Kommissioniersystem mit Roboter und Mehrstückgreifer

109 Pages·1988·4.253 MB·German

by  Dipl.-Ing. Klaus Baumeister (auth.)

B[}JDJ=8ITJOJ
Forschung und Praxis
Band 126
Berichte aus dem
Frau nhofer-I nstitut 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
Klaus Baumeister
Kommissioniersystem
mit Roboter
und Mehrstlickgreifer
Mit 53 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1988
Dipl.-Ing. Klaus Baumeister
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H.J. Warnecke
o. Professor an der Universitl1t Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart
Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitl1t Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Afbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13:978-3-540-50133-6 e-ISBN-13:978-3-642-83561-2
001: 10.1007/978-3-642-83561-2
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1988.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1988
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Geleitv.ort der Herausgeber
Futuristische Bilder werden heute entv.orfen:
o Reboter bauen Reboter,
o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in
Sekunden urn die ganze W=l t.
Von der "menschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und vom "papierlo
sen Bliro". WOrtlich genorrrnen muE man beides als Utopie bezeichnen,
aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "autorratischen Fertigung"
und zum "rechneruntersttitzten Btiro". Forschung bedarf der Perspektive,
Forschung ben6tigt aber auch die Rlickkopplung zur Praxis - insbeson
dere im Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft.
FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schltis
selstellung. Mechanisierung und Autanatisierung haben es uns in den
letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft standig
zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung
einzelner Maschinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB
wir das Zusanmenspiel der verschiedenen Unternehrnensbereiche starker
beachten mtissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexible Fer
tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dort,
v.o es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv
iiber die Verkntipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung
und Qualitatskontrolle nacho Rechneruntersttitzte Informationssysteme
helfen dabei und sollen zum CIM (Corrputer Integrated Ma11ufacturing)
fUhren und CAD (Corrputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu
facturing) vereinen. Auch die Bliroarbeit wird neu durchdacht und mit
Hilfe vernetzter Corrputersysteme teilweise autanatisiert und mit den
anderen Unternehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem
Produktionsfaktor gev.orden, und die Art und Weise, wie man damit \.lIlgeht,
wird mit iiber den Unternehrrenserfolg entscheiden.
Der Erfolg in unseren Unternehmen hangt auch in der Zukunft entschei
dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto
rratisierung mtissen deshalb im Zusamre:nhang mit Fragen der Arbeitsgestal
tung betrieben werden, unter Berticksichtigung der Bedtirfnisse der Mit
arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve
stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshalb in der Produktion wie
im Bliro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be
gleitet werden. Bereits im Planungsstadiurn mtissen Technik, Organisation
und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs
zielen belegt"werden.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses BemUhen durch die Entwicklung
von Methoden und Vorgehensweisen zur sysi:ematischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder
lichen Dienstleistungsfunktionen untersttitzt werden. Die Ingenieure
sind hier gefordert, in enger Zusarmenarbeit mit anderen Disziplinen,
z. B. der Inforrratik, 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 im Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung iiber Konstruk
tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Qual i
tatskontrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus-
wahl und den Einsatz von Fordermitteln sowie Anordnung und Ausstattung
von Lagern. GroBe Aufrrerksarnkeit wird in nachster Zukunft auch der
weiteren Autornatisierung der Handhabung von Werkstticken und Werkzeu
gen sowie der Montage von Produkten geschenkt werden.
Von der Forschung muB in diesem Zusarnrrenhang ein Beitrag zum Einsatz
fortschrittUcher intelligenter carrputersysterre erfolgen. Planungs
prozesse mlissen durch Softwaresysterre unterstlitzt und Arbeitsbedingun
gen wissenschaftUch analysiert und neu gestaltet werden.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fUr Industrielle Fel.tigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart (IFF),
- Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Autarratisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den
oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der Iabors und
die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit
zu Forschungsergebnissen geflihrt, die fUr die Praxis von groBem
Wert waren. Zur Umsetzung ge=ener 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 Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa
lette und der Druckerei fUr saubere und zligige Ausflihrung. MCige das
Buch von der Fachwelt gut aufgenomrren werden.
H. J. Warnecke· H.-J. Bullinger
vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wah rend meiner Tatigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fUr
Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn
Prof. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke fUr seine groBzUgige unterstUt
zung und Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen Durch
fUhrung dieser Arbeit beigetragen haben.
Herrn PTof. Dr. techno F. Beisteiner danke ich fUr die Ober
nahme des Korreferats und fUr die vielen wertvollen Hinweise,
die sich daraus ergaben.
Aus dem groBen Kreis der Kollegen am Institut, die mich durch
ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstUtzt haben, mochte
ich die Herren Dr.-Ing. B. Graf, Dr.-Ing. M. Schweizer,
Dr.-Ing. H. Gzik, Dr.-Ing. R. Schanz und Prof. Dr.-Ing.
R.D. Schraft besonders erwahnen.
Ihnen allen gilt mein herzlicher Dank.
Stuttgart, im April 1988
Klaus Baumeister
Inhaltsverzeichnis
seite
o Abkurzungen und Formelzeichen 12
1 Einleitung 13
1.1 Problemstellung 13
1.2 Zielsetzung 14
1.3 Vorgehensweise 14
2 Ausgangssituation 15
2.1 Begriffe und Definitionen 15
2.1.1 Kommissionieren 16
2.1.2 Handhaben 17
2.1. 3 Industrieroboter-Kommissioniersystem 17
2.2 Stand der Technik 20
2.2.1 Einsatzgebiet des Industrieroboter
Kommissioniersystems 20
2.2.2 Installierte Industrieroboter
Kommissioniersysteme 22
2.2.3 Kommissionierprogramme fur Industrieroboter
Kommissioniersysteme 22
3 Anforderungen an ein Industrieroboter-Kommis
sioniersystem fur quaderformige Werkstucke 24
3.1 Analyse bisheriger Industrieroboter
Kommissioniersysteme 24
3.1.1 Handhabungskonzepte 24
3.1.2 Leistungsvergleich 26
3.2 Analyse des Werkstuckspektrums in Kommissio
niersystemen 27
3.3 Ableitung von Entwicklungsschwerpunkten 30
4 Greifstrategien fur den Mehrstuckgriff 34
4.1 Auswirkungen des Mehrstuckgriffs auf die
Kommissionierleistung 34
4.2 strategiealternativen 35
4.3 Untersuchung der Einflusse auf die Kommissio
nierleistung 39
- 10 -
4.3.1 Einflusse der Werkstuck-, Fach- und Greifer-
flache 39
4.3.1.1 Entnahme aus vol1standigem Lagemuster 39
4.3.1.2 Entnahme aus angebrochenem Lagemuster 43
4.3.1.3 Entnahme bei kleinerer Greiferflache als
Fachflache 45
4.3.2 Einflusse des Ablagemusters 46
4.3.3 Einflusse der Auftragsstruktur 48
5 Entwicklung eines Palettier- und Kommis
sionierprogrammes fur den Mehrstuckgriff 50
5.1 Realisierte Greifstrategien 50
5.2 Beschreibungsvereinbarungen 51
5.2.1 Beschreibung der Fachbelegung 51
5.2.2 Beschreibung der Palettenbelegung 52
5.3 Kommissionierablauf 53
5.3.1 Ermittlung der Palettenbelegung 55
5.3.2 Bildung von Ablagemuster 58
5.3.3 Aufteilung in Ablagematrizen 60
5.3.3.1 Auswahl der Ablage- und Teilablagematrizen 63
5.3.3.2 Beispiele von Ablegevorgangen 63
6 Entwicklung eines Mehrstuckgreifers 67
6.1 Losungsfindung 67
6.2 Aufbau des Mehrstuckgreifers 71
6.2'.1 Kinematik 73
6.2.2 Sensorik 74
6.3 Funktionsweise 77
6.3.1 Positionserkennung der Werkstucke 77
6.3.2 Korrekturbewegungen 79
7 Erprobung der Teilkomponenten in einem
Versuchsaufbau 81
7.1 Komponenten des Versuchsaufbaus 81
7.1.1 Handhabungskomponenten 81
7.1.2 Steuerungskomponenten 83
7.1. 3 Softwarekomponenten 85
7.2 Handhabungsablauf im Versuchs-Industrie
roboter-Kommissioniersystem 86
- 11 -
7.2.1 Einlagerung 86
7.2.2 Auslagerung 87
7.3 Versuchsergebnisse 89
7.3.1 Leistungssteigerung durch Kommissionier-
zeitreduzierung 89
7.3.2 Erfahrungen mit der Sensorik 90
7.3.2.1 Zeitverhalten 90
7.3.2.2 Zuverlassigkeit 92
8 Zusammenfassung 95
9 Schrifttum 98
o Abkurzungen und Formelzeichen
A/D Analog/Digital
AKORD Automatisierung im Kommissionierbereich
mit Roboter und Datenverarbeitung
BB Belegungsbreite
BF Belegungsflache
BL mm Belegungslange
CIM Computer Integrated Manufacturing,
Rechnerintegrierte Fertigung
DIN Deutsches Institut fur Normung
EZ Einzelzeilengriff
LKS Lager- und Kommissioniersystem
LF Lagenanzahl im Fach
M Anzahl Entnahmen
m Zeilenzahl einer (Teil-) Ablagematrix
ME Menge pro position
MEg Gemeinsam entnommene Menge
MRS Modulares Handhabungssystem
MZ Mehrzeilengriff
n Spaltenanzahl einer (Teil-) Ablagematrix
Nkom Anzahl Kommissionierer
OCR optical Character Recognition
Pos Position
SF Spaltenanzahl im Fach
tbas siPos Basiszeit
tgr siPos Greifzeit
tkom siPos Kommissionierzeit
ttot siPos Totzeit
tweg siPos Wegzeit
Uk~~ Pos/h Maximale Kommissionierleistung
VOl Verein Deutscher Ingenieure
ZE Zeiteinheit
ZFK Werkstuckanzahl in einer unvollstandigen
Zeile im Fach
ZFV Anzahl vollstandiger Zeilen im Fach
ZF Zeilenanzahl im Fach
ZOSS Zeilenorientiertes Sensorsystem