3 Montage

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Vorlesung: Handhabungs- und Montagetechnik

© J. Wolfgang Ziegler

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Prof. Dr.-Ing. J. Wolfgang ZieglerFachhochschule Düsseldorf

3 Montage

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3 MontageAufgabe der Montage ist es, bestimmte Teilsysteme eines Produktes zu einem System höherer Komplexität in einer bestimmten Stückzahl je Zeiteinheit zusammenzubauen.

Ein Montagesystem ist im Allgemeinen über das Materialfluss- und Informationsflusssystem mit den anderen Teil-systemen, z.B. der vor gelagerten Teilefertigung und dem nachfolgenden Versandbereich, verbunden. Die gegenseitige Abhängigkeit wird geprägt durch den zeitlichen Spielraum zwischen den einzelnen Bereichen.

Einordnung der Montage im Produktionsunternehmen

Informationsfluss

Materialfluss

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Fügen ist das auf Dauer angelegte Verbinden oder sonstige Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosen Stoffe. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im ganzen vermehrt. (wird in dieser Vorlesung nicht behandelt)

Montieren ist die Gesamtheit aller Vorgänge, die dem Zusammenbau von geometrisch bestimmten Körpern dienen.Dabei kann zusätzlich formloser Stoff zur Anwendung kommen.

Die Funktionen, die während eines Montageprozesses ausgeübt werden sind nach DIN 8593 hauptsächlich in fünf Tätigkeitsgruppen zu unterscheiden.

3.1 Funktionen der Montage

Fügen durch

• Zusammen-setzen

• Füllen• Anpressen,

Einpressen• Urformen• Umformen• Stoffverbinden• andere

Haftverfahren

nach DIN 8593

Handhaben

• Speichern• Mengen

verändern• Bewegen• Sichern

nach VDI 2860

Justieren

• Einstellen• Abstimmen• Anpassen

Kontrollieren

• Messen• Prüfen

Hilfsfunktionen

• Reinigen• Entgraten• Bedrucken• Sichern• Markieren

MONTIEREN

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Die Zusammensetzung dieser fünf zuvor genannten Funktionen ist je nach Wirtschaftszweig und Produkt sehr unter-schiedlich. Abhängig von den Losgrößen, dem Produkt und dem beim Aufbau prognostizierten Umsatz sind Montage-anlagen nach verschiedenen Organisationsformen strukturiert. Die beschriebenen Fertigungsprinzipien unterteilen sich in der Montage in

3.2 Organisationsarten der Fertigung

Punktmontage Werkstattmontage Gruppenmontage Linienmontage

Menge

Organisation

Materialfluss

Werkstück-handhabung

Betriebsmittel

EinzelfertigungKleinserien

EinzelfertigungKlein- und Mittelserie Mittelserie

GroßserieMassenfertigung

objektorientiert verrichtungsorientiert aufgabenorientiert ablauforientiert

manuell,ungerichtet

manuell/ teilautomat.,verzweigt

manuell/ automatisch,geordnet

automatisch,gerichtet

manuell manuell/ teilautomatisch manuell/automatisch automatisch

Handwerkzeug,mobile Einrichtungen,NC- Bearbeitungszentren

TeilspezialisierteHandarbeitsplätze,Einzelmaschinen

spezialisierteHandarbeitsplätzeNC- Maschinen

Spezialisierte Hand-arbeitsplätze, Automaten,Transferstraßen

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3.3 Montagesysteme (1/2)

Montagesysteme bestehen aus verschiedenen Arten von Montagestationen und Verkettungsmitteln. Sie umfassen:• Handhabungs- und Fügeeinrichtungen• Prüf- und Kontrolleinrichtungen • Ordnungs- und Zuführeinrichtungen

Die Auslegung von Montagesysteme erfordert im Allgemeinen einen hohen Planungsaufwand. Um eine richtige Auswahl und Entscheidung treffen zu können sind folgende Einflussfaktoren von besonderer Bedeutung:

1. StückzahlbereichWelche Erzeugnis- Stückzahl (Klein-, Mittel-, oder Großserien) soll monatlich gefertigt werden?

2. Verfügbare ZeitspanneWie viel Zeit steht für die Beschaffung eines Montagesystems zur Verfügung?

3. Laufzeit des ErzeugnissesWie entwickelt sich die Produktionsmenge abhängig von dem „Produktlebenszyklus“ eines Erzeugnisses?

4. Typen- und VariantenvielfaltMit welcher Umrüsthäufigkeit pro Schicht und mit welcher Umrüstdauer muss geplant werden?

5. ArbeitsinhalteWie groß ist der Arbeitsinhalt eines Erzeugnisses bzw. einer Baugruppe?

6. SchwierigkeitsgradWelcher Schwierigkeitsgrad besteht bei den einzelnen Montagevorgängen?

7. ErzeugnistransportWie erfolgt die Weitergabe des Erzeugnisses oder einer Erzeugnis- Baugruppe von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz?Ist ein Werkstückträger (WT) erforderlich?

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Automatisierte Montagelinie Manueller Montageplatz

Abhängig von den o. g. Kriterien ergeben sich vier Arten von Montagesystemen:

• manuelle Montage (siehe rechtes Bild), Erzeugnisweitergabe von Hand, ohne WT

• manuelle Montage, Erzeugnisweitergabe automatisiert, mit WT

• Mischform, verkettete Montagesysteme mit manuellen und teilautomatisierten Arbeitsgängenund automatisiertem Werkstücktransport

• automatisierte Montage (siehe linkes Bild) mit loser oder starrer Verkettung der einzelnen Stationen, oder Kombination aus beiden Verkettungsarten

Montagesysteme (2/2)

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Als nächstes ist die „Grundform“ eines Montagesystems festzulegen. Sie ist abhängig von:1. Art der Arbeitsorganisation

• ganzheitliche Montage• arbeitsteilige Montage• Gruppenarbeit mit geplanten Arbeitsplatzwechsel

2. Anbindung an den innerbetrieblichen Materialfluss• Anlieferung der Einzelteile und Baugruppen auf Bereitstellungsflächen, an einer oder mehreren Seiten des

Montagesystems.• Ablieferung der fertig montierten Erzeugnisse auf der gleichen oder gegenüberliegenden Seite (bezogen auf

die Anlieferungsfläche).3. Flussprinzip

• HauptflussprinzipWerkstücke bewegen sich in einer Hauptrichtung.

• Nebenflussprinzip (Bypass)Mengenteilung an zwei oder mehr parallel angeordneten Arbeitsplätzen.

• UmlaufprinzipWerkstücke und Mitarbeiter „wandern“ von Platz zu Platz.

• RückflussprinzipUmlauf der Werkstücke in einem gemeinsamen Umlaufpuffer mit Einzelarbeitsplätzen und anwählbaren automatischen Stationen.

• Kombination von Hauptfluss-, Nebenfluss- und Umlaufprinzip4. Teilbereitstellung am Arbeitsplatz

• Beschickung der Greifbehälter von hinten, von der Seite oder von vorn• Bereitstellung in Kleinbehältern oder in Euro- Gitterbox- Paletten

3.3.1 Grundformen

Nebenflussprinzip

Rückflussprinzip

Umlaufprinzip

Hauptflussprinzip

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3.3.2 Manuelle Montagesysteme ohne automatisierten Werkstück-Umlauf

Zusätzlich wird noch unterschieden zwischen Montagesystemen, bei denen die Weitergabe der Erzeugnisse von Platz zu Platz auf Werkstückträgern (WT) erfolgt und solchen, bei denen die Weitergabe ohne ein Trägerplatte durchgeführt wird.

1. Karree

2. U-Form

3. Linie

4. Sonder-Formen

GrundformGrundform ohne WT ohne WT mit WT mit WT

Wir unterscheiden vier verschiedene Grund-formen von Montagesystemen.

Bei der manuellen Montage sind die Montage-plätze ergonomisch, d.h. menschengerecht zu gestalten. Alle Beschäftigten sollten zwischen einem Sitzarbeitsplatz und einem Steharbeits-platz wechseln können.

Hinweis:Bei den Systemen 2, 3 und 4 mit WT erfolgt die Rückführung der Werkstückträger zum ersten Arbeitsplatz manuell entweder über eine schiefe Ebene oder im Stapel mit Hilfe eines Transportwagens

Materialfluss

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Handmontageplätze mit GreifbehälterPaternostersystem

EtagenanordnungDrehtellermagazin

1 Greifbehälter, 2 Kettenrad für Behälterumlauf, 3 Transportsystem, zur Arbeitsplatzverkettung 4 Drehtellerkombination, 5 Montagebaugruppe, Werkstückträger, 6 Armauflage, 7 Fußauflage

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3.3.3 Manuelle und teilautomatisierte Montagesysteme mit automatisierten Werkstück-Umlauf

Bei den manuellen und teilautomatisierten Montagesystemen sind drei Grundformen zu spezifizieren. Bei jedem System werden Werkstückträger als Transporthilfsmittel verwendet, um eine Automatisierung von einzelnen oder mehreren Füge-Arbeitsgängenzu ermöglichen.

Grundformmit WT- Rückführung

in Arbeitsebeneoberhalb/ unterhalb

Arbeitsebene

1. Karree

2. U- Form

3. Linie

Außerdem Unterscheiden wir in welcher Arbeitsebene der Werkstückträger-Transport stattfindet.Neben dem schonenden Er-zeugnistransport wird durch den WT- Einsatz eine definierte Montagelage auch an manuellen Arbeitsplätzen gewährleistet.

Werkstückträgerfluss

= Aufwärtslift

= Abwärtslift

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Beispiel für Montagesysteme für die Motorkomponentenfertigung (Fertigungstechnik in Werk NEUSS)

(Quelle: Pierburg)

1985

Lineare FließreihenmontageQualitätskontrolle

1995 19951985

Teilautomatisierte Endmontage in U-Form

Weitgehend konventionelleElektronik

Automatisierte KarreebänderCNC-Technik mit integrierter

Q-Sicherung

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3.3.4 Automatische MontagesystemeAutomatische Montagesysteme werden hauptsächlich zur Herstellung von Großserien- und Massenerzeug-nisse eingesetzt.

1. Rundtransfer-Automat

2. Längstransfer-Automat

3. FlexibleRoboterzelle

4. FlexibleRoboter-Montagelinie

Starre Verkettung

Starre Verkettung

Lose Verkettung

Die Hauptunterscheidungsmerkmale sind:• starre oder lose Verkettung der automatischenStationen

• Einsatz von fest- oder freiprogrammierbaren Handhabungseinrichtungen

Starre Verkettung- gemeinsame oder gemeinsam gesteuerteHandhabungs- bzw. Weitergebeeinrichtung

- einheitlicher Takt- Stillstand eines Verkettungsgliedes hatStillstand der gesamten Linie zur Folge

- kurze Durchlaufzeiten

Lose Verkettung- Voneinander unabhängige, nur an den Verbindungs-

stellen steuerungsmäßig verknüpfte Handhabungs-bzw. Weitergebeeinrichtung

- Einzelauslösung der Bearbeitungsfolge- Stillstand eines Verkettungsgliedes führt nicht

zum Stillstand der gesamten Linie- Puffermöglichkeit- Flexible Aufstellung möglich

Zuführsystem

Roboter

Station

Material- und Transferfluss

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Funktions-umfangFlexibilität

Freiheitsgrade2 3 41 5 6

1. Kurvengetriebene Geräte2. Pneumatische angetriebene Geräte3. modulare NC- Achsen4. Industrieroboter

1

4

2

3

3.4 Handhabungsgeräte von automatisierten Montagesystemen

Automatische Montagestationen werden durch die unterschiedlichen Ausführungen der Bewegungseinrichtungen, die teilweise auch für Prüf- und Kontrollaufgaben eingesetzt werden, charakterisiert. Sie lassen sich gliedern in:

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3.5 VerkettungsartenDie Verkettungsarten sind eine Teilanordnung der Verkettungsmittel, die in der arbeitsteiligen Montage von Produkten die einzelnen Montageplätze miteinander verbinden. Die Verkettungsarten lassen sich nach folgenden Gesichtspunkten gliedern:• nach dem Grad der Kopplung in feste, lose (siehe vorherige Folie) und kombinierte Verkettung,• nach der Parallelität von Montagemaschinen,• nach dem Verlauf der Hauptförderrichtung und • nach der Geschlossenheit des Transfersystems in offene und geschlossene Montagesysteme.

Am bedeutungsvollsten ist die Unterscheidung in lose und feste/starre Verkettung (siehe vorherige Folie)

Feste Verkettung ist die Zusammenschaltung von Montagestationen ohne Zwischenschaltung von Speicher für Basisteile bzw. Werkstückträger. Die Weitergabe aller Montageeinheiten erfolgt zeitsynchron.

Lose Verkettung nennt man die Zusammenschaltung von Montagestationen über Zwischenspeicher. Die Weitergabe erfolgt zeitasynchron. Vor jeder Station gibt es Warteplätze.

Die Einteilung der Verkettungsarten in Innen- und Außenverkettung ist meist eng mit Fragen der Integration von Montage-platz und Fördersystem verbunden.

Als kombinierte Verkettung bezeichnet man eine Aneinanderreihung von Montageabschnitten mit fester Verkettung über Zwischenspeicher. Ein typischer Fall ist die lose Verkettung mehrerer Rundschalttisch- Montageautomaten.

Innenverkettung nennt man die Verbindung von Montagestationen durch Verkettungsmittel, die so angeordnet sind, dass die Hauptförderrichtung der Basisteile durch die Montagestationen hindurchführt.

Außenverkettung heißt Verbindung von Montage-stationen durch Verkettungsmittel, die so angeordnet sind, dass die Hauptförderrichtung neben der Station vorbeiführt.

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Verkettungsarten nach dem Verlauf der Hauptförderrichtung

Innen-verkettung

Außen-verkettung

Außen-Verkettung als Bypass

BenennungBenennung Sinnbildliche DarstellungSinnbildliche Darstellung AusführungsbeispielAusführungsbeispiel

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Verkettung von Montagemaschinen zu Systemen

Rundtaktautomaten zur Linie verkettet(kombinierte Verkettung)

Montagesystem lose verkettet, teilweise Bypass, teilweise Innenverkettung

flexibles Montagesystem, Kombination von Linie, Rundtaktmaschine und Roboterzelle

1 Zuführeinrichtung, 2 Rundtaktmaschine, 3 Verkettungssystem, 4 Bereitstellsystem, 5 Abführsystem, 6 Fügestation, 7 Handmontageplatz, 8 Montageroboter

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3.6 Rund- und Längstransferautomaten

Layout

Rund- und Längstransferautomaten drehen mit jedem Takt das Montageteil um eine Station weiter. Jede Montagestation „arbeitet“ bei jedem Takt. An einem Rund- und Längstransferautomaten können verschiedenartige Tätigkeiten wie z.B. Teile zuführen, Einpressen (Fügen), Fetten, und Prüfen ausgeführt werden.

Die eingesetzten Automaten und Stationen werden meist über mechanische Steuerungselemente (Kurvenscheiben etc.)angetrieben.

Rundtaktmontage, Drehteller mit Anbauflansch für Stationen Layout einer Rundtaktmontage

Die Montagewerkzeuge bei der Rundtaktmontage werden dafür an den Ständer des Rundtaktdrehtellers (siehe Bild) angeflanscht. Die kurze Taktzeit und hohe Platzdichte sind die Vorteile einer derartigen Zelle, begrenzen jedoch auch die Produktgröße, die möglichen Montagetätigkeiten und die Flexibilität.

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Längstransferautomaten

Raupentischmaschine

Deckumlaufmaschine

Randumlaufmaschine

1 Werkstückträger, Montageträger, 2 Gestell, 3 Umlenkrad,4 Antrieb, 5 Umlaufführung, 6 Aufbauplatte für Montage-stationen, 7 Ausrüstungsvariante, 8 Montagebaugruppe

Def.: Längstransferautomaten sind über ein Verkettungs-system linear angeordnete Montagestationen. Der Werkstückfluss ist offen, d. h., Beginn und Ende der Linie liegen räumlich auseinander.

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Für einen wirtschaftlichen Einsatz und eine hohe Verfügbarkeit (≥ 85 %) der automatischen Montagetechnik müssen folgende grob gefassten Voraussetzungen erfüllt sein:

• Genügend große Serien,• Produkte mit nicht zu kurzen Lebenszyklen,• geringe Anzahl von Erzeugnisvarianten,• möglichst einfache (senkrechte) Fügebewegungen,• montagegerechte Konstruktion der zu montierenden Produkte, und zwar sowohl der Komponenten,

als auch des Systems,• ausreichend Zeit für Planung und Realisierung eines Systems,• genügend finanzielle Mittel für eine gute und flexible Lösung,• geschultes und ausgebildetes Personal.

Fehlen diese Voraussetzungen, dann lassen sich die Installationskosten für ein Montagesystem nicht durch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit absichern.

3.7 Einsatzkriterien für automatische Montage

Bei Untersuchungen zur Automatisierung der Montage eines Produktes ist zunächst zu klären, ob und in welchem Umfang ein automatisches Montagesystem überhaupt wirtschaftlich ist. Dies erfordert einerseits eine sehrsorgfältige Analyse der Montageaufgaben und andererseits die Untersuchung alternativer Möglichkeiten und deren Rentabilität.

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3.8 Roboter-Montagezelle

Einsatzschwerpunkte für Roboter- Montagezellen in der Klein-, Mittel- und Großserienfertigung sind die Bereiche:• Handhabungstechnik,

z.B. gezielte Entnahmen von Einzelteilen, die geordnet in Paletten bereitgestellt und in Werkstückträger eingesetzt werden.

• Fügetechnik,z.B. Montieren von Einzelteilen mit hoher Wiederholgenauigkeit von ≤ ± 0,025 mm bei gleichzeitig hoher Steifigkeit und Verfahrgeschwindigkeit der einzelnen NC-Achsen.

• Prüftechnik,z.B. Handhabung des Prüfobjektes, Messmittels oder Durchführung der Prüffunktion durch den IR selbst.

Bei der Montage mit Roboter eignen sich besonders 4-achsige Waagrechtarmroboter vom Typ SCARA. Diese Geräte sind von der Konstruktion her sehr steifund genau in der senkrechten Fügerichtung und nachgiebig quer dazu.Im Bild wird die Montagebasisplatte über ein Transportsystem zugeführt. Die Aufbauteile werden in Vibrationsbunkern oder Magazinen um ein Hand-habungssystem herum platziert und stehen diesem vereinzelt, geordnet und lagerichtig positioniert zur Handhabung zur Verfügung.Diese Art der Montage hat jedoch im Vergleich zu Rund- oder Längstransferautomaten eine einge-schränkte Leistungsfähigkeit.

Montage-basisplatte

Flexible Roboterzelle mit SCARA - Roboter

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3.8.1 Verfügbarkeitsanalyse einer Roboterzelle

1,22%

0,61%0,53%

0,48%

0,16%

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

Störprotokollanalyse: Verfügbarkeit 97%

Proz

ent [

%] Applikationstechnik

BedienfehlerPositionierungRoboterSteuerung

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3.9 Begriffliche Abgrenzungen

Es werden viele Begriffe benutzt um automatisierte oder automatische Montageeinrichtungen zu beschreiben. Einer davon ist Montageanlage.Montageanlagen sind Einrichtungen zur Montage eines Produkts, verschiedener Produkte oder Produktvarianten. Bei komplexen Produkten stehen mehrere Montageanlagen in Verbindung. Diese Definition enthält eine Orientierung auf Produkte. Montageanlagen sind:

Montagestationen (manuelle, automatische, flexible), diese sind die kleinsten Einheiten einer Montageanlage. Sie werden gewöhnlich für die Erfüllung einer Montageoperation geschaffen. Als automatische Station haben sie ihr Einsatzfeld in der Großserienmontage. Flexible Montagestationen enthalten einen Montageroboter als Grundkomponente, gelegentlich auch ein Greifer- bzw. Werkzeugwechselsystem und periphere Einrichtungen. Montagezellen, sind selbstständige flexible automatisierte Montagestationen mit integriertem Handhabungs-, Werk-stückbereitstell- und Überwachungssystem als konstruktive materialfluss- und steuerungstechnische Einheit. Sie werden für mittlere Losgrößen verwendet.Zentrum der Montagezelle ist in der Regel ein Montageroboter. In seinem Arbeitsraum befindet sich meist ortsfest die Montagevorrichtung, in der die Montageeinheit komplett montiert wird.Montagezentrum, wird eine Montagezelle mit einem zellenexternen Lager für Montageaufträge, Montagevorrichtungen und –werkzeuge gekoppelt, kann man dieses Gebilde als Montagezentrum bezeichnen. Diese Lager liegt außerhalb der Reichweite des oder der Montageroboter. Das kann z.B. ein automatisiertes Hochregallager sein.Montagesysteme, sind Zusammenschaltungen von verschiedenen Montageanlagen. Die Kopplung betrifft Werkstück-und Datenfluss. Der Einsatz von Montageroboter ist typisch. Handmontageplätze können enthalten sein. Häufig wird für die Montagesysteme die Form einer Linie gewählt. Bei komplexen Produkten kommt man in der Regel noch nicht ohne manuelle Arbeitsstationen aus. Solche gemischt besetzten Systeme werden auch als Hybridsystem bezeichnet.Es ist in diesen Fällen darauf zu achten, dass der Mensch über ausreichende große Zwischenspeicher vom Arbeitstakt der automatischen Montagestation abgekoppelt wird.

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3.10 Flexible Montagesysteme

Die weitgehende Sättigung der Ab-satzmärkte besonders für Konsum-güter, hat dazu geführt, die Nach-frage immer wieder durch neue Pro-dukte zu beleben. Als Folge dieser Entwicklung erhöht sich die Anzahl der Produkttypen bei gleichzeitiger Senkung der Losgrößen und Lebens-zyklen der Produkte.Aus dieser Entwicklung ergibt sich das Erfordernis nach einer flexiblen automatischen Montage (siehe Bild).

Beispiel einer flexiblen Montageanlage aus FMS- Modulen: SCARA Roboter, kartesischen Roboter, Transportstrecken, Vereinzeler, Zu- und Abführsystemen

Flexible Montagesysteme arbeiten hauptsächlich im Taktbereichzwischen 5 und 60 s und werden häufig für die automatische Montage von Produktvarianten bei großen bis mittleren Stückzahlen eingesetzt.

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3.10.1 Lebenszyklus für einen Motortyp

Prototypenfertigung

• hohe Flexibilität fürÄnderung der Bearbeitungsaufgabe

zum Beispiel:Bearbeitungszentrum

Anlauf der Serienfertigung

• Fertigung mehrerer Varianten mit zunehmen-den Stückzahlen

zum Beispiel:flexible Fertigungsstraße

Serien- oder Massenfertigung

• Fertigung gleicher Werkstücke mit hoherProduktivität

zum Beispiel: Starre Transferstraße

Ersatzteilfertigung

• zunehmender Bedarf an Flexibilität für vieleunterschiedliche Werkstücke

Zum Beispiel:FFS

Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Fertigung

Stückzahlpro Monat

Zeit

Änderung der Bearbeitungsanforderungen über den Lebenszyklus eines Produktes (nach WZL – TH – Aachen)

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Die Gliederung einer flexiblen Montagelinie in einzelne Subsysteme bring durch ein Unterteilung der einzelnen Aufgaben mehr Übersicht über die Einzelblöcke, deren Funktionen und Zusammenhänge. Sinnvolle Einzelblöcke sind:• Teilebereitstellungssysteme, manuelle oder automatische,• flexible Transportsysteme, mit den dazugehörigen Werkstückträgern,• Bearbeitungssysteme und Roboter (Handhabungsmaschinen) mit den erforderlichen Werkzeugen und Greifern,• Steuerungssysteme, bestehend aus Computer, CNC‘s, SPS, mobilen Datenträgern und Sensoren.

Die wesentliche Aufgabe flexibler Montagesysteme besteht darin, mehrere Produkte einer Produktfamilie in beliebigerLosgröße zu montieren. Wegen der Wirtschaftlichkeit werden jedoch mindestens mittlere Losgrößen vorausgesetzt. Die Umstellung auf ein anderes Produkt muss schnell und problemlos möglich sein und sollte möglichst ohne manuelle Eingriffe ablaufen.

3.10.2 Einsatzkriterien von flexiblen Montagensystemen

Für den Aufbau solcher flexiblen Montagesysteme eignen sich besonders Schwenkarm- Roboter oder auch einfache kartesische Industrieroboter.Die größte Anzahl der Montageroboter in der industriellen Montage werden in flexiblen Montagelinien eingesetzt. Die Taktzeiten flexibler Montagelinien liegen überwiegend zwischen 15 und 30 s.Wirtschaftlich sinnvoll ist die Anwendung einer flexiblen Montagelinie insbesondere für die Montage eines Produktes mit• mehreren Varianten und/oder • kurzer Produktlebensdauer,da hier die Flexibilität der Montageroboter zur Durchführung von unterschiedlichen Montagevorgängen der einzelnen Produktvarianten oder Nachfolgeprodukte ausgenutzt werden kann. Darüber hinaus können Montageroboter auch mehrere Montagevorgänge innerhalb eines Montagezykluses ausführen. Hierdurch kann insbesondere im unteren Stückzahlbereich die aus wirtschaftlichen Gründen erforderliche hohe Auslastung des Montagesystems erreicht werden im Gegensatz zu flexiblen Montagesystemen mit manuelle Arbeitsstationen .

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Bedeutende Gründe für die flexible Automatisierung mit Robotern sind: • zunehmende Typen- und Variantenvielfalt der Produkte aufgrund von Marktbedürfnissen• kürzere Produktionslaufzeiten der Produkte mit häufigeren Modellwechseln• geringer werdende Stückzahlen mit hohen Umrüstzeiten und geringer Auslastung konventioneller Betriebsmittel• erhöhte Anforderungen an die Qualität der Produkte• zu hohe Durchlaufzeiten mit zu großen Lagerbeständen und zu hoher Kapitalbindung• belastende, monotone und gesundheitsschädliche Tätigkeiten für die Werker• Kostendruck auf die Produkte• zunehmende Produktdifferenzierung• unregelmäßige Auftragseingänge

Folgerung aus all diesen Randbedingungen für die Flexibilität einer Montage- oder Bearbeitungseinrichtung ist, dass die Automationslinie die Möglichkeit bieten muss, gleichzeitig oder nacheinander verschiedene Produktvarianten oder verschiedene Produkttypen herstellen zu können. Hierbei muss die Umstellung auf ein anderes Produkt unmittelbar oder nur mit geringen Umrüstaufwand möglich sein. Diese Flexibilitätsanforderungen werden von starr automatisierten Handhabungsgeräten nicht oder nur sehr unzureichend erfüllt. Erst mit dem Einsatz von freiprogrammierbaren Robotern konnten dieses bedeutende Rationalisierungspotential weiter erschlossen werden.Darüber hinaus gibt es flexible Greifzeuge und viele Peripheriekomponenten wie z.B. Drehtische, Fördereinrichtungen, Vereinzeleinrichtungen oder Speichersysteme für die Automatisierung. Der Peripherieaufwand ist allerdings oft größer als der finanzielle Aufwand für den Roboter selbst.

3.10.3 Gründe für automatische, flexible Montagesysteme mit Industrierobotern

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Flexibilitätsgrad

Automatisierungsgrad

Variantenvielfalt

Stüc

kzah

l

3.10.4 Automatisierungsgrad und Flexibilität von Montagesystemen

AutomatisierteMontagelinie

FlexibleMontagezelle

ManuellerMontageplatz

Für Erzeugnisse mit unterschiedlichen Typen- und Variantenspektrum, die zunehmend in kleineren Losgrößen gefertigt werden, ist eine hohe Umrüstflexibilität Voraussetzung für eine wirtschaftliche Montage bei gleichzeitig hohem Automatisierungsgrad.

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Flexibilitätsart

Einsatz- oder Produkt-

Flexibilität

Anpass- oder Änderungs-Flexibilität

Stückzahl-oder Mengen-

Flexibilität

Fertigungs-redundanz

Integrations-Flexibilität

Qualitäts- Merkmale

Die Fähigkeit eines Systems, ein vorgegebenes Werkstückspektrumin beliebiger Reihenfolge zu bearbeiten

Die Anpassungsfähigkeit eines Systemsan neue oder geänderte Teile und Fertigungsverfahren

Die Fähigkeit eines Systems bei unterschiedlichen Auslastungsgraden wirtschaftlich zu arbeiten

Das Vorhandensein mehrerer sich entsprechender, alternativ zueinander einsetzbarer Funktionselemente

Die Möglichkeit, ein System durch Ergänzung einzelner Funktionselementezu erweitern oder mit anderen Systemenzu verketten

Quantitäts- Merkmale

Anzahl unterschiedlicher Werkstücke, Grad der Freizügigkeit bei der Einlastungs-reihenfolge

Rüstaufwand, gemessen in Umrüstzeit oder in Umrüstkosten

wirtschaftliche Grenzen für zusätzliche Schichten oder Kurzarbeit

Anzahl alternativ einsetzbarer Funktionselemente

technisch, räumliche und zeitliche Randbedingungen des Systems,modulare Aufbauweise

3.10.5 Arten der Flexibilität

Zur Erfüllung verschiedener Fertigungsaufgaben sind verschiedene Flexibilitätsarten eines automatisierten Fertigungssystems erforderlich.

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3.10.6 Flexible, modulare Montagesysteme

Hersteller flexibler Montagesysteme müssen einen kompletten Baukasten von Grundelementen und Basiseinheiten mitklaren Schnittstellen anbieten.

Das Wesen flexibler, modularer Montagesysteme besteht darin, dass sämtliche Teilsysteme modular aufgebaut sind.Dabei bezieht sich die Modularität nicht nur auf die eigen-tlichen Montagestationen einschließlich Ordnungseinrich-tungen, Grundgestelle etc., sondern auch auf die Verkett-ungseinrichtungen, Steuerung und Regelung, die Instal-lationstechnik, etc..Durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten der Module lässt sich ein breites Spektrum von Montage-aufgaben automatisieren. Die modulare Konzeption dieser Systeme gewährleistet, dass• leichte Veränderbarkeit und Ergänzungsmöglichkeit• Umbaufähigkeit bei sich ändernden Gegebenheiten• hoher Wiederverwendungsgrad• Ausbaufähigkeit der Steuerungstechnikgegeben sind und somit das Investitionsrisiko gemindert wird.Bei flexiblen, modularen Montagesystemen wird das Prinzip der losen Verkettung der Montagestationen angewendet, da sich nur dadurch eine Flexibilität in derVerkettung der einzelnen Montagestationen realisieren lässt (Umsteuerflexibilität).

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RichtlinienVDI 2740 Blatt 1: Mechanische Einrichtungen in der Automatisierungstechnik – Greifer für Handhabungsgeräte

und Industrieroboter. Düsseldorf: VDI- Verlag, 1995VDI 2854: Sicherheitstechnische Anforderungen an automatisierte Fertigungssysteme.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 2860: Montage- und Handhabungstechnik – Handhabungsfunktionen, Handhabungseinrichtungen;

Begriffe, Definitionen, Symbole. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1990VDI 2861 Blatt 1: Montage- und Handhabungstechnik – Kenngrößen für Industrieroboter, Achsbezeichnungen.

Düsseldorf: VDI-Verlag, 1988VDI 2861 Blatt 2: Montage- und Handhabungstechnik – Kenngrößen für Industrieroboter, Einsatzspezifische

Kenngrößen. Düsseldorf: VDI- Verlag, 1988VDI 2864: Montage- und Handhabungstechnik, Adressen von Koordinaten und Funktionen bei

der Programmierung numerisch gesteuerter Handhabungssysteme. Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3239: Sinnbilder für Zubringerfunktionen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3619: Sortiersysteme für Stückgut.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3631: Materialpuffer zwischen Arbeitsbereichen.

Düsseldorf: VDI-VerlagVDI 3655 Anforderungen an Flachpaletten für den Einsatz in automatischen Förder- und Lagersystemen.

Düsseldorf: VDI-Verlag

3.11 Anhang

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NormenDIN ICE 65A (SEC) 66: Speicherprogrammierbare Steuerungen; Teil 1: Allgemeine Informationen.

Berlin: Beuth VerlagDIN 918: Verbindungselemente, mechanische, Begriffe, Abkürzungen, Schreibweise der Benennungen.

Berlin: Beuth VerlagDIN 8593: Montieren; Tätigkeitsgruppen, Fertigungsverfahren Fügen. Berlin: Beuth VerlagDIN 15141 Teil 1: Transportkette, Paletten, Formen und Hauptmasse von Flachpaletten. Berlin: Beuth VerlagDIN 15145: Transportkette, Paletten, Systematik und Begriffe für Paletten mit Einfahröffnung.

Berlin: Beuth VerlagDIN 19233: Begriffe der Automatisierungstechnik. Berlin: Beuth VerlagDIN 33 402: Körpermaße des Menschen; Begriffe, Messverfahren. Berlin: Beuth VerlagDIN 33 406: Arbeitsplatzmaße im Produktionsbereich. Berlin: Beuth VerlagDIN EN 60 447: Mensch-Maschine-Schnittstelle. Berlin: Beuth VerlagDINV EN V 26 385, ISO 6385: Ergonomie, Prinzipien, Auslegung von Arbeitssystemen. Berlin: Beuth VerlagZH 1/564.8: Geräuschminderung bei der Montage

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Literaturhinweise• Peter Konold/ Herberts Reger: Praxis der Montagetechnik (2. Auflage). Wiesbaden: Vieweg, 2003• Stefan Hesse: Montagemaschinen. Würzburg: Vogel, 1993• Stefan Hesse: Fertigungsautomatisierung. Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg, 2000• Krahn/Nörthemann/Hesse/Eh: Konstruktionselemente 3. Würzgurg: Vogel, 1999• Steuern und Regeln (9. Auflage). Haan-Gruiten: Europa Lehrmittel, 2003• Automatisierungstechnik (4. Auflage). Haan-Gruiten: Europa Lehrmittel, 2001• Hans B. Kief: FFS- Handbuch `92/93 (3. Auflage). München/ Wien: Hanser, 1992• Prof. Dr.-Ing. H. Brüggemann: Vorl. Handhabungs- und Montagetechnik. FH Braunschweig/Wolfenbüttel, SS 2004• Prof. R. D. Schraft: Vorl. Automatisierung in der Montage und Handhabungstechnik. Universität Stuttgart, SS 2005•Dr. Ing. Eberhard Kroth: Lehrmaterial Reis Robotics

Internet-Linkswww.fibro.dewww.gemotec.comwww.oku.dewww.rna.dewww.schindler-handling.dewww.sortimat.comwww.winkhaus.de

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