckerei fUr saubere und ziigige Ausfi.ihrung. Mi:ige das
Buch von der Fachv;elt gut aufgenOll1llEIl _rden.
H. J. Warnecke • H.-J. Bullinger
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fOr Produktions
technik und Automatisierung (I PA) , Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn Prof.
Dr.lng. H.-J. Warnecke, fOr seine groBzugige UnterstUtzung und
Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen DurchfOhrung meiner
Arbeit beigetragen haben.
Herrn Prof. Dipl.-Ing. A. Jung danke ich fOr die eingehende
Durchsicht, die anschlieBenden kritischen Diskussionen und fUr
die vielen wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben.
Aus dem groBen Kreis der Kollegen des Instituts, die mich
durch ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstUtzt haben,
mochte ich die Herren P. Baumbausch, Dr.-Ing. B. Graf,
Dipl.-Ing. J. GeiBinger, Dipl.-Ing. G. Jordan, Prof. Dr.-lng.R.-D. Schraft
sowie Dr.-Ing. M. Schweizer besonders erwahnen. Ihnen allen gilt
mein besonderer Dank.
Stuttgart 1988 Rainer Schanz
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
1 Einleitung 14
1.1 Problemstellung 14
1.2 Vorgehensweise 15
2 Stand der Technik 18
2.1 Definitionen und Begriffe 18
2.2 Ausgangssituation 19
2.2.1 Flexible Ordnungssysteme 19
2.2.2 Marktangebot fOr Ordnungssysteme 24
2.3 Analyse des Ordnens mittels Ordnungssystemen mit 27
flexiblen Ordnungselementen
2.3.1 Komponenten und Systemgrenzen 27
2.3.2 Vorgaben aus Fertigung und Montage 29
2.3.3 Klassifizierung von WerkstOcken bezOglich des Ordnens 31
3 Ableitung von Entwicklungsschwerpunkten 34
3.1 Foigerungen aus der Analyse der Ausgangssituation 34
3.2 Entwicklungsschwerpunkte 34
3.2.1 Pflichtenheft fOr ein flexibles Ordnungssystem 35
mit freiprogrammierbaren Ordnungselementen
3.2.2 Pflichtenheft fOr die Gestaltung der entwickelten flexiblen 36
Ordnungssysteme
4 Konzeption und Aufbau eines flexiblen 39
Ordnungssystems mit freiprogrammierbaren
Ordnungselementen
4.1 Anwendungsbereich und Einsatzproblematik 39
4.2 Funktionstrager zur Realisierung des flexiblen 40
Ordnungssystems
4.3 Auswahl geeigneter Systemkomponenten 40
4.3.1 Bunkeraustrag 41
4.3.2 F6rder-und Ordnungseinrichtung 42
4.3.3 WerkstOckerkennungssystem 42
-10-
Seite
4.3.4 Austragsstrecke 43
4.4 Konzeption und Aufbau freiprogrammierbarer passiver 43
Ordnungselemente
4.4.1 Konstruktive Gestaltung und Aufbau 44
4.4.2 Auslegung der Steuerung 48
4.4.3 Versuche zur Funktionsweise 49
4.5 AusfOhrungsformen aktiver Ordnungselemente 51
5 Erarbeiten von Merkmalzuordnungen fur das flexible 53
Ordnungssystem
5.1 Anwendungsbereich und Einsatzproblematik 53
5.2 Festlegung der Beschreibungsmerkmale und der 53
Merkmalzuordnung
5.2.1 Zuordnung von organisatorischen Kriterien 54
und WerkstOckmerkmalen
5.2.2 Zuordnung von organisatorischen Kriterien und 54
Ordnungssystemmerkmalen
5.2.3 Zuordnung von WerkstOckmerkmalen und 55
Ordnungssystemmerkmalen
5.2.4 Gegenseitige Abhangigkeiten von Ordnungssystem- 56
merkmalen
5.3 Methode zur Beschreibung von WerkstOcken 58
bezOglich des flexiblen Ordnungssystems
5.3.1 Abmessung 60
5.3.2 Vereinzelungsverhalten 61
5.3.3 Orientierung 62
5.3.4 Form 64
6 Entwicklung von Regeln zur Gestaltung von flexiblen 66
Ordnungssystemen
6.1 Erforderliche Verfahrensschritte 66
6.2 Datenerfassung ordnungsrelevanter Merkmale 68
6.3 Datenanalyse und -verarbeitung 68
6.3.1 Strukturierung der Modulbl6cke 68
6.3.2 Strukturierung der Modulblocks "Sensorerkennung" 70
-11 -
Seite
6.3.3 Erarbeitung von Regeln des Moduls "Geschwindigkeit" 72
6.3.4 Erarbeitung von Datenbankmodulen fUr Ordnungs- 75
systemkomponenten
6.4 Datenauswertung und Ergebnisdarstellung 78
7 Realisierung des Verfahrens und Umsetzung 80
fur die EDV
7.1 Verwendete Rechnerumgebung 80
7.2 Strukturierung des Verfahrens 80
7.2.1 Verfahrenselemente 81
7.2.2 Umsetzung der Fakten und Regeln 82
7.3 Benutzeroberflache 85
7.3.1 Festlegung des Benutzerkreises 85
7.3.2 Datenerfassung 86
7.3.3 Ergebnisdarstellung 87
8 Erprobung des Gestaltungsverfahrens und der 88
flexiblen Ordnungselemente an einem Praxisbeispiel
8.1 DurchfUhrung des Zuordnungsverfahrens 88
8.2 Einsatz der flexiblen Ordnungselemente 93
8.3 Ergebnisse der Erprobung 94
9 Zusammenfassung und Ausblick 95
10 Schrifttum 97
-12-
Abkurzungen und Formelzeichen
A AusgangsgrOl3e
Aws mm Abstand zweier WerkstOcke in Linearanordnung
AS AusgangsgrOl3en des Moduls Sensorerkennung
b mm Bunkerbreite
B
B Bunkeraufstellbreite
CCD Charge Coupled Device
d mm Durchmesser
D mm Topfdurchmesser
t
DEC Digital Equipment Corporation
FT mm2 TopfbodenW:iche
K Konischer Topf eines Vibrationswendelf6rderers
k Volumenfaktor
I mm Lange
mm Bunkeraufstellange
LB
L Maustaste links, einmal klicken
~ Maustaste links, zweimal klicken
Lz Faktor zulassiger Lagen der WerkstOcke im Topf
m 9 Masse der WerkstOcke im Bunker
B
max maximal
min minimal
mws 9 Masse des WerkstOcks
M Maustaste Mitte, einmal klicken
M2 Maustaste Mitte, zweimal klicken
n Zahlindize
n Anzahl WerkstOcke im Bunker
WSB
n Anzahl WerkstOcke im Topf
WSFT
0 Orientierung
OG Orientierungsgrad
OS Ordnungssystem
P Stck/min Austragsleistung
a
q Faktor Austragsmenge
R Maustaste rechts, einmal klicken
s mm Weg
S Stufentopf eines Vibrationswendelf6rderers