Arbeitsplanung, Fertigung,Montage

PWI Winter 2002/2003

© Prof. Dr. Gronau

Lernziele

Welches sind die Aufgaben der Arbeitsplanung?Wie ist ein Arbeitsplan aufgebaut?Wie werden Vorgabezeiten ermittelt?Wie erfolgt die NC-Programmierung?Wie kann eine Integration zwischen Arbeitsplanung und Fertigung aussehen?

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Einordnung der Arbeitsplanung

Konstruktion

Arbeitsplanung

Fertigung

Montage

Arbeitsvorbereitung

{

...umfasst alle einmalig auftretenden Planungsmaßnahmen, die unter ständiger Berücksichtigung der

Wirtschaftlichkeit die fertigungsgerechte Herstellung

eines Erzeugnisses sichern

Arbeitssteuerung

...umfasst alle Maßnahmen, die für die Auftragsabwicklung erforderlich

sind:heute als PPS (Produktionsplanung

und -steuerung) bezeichnet

Eversheim 2002, S. 2 © Prof. Dr. Gronau

Aufgaben der Arbeitsplanung

Stücklistenverarbeitung Arbeitsplanerstellung NC-Programmierung

??Erstellen vonMontagestücklisten

??Fertigungsstücklisten

?? Arbeitsvorgang-folgeermittlung

?? Vorgabezeit bestimmen

??Erstellen derTeileprogramme

??Ablochen

Planungsvorbereitung

??Beratung derKonstruktion

??Suchen vonPlanungsunterlagen

Kostenplanung

??Vorkalkulation

??Wirtschaftlichkeits-rechnung

Qualitätssicherung

??Prüfplanung

??Qualitätsplan

Materialplanung

??Lagersortenplanung

??Lagerartplanung

Investitionsplanung

??Planung vonFertigungsmitteln

??Anlagen

Methoden/Verfahrensplan

??Entwickeln vonFertigungsmethoden

??Planungsmethoden

langfristig

mittelfristig

kurzfristig

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Differenzierung der Einordnung der Arbeitsplanung

Produktgestaltung(Konstruktion)Prozessgestaltung

(Arbeitsplanung)Produktplanung

MarketingProduktionsmittel-gestaltung

KonstruktionArbeitsplanung Angebot

AnfragePPS

Fertigung Montage Vertrieb/ServiceMarkt

Kunde

kundenanonymeProduktentwicklung

"Time to Market"

kundenspezifischeAuftragsabwicklung"Time to Customer"

Eversheim 2002, S. 4 © Prof. Dr. Gronau

Arbeitsvorbereitung in der kundenanonymen Produktentwicklung

Randbedingung

Begrenzte Bindung an die bestehenden Fertigungsmittel mit weitreichenden Möglichkeiten der Neuanschaffung

Zielsetzung

Aufbau und Betrieb einer neuen Produktion, die optimal die Zeit-, Kosten- und Qualitäts- anforderungen erfüllt

Eversheim 2002, S. 5

© Prof. Dr. Gronau

Arbeitsvorbereitung in der kundenspezifischen Auftragsabwicklung

Randbedingung

Nutzung der bestehenden Fertigungsmittel mit begrenzten Möglichkeiten der Neuanschaffung

Zielsetzung

Zeit-, kosten- und qualitätsoptimale Herstellung von Produkten mit einem bestehenden Fertigungsmittelspektrum

Eversheim 2002, S. 6 © Prof. Dr. Gronau

Vorgang der Arbeitsplanerstellung

Rohteilgeometrie

Arbeitsfolgen

MaschinenArbeitsunter-

weisung

Vorgabezeiten

Arbeitsplan

optimaleNutzung derArbeitsmittel

wirtschaftliche Kennwerte

Verfahrens- vergleich

Rohteil- bestimmung

optimaleNutzung derArbeitsmittel

wirtschaftliche Kennwerte

Verfahrens- vergleich

Rohteil- bestimmung

vorrätigeMaterialien

VerfahrenMethoden

Arbeitsmittel

ZeittabellenZeitauf-nahmen

Technologische/wirtschaftlicheEinflüsse

BetrieblicheEinflüsse

Bullinger 1989, S. 45

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Aufbau eines ArbeitsplansBlatt:1 von 1

Stückzahl:

Werkstoff: St 50

AVGNr.

Datum: 22.11.2002

Bearbeiter: N. GronauAuftragsnr.: Arbeitsplan

Bereich: 1-20

Benennung:Antriebswelle

Zeichnungs-Nr.:170-0542

Rohform- und -abmessungen:Rundmaterial Ø 60 mm

Rohgewicht 7,6 kg

Fertiggewicht 4,6 kg

Arbeitsvorgangs-beschreibung

Kosten-stelle

Lohn-gruppe

Masch.-gruppe

Fertigungs-hilfsmittel

tr

[min]te

[min]

10 Rundmaterial auf 345 mm Länge sägen 300 04 4101 - 10 5,0

20Rundmaterial auf 340

mm ablängen und zentrieren

340 06 420110011051 15 2,0

30 Welle komplett drehen 360 08 43131101/1121

1131 20 2,6

Eversheim 2002, S. 10 © Prof. Dr. Gronau

Aufgaben bei der ArbeitsplanerstellungBlatt:1 von 1

Stückzahl:

Werkstoff: St 50

AVGNr.

Datum: 22.11.2002

Bearbeiter: N. GronauAuftragsnr.: Arbeitsplan

Bereich: 1-20

Benennung:Antriebswelle

Zeichnungs-Nr.:170-0542

Rohform- und -abmessungen:Rundmaterial Ø 60 mm

Rohgewicht 7,6 kg

Fertiggewicht 4,6 kg

Arbeitsvorgangs-beschreibung

Kosten-stelle

Lohn-gruppe

Masch.-gruppe

Fertigungs-hilfsmittel

tr

[min]te

[min]

10 Rundmaterial auf 345 mm Länge sägen 300 04 4101 - 10 5,0

20Rundmaterial auf 340

mm ablängen und zentrieren

340 06 4201 10011051 15 2,0

30 Welle komplett drehen 360 08 4313 1101/11211131 20 2,6

Rohteil-bestimmung

Auswahl des Fertigungs-verfahrens

Prozess-folge er-mitteln

Ma-schinen-auswahl

Vor-richtung-auswahl

Vor-gabe-zeiter-

mittlung

Eversheim 2002, S. 24

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Arbeitsplanungsarten

Neuplanung

Es liegt kein fertigungstech- nisch ähnliches Objekt vor.

Anpassungs-planung

Ähnlichkeit liegt vor, veränderte Aufgabenstellung und Randbedin- gungen

Varianten-planung

Komplexteil aus einer Teilefamilie mit hohen Ähnlichkeiten

Wiederhol-planung

Änderung von organisatorischen Daten, identi- sche Einzelteil- planung

abnehmender Erstellungsaufwand

abnehmender Neuheitsgrad

zunehmende fertigungstechnische Ähnlichkeit

Eversheim 2002, S. 19 © Prof. Dr. Gronau

Aufbau von Stücklisten

Gronau 1999, S. 83

5 4 3

43 1

Baukastenstückliste7

1 2 4

26 3

56

5

2

4

2 3

5 1

© Prof. Dr. Gronau

Unterschied zwischen Struktur- und Dispositionsstückliste

6 7

5

1 2 4

2 3

5 4 3

1 2 4 2 34

2 3

2

6 3 2

5 1 5 1

5 1

43 1

63 2

Fertigungsstufe 1

Fertigungsstufe 2

Fertigungsstufe 3

Fertigungsstufe 4Strukturstückliste

6 7

5

1

2

4

2 3

5

4

3

1

2

4

2 3

4

2 3

2

6

3

2

5 1 5 1 5 1

43

16

3

2

Dispositionsstufe 1

Dispositionsstufe 2

Dispositionsstufe 3

Dispositionsstufe 4Dispositionsstückliste

Gronau 1999, S. 83 © Prof. Dr. Gronau

Kriterien der Maschinenauswahl

Eversheim 2002, S. 34

GestaltHüllkörperWerkstoffgeforderte OberflächeToleranzen

Werkstückdaten

Integrierte BearbeitungsprozesseAbmessungen LeistungsraumLeistungZusatzeinrichtungen?

Maschinendaten

Vorgänger/NachfolgerTechnologische Zwangsfolge

Aktuelle Prozessfolge

LosgrößeOptimierungskriterium (Kosten, Zeit)

Auftragsdaten

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Vorgabezeitermittlung

Eversheim 2002, S. 40

Verfahren

experimentell

Fremd

Manuelle Erfassung(Stoppuhr)Multimoment-methoden

Interview

selbst

durch Werker

durch Gerät

rechnerisch

Schätzen

Vergleich mit ähnlichen AbläufenAbleitung ausErfahrungswerten

Synthese

Systeme vorbe-stimmter Zeiten

Planzeiten

Berechnen

Formel

Nomogramm

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Bewertung der Methoden zur Vorgabezeitermittlung

Eversheim 2002, S. 40

hochmittelgering

Ma-nuell

Mul-ti-

mo-ment

Inter-view

Wer-ker

GerätVer-

gleichAb-

leitenMTM

Plan-zeiten

For- mel

No- mo-

gramm

Investitions-aufwandAktuali- sierungs-aufwandPlanungs-aufwandPlanungs-genauigkeit

Einzel-fertigungKlein-serieGroß-serie

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Überblick über die NC/-RC-ProgrammierungCAD-System

ZeichnungWerkstückmodell

IGESVDA-FSCAD/CAM-intern

Rechnerunterstützte Programmerstellung

NC-Prozessor

CLDATA (DIN 66215)

Postprozessor

Steuerungsspezifisches NC-Programm

Manuelle Programmerstellung

NC-Maschine

Eversheim 2002, S. 80 © Prof. Dr. Gronau

Aufbau von NC-Sätzen

Satz-Nr.Wegbe-dingung

Weg-befehle

Kreis-mittel-punkt- abstand

Vorschub- befehl

Drehzahl-befehl

Werkzeug-

befehl

Hilfs-funktion

N 20 G XYZ IK F S T M

KreisinterpolationLinearinterpolation

EilgangVorschub

Koordinaten relativKoordinaten absolut

Koordinaten des

Zielpunktes

Zusatzpunkte, z.B. für Kreis-

interpolation

Eingesetztes Werkzeug

Kühl- schmier- mittel an/aus

Programm-stop

Eversheim 2002, S. 82

© Prof. Dr. Gronau

Manuelles Programmieren am Beispiel Drehen

Satz-Nr. Wegbed. Weg- befehle Vorschub Drehzahl WZ-Bef. Hilfsf. BemerkungN G X Z F S T M

%LF ProgrammanfangN001 G91 S200 M04 Spindeldrehung linksN002 T106 M06 WerkzeuganwahlN003 G04 X2000 Verweilzeit 2 sN004 G00 X-40000 Z-30000 Anfahren P 1 (Eilgang)N005 G01 Z-27000 F 150 Anfahren P 2 (Vorschub)N006 G 6000 Anfahren P 3 (Vorschub)N007 G00 Z-27000 Anfahren P4 (Eilgang)

.

Werkstück

Werkzeug

P1P2

P3

P4

Eversheim 2002, S. 84 © Prof. Dr. Gronau

NC-ProgrammiersystememethodischeEinordnung

Programmier-methode

organisatorischeEinordnung

maschinelle Pro-

grammier- systeme

werkstatt- orientierte

Pro- grammier- systeme

Werkstatt- pro-

grammierung(Hand-

eingabe)

manuelle Pro-

grammierungauf Satzbasis

grafisch- interaktive

Pro- grammier- systeme

maschinell

manuell

maschinenfern

maschinennah

maschinenfern

Eversheim 2002, S. 86

© Prof. Dr. Gronau

Beispiel eines CNC-Arbeitsplatzes

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Roboterprogrammierverfahren

ONLINE OFFLINE

LernverfahrenKombinierte

VerfahrenTextuelleVerfahren

GrafikunterstützteVerfahrenAnfahren und

Speichern einer Bahn(Teach-In)

Abfahren einer Bahn(Playback)

??Verfahren desRoboters überBedienpult

??Eingabe desProgrammab-laufs überFunktions-tasten

??Bewegung desRoboters überHandgriffe amEndeffektor

??Eingabevontechnolo-gischenInformationen

??Erstellung desHandhabungs-ablaufs offline

??Ergänzung umPositionsan-gaben vor Ort

??BeschreibungdesHandhabungs-ablaufs mitHilfe einerSprache

?? InteraktiveEingabe derBewegungs-bahn amBildschirm

??Textuelle Ein-gabe des Pro-grammablaufs

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Computer Aided Planning (CAP)Definition des AWF

EDV-Unterstützung bei der ArbeitsplanungKonventionell oder mit CAD erstellte Arbeitsergebnisse der Konstruktion als BasisErzeugung von Daten für Teilefertigungs- und MontageanweisungenRechnerunterstützte Planung von ArbeitsvorgangsfolgenAuswahl von Verfahren und Betriebsmitteln zur Erzeugung der ObjekteRechnerunterstützte Erstellung von Daten für die Steuerung der BetriebsmittelErgebnisse: Arbeitspläne und Steuerinformationen

AWF85 © Prof. Dr. Gronau

Kopplung CAD-CAP

Produktidee

CAD-System

Ein

gabe

Aus

gabe

Wissen desKonstrukteurs

geometrischeModellierung

CAD-Produktmodell

CAD-spezifischeDatenverwaltung

Stück-listen

Zeich-nungen

CAP-System

Ein

gabe

Aus

gabe

Wissen desArbeitsplaners

technologischeModellierung

CAP-Produktmodell

CAP-spezifischeDatenverwaltung

Stücklisten

Fertigungs-zeichnungen

Stammdaten

Arbeitspläne

NC-Programme

Bullinger/Salzer89, S. 29

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Motivation einer Integration von Arbeitsplanung und Fertigung

"Bis zu 30% der Fertigungsaufträge werden nicht nach den Vorgaben aus dem Arbeitsplan gefertigt"

"44% der aufgetretenen Fertigungsstörungen wären mit

zusätzlichen Informationen aus der Arbeitsplanung schneller und

einfacher zu beheben gewesen"

Ziele

reduzierte Auftragsdurchlaufzeit durch:

bessere Aktualität der Planungsdatenkürzere Umplanungsregel- kreise

höhere Flexibilität

Ansatzpunkte/Maßnahmen

AblauforganisationAufbauorganisationautonome ProduktionssystemeIT-Integration

Eversheim 2002, S. 205

Computer Aided Manufacturing

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Komponenten der FertigungsleittechnikPPS Administrationssysteme CAD/CAP

Kapazitätsdaten ArbeitspläneMaterialdaten FertigungsstücklistenEcktermine Montagestücklisten

PersonalwesenRechnungswesenBürokommunikation

Arbeitspläne KonstruktionsstücklistenNC-Programme GeometriedatenNC-Kennsätze

KernsystemSystemdaten-verarbeitung

Dialog-steuerung

Protokoll-Handler

Event-Manager

Auf

trag

sübe

rnah

me/

-erf

assu

ng

Auf

trag

sfre

igab

e

Auf

trag

sver

anla

ssun

g

Auf

trag

sfer

tigst

ellu

ng

Auftrags-verwaltung

NC

-Pro

gram

müb

erna

hme

NC

-Pro

gram

mar

chiv

ieru

ng

NC

-Pro

gram

mve

rwal

tung

NC

-Pro

gram

mve

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Edi

tiere

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C-P

rogr

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DNC

Lage

rver

wal

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Puf

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Logistik

Bet

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chin

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Produktionsdaten-erfassung

Wer

kzeu

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erve

rwal

tung

Wer

kzeu

gmag

azin

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ng

Wer

kzeu

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wal

tung

Wer

kzeu

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wal

tung

Wer

kzeu

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richt

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Wer

kzeu

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Werkzeugverwaltung

Pro

zeß

fam

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ung

Rei

henf

olge

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riorit

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egel

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Sta

tistis

ch?

Det

erm

inis

tisch

Kap

azitä

tsab

glei

ch

Disposition

Lager Handarbeitsplätze Fertigungszellen WerkzeugmontageTransportsystem konventionelle Maschinen Montagezellen Werkzeugvoreinstellung

NC-Maschinen Handhabungsgeräte

© Prof. Dr. Gronau

Funktionen und Schnittstellen in der Fertigung

Ressourcen-verwaltungWerkzeuge

Vorrichtungen

womit?

Prozesse für Teilefertigung und Montage

PrüfenLager und Transport

was,wann?

Fertigungs-steuerung

ReihenfolgeFeintermin

wie?

ArbeitsplanungProgrammierung rechner-

gesteuerter MaschinenFertigungs-unterlagen

Arbeits-verteilung

Steuerdaten

Betriebsmittel

BDE/MDEBDE/MDE

© Prof. Dr. Gronau

Einsatzhäufigkeit von CAM-Systemen

0 80604020Einsatzhäufigkeit in %

CNC-Maschinen

Werkstatt-Programmiersysteme

Handhabungsgeräte

DNC-Systeme

FlexibleFertigungssysteme

Roboter

Kearney89, S. 302 © Prof. Dr. Gronau

Planungshorizonte in der Fertigung

lang-fristige

Planung

mittelfristigerPlanungshorizont

Direkt-(online) Steuerung

Fertigungsprozeß

kurzfristigerPlanungshorizont

Jahr bis Wochen

Wochen bis Tag

Tag bis Minuten

PPS

CAM

Rembold90, S. 246

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CAD/CAM-Kopplung bei einemflexiblen Fertigungssystem

CAD-System

DNC-Rechner

Werkzeug-maschine

Handhabungs-system

Peripherie-gerät

Steuerdaten

Arbeitspläne

Geometriedaten

DatenbankRechnerunterstützte

Fertigungsvorbereitung

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Modelle zur CAD/CAM-Kopplung

CAD-Datenbank CAD-Datenbank

NCModul

NCModul

LabelsNC

Modul

NCPS

NCPSMA

IGESP DKP

GINCPS GINCPS

GINCPS

DBP

GINCPS

EDMS

DBD

DBD

IGES NC-Daten

TPF

CLDATA

DIN 66025

PARAM CALLDML/CALL DML/CALL DML/CALL DML/CALL DML/CALL DML/CALL

Varianten-programm

CLDATA, DIN 66125

Postprozessoren

CA

D-S

yste

m

NC

-Pro

gra

mm

iers

yste

m

Schnittstelle für NC-Steuerinformationen nach DIN 66025

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Begriffe zur CAD/CAM-KopplungDML Data Manipulation LanguagePARAM ParameterNCPS NC-ProgrammiersystemGINCPS grafisch interaktives NC-ProgrammiersystemMA MakrosDEKP DekodierprozessorDBD DatenbankdatenCALL Call-SchnittstelleTPF TeileprogrammformatIGESP IGES-ProzessorDBP DatenbankprozessorEDMS Engineering Daten Management System

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Zusammenhang zwischenDurchsatz und Flexibilität

Durchsatz(typischeStückzahl je Variante)

20.000

2000

500

25

1

Flexibilität(Anzahl möglicherVarianten)

5 10 100 1000

NC-Maschine

Fertigungsinsel

BAZ

Trans-fer-straße

Fertigungs-system

Fertigungszelle

ProduktivitätFlexibilitätAutomatisierungsgrad

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Einsatzparameter fürflexibel automatisierte Montagesysteme

Werkstückmasse in kg

Jahresstückzahl in 1000 Stück

100

10

1

0,1

0,01

5 10 20 50 100 200 500 2000 50001000

Flexible automatische Montagezelle

Montageautomat

Flexible automatische Montagelinie

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Komponenten eines Montagesystems

MontageplanungSchaffung eines Systems mit

dem erforderlichenArbeitspotential

MontageobjektTeil, Baugruppe, Produkt mitimpliziter Aufgabenstellung

MontagemittelKomponenten mit Arbeitsvermögen

zum Ausführen einesMontagevorgangs

MontagepersonalGruppe von Arbeitspersonen zum

Ausführen manuellerArbeitsvorgänge

Montageprozeßgegliederte Abfolge von

Teilarbeiten zum Verrrichten derMontageaufgabe

MontagesteuerungKoordinieren und Regeln

des Ablaufs imMontagesystem

Montage-system

materielle Komponente dispositive Komponente operative Komponente

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Varianten der Funktionsaufteilungbei Fahrerlosen Transportsystemen

Funktionen

FTS-interneMaterialflußsteuerungAuftragsverwaltung und Fahrzeug-dispositionProzeßabbild-verwaltungVerkehrsregelungWegsteuerung

Koordination derFahrfunktionenOrientierungs-systemLenkregelungAntriebssteuerungSicherheitssystemLAM-Steuerung

Stationäre Steuerung, Wegsteuerung zentral und stationär

Stationäre Steuerung, Wegsteuerung im "intelligenten" Fahrzeug

Einfache FTS-Steuerung, Auftragseingabe am Fahrzeug

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Gliederung von HandhabungseinrichtungenBewegungseinrichtungen

Bewegungseinrichtungenmit fester Hauptfunktion

manuell gesteuerte Bewegungseinrichtungen

programmgesteuerte Bewegungsautomaten

Bewegungseinrichtungenmit variabler Hauptfunktion

frei programmierbareBewegungsautomaten

fest programmierteBewegungsautomaten

mit selbstätigerProgrammselektion

mit selbstätigerProgrammsadaption

ohne selbstätigeProgrammbeeinflussung

Drehrichtung

Orientierungs-einrichtung

.......

Gliederungskriterium: Funktionsvielfalt

Gliederungskriterium: Bewegungsvorgabe

Gliederungskriterium: Programmänderung

Gliederungskriterium: Programmbeeinflussung

Einlegegerät

.......

Industrieroboter miteinem festen oder mehreren festen,manuell wählbarenProgrammen

Industrieroboter mitmehreren festenProgrammen, die selbsttätig über externe Signale angewählt werden

Industrieroboter mit einemoder mehreren Grundpro-grammen, diedurch Sensor-informationen selbsttätig verändert werden

Manipulator

Teleoperator

.......

© Prof. Dr. Gronau

28152026

17382

10779

2721

11503

1892

4894

2482

6968 6735

10298

29822079

Anwendungsgebiete

1 Beschichten2 Klebe- und Dichtmittel-

auftrag3 Punktschweißen4 Bahnschweißen5 Bearbeiten6 Montage7 Messen und Prüfen8 Kommissionieren und

Palettieren9 Pressen und Schmieden10 Druck-/Spritzguß11 spanende Werkzeug-

maschinen12 sonstige Werkstückhand-

habung13 Forschung und Ausbildung14 Sonstige

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

Bis 1998 eingesetzteIndustrieroboter: 85556

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Roboter-Anwendungsgebiete

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Differenzierung von Robotertypen

Autonomiegrad der Aufgabenausführung

Entwicklungsgrad der Roboter

- Eindeutige Vorbestimmtheitder Aufgabenausführung

- DefinierteObjektbereitstellung

- Automatische Ausführungexpliziter Programme

- Automatengerechtgestaltete Umgebung

- Standard-Roboterkinematikmit aufgabenspezifischenPeripherieelementen

Industrieroboter

- Weltmodell basierendauf vorgegebenenUmweltdaten

- AufgabenspezifischerBefehlsumfang

- Auswertung multifunktiona-ler Sensorinformationen

- Implizite Programmierung- Automatische Bahnplanung- Einsatz in der Öffentlichkeit- Funktionelle Komponenten

ServiceRoboter

- Kommunikation mit Umwelt- Verständnis der Umgebungmit Hilfe von Modellen

- Eigenständige Generierungvon Programmen durchPlanung

- SelbständigeAktionsüberwachung

- Lernfähigkeit (Wegplanung,Reaktionsfähigkeit)

- Aufgabenspezifisch

Personal Robot

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Anforderungsprofile in der rechnerunterstützten Fertigung

Produkt

Maschinen/Anlagen

Arbeitsorganisation

Routine

Störung

Routine

Störung

Routine

Routine

Störung

Störung

Kommunikation/Kooperation

Kenntnisse

kognitiveAnforderungen

Sensu-motorik

sicherheits-gerechtesVerhalten

Selbstentscheidung

konventionellesDrehen

CNC-Drehen

FFS

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LiteraturBullinger, H.-J. u.a.: Künstliche Intelligenz in Konstruktion und Arbeitsplanung. Landsberg/Lech 1989Eversheim, W.: Organisation in der Produktionsvorbereitung. Arbeitsvorbereitung. Berlin u.a. 2002Gronau, N.: Management von Produktion und Logistik. 3. Auflage München 1999