Angewandte Montagetechnik: Produktgestaltung, Planung, Systeme und Komponenten

281 Pages·1996·8.579 MB·German

by  Peter Konold, Herbert Reger (auth.)

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Peter Konold
Herbert Reger
Angewandte
Montagetechnik
dem Programm
ADS
Produktionstechnik
Umformtechnik
von K. Gruning
Spanlose Fertigung Stanzen
von W. Hellwig und E. Semlinger
Zerspantechnik
von E. Pauksch
Atlas der modernen Handhabungstechnik
von S. Hesse
Montage-Atlas
von S. Hesse
Robotik
von S. Hesse und G. Seitz
Konstruieren und Gestalten
von H. Hintzen, H. Laufenberg, W. Matek, D. Muhs
und H. Wittel
Angewandte Montagetechnik
von P. Konold und H. Reger unter Mitarbeit von S. Hesse
Ubungs buch Fertigungstechnik
von U. Wojahn und A. Breitkopf
Praxiswissen Formgebung
von H. Tschatsch
Praxiswissen Umformtechnik
von H. Tschatsch
Vieweg
Peter Konold
Herbert Reger
Ang ewandte
Montagetechnik
Produktgestaltung, Planung, Systeme
und Komponenten
Unter Mitarbeit von Stefan Hesse
Aile Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/wiesbaden, 1997
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH.
Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede
Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne
Zustimmung des Verlags unzuliissig und stratbar. Das gilt insbesondere fUr
Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeiche
rung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Umschlaggestaltung: Klaus Birk, Wiesbaden
Gedruckt auf siiurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-03843-4 ISBN 978-3-322-91818-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-91818-5
v
Vorwort
Um in Zukunft auch im intemationalen Wettbewerb bestehen zu konnen, sind viele Un
temehmen gezwungen, marktgerechte Erzeugnisse kostengiinstig mit hoher, gleichblei
bender Qualitat herzustellen. Hinzu kommen noch Forderungen hinsichtlich schneller
ProdukteinfUhrung, kurzen Lieferzeiten bei gleichzeitig zunehmender Typen- und Vari
antenvielfalt, sowie kleiner werdende LosgroBen.
Bei diesen marktbedingten Gegebenheiten wird, besonders im Bereich der Erzeugnis
montage, der Einsatz von flexiblen, schnell umrUstbaren Montagesystemen zwingend
erforderlich. Je rascher die technische Entwicklung fortschreitet, desto kurzlebiger wer
den die Erzeugnisse, besonders auf dem Gebiet der Gebrauchsgiiterherstellung. Um hier
bei das Investitionsrisiko in iiberschaubaren Grenzen zu halten, sind standardisierte
Montagesysteme mit modularem Autbau gegeniiber Sonderlosungen mit nur geringer
Anpassungsfahigkeit bevorzugt einzusetzen. Durch einen hohen Wiederverwendungs
anteil eines Montagesystems bei einem Erzeugniswechsel wird die RentabiliUit einer
Investition deutlich verbessert.
Das Ziel der Verfasser dieses Buches ist es, die systematische V orgehensweise bei der
Planung flexibler Montagesysteme aufzuzeigen, und gleichzeitig dem Fertigungsplaner,
aber auch dem Studierenden der Automatisierungs- und Produktionstechnik, konkrete
Losungsmoglichkeiten und Hilfsmittel fur die Entwicklung und Gestaltung von manuel
len und teilautomatisierten Montagesystemen an die Hand zu geben.
Neben technischen Aspekten werden auch arbeitsorganisatorische und wirtschaftliche
Gesichtspunkte bei der Bewertung und Auswahl von altemativen Losungen berUcksich
tigt.
Bei der Planung von Montagesystemen ist die Kenntnis der am Markt angebotenen
Grundsysteme bzw. Komponenten eine wichtige Voraussetzung.
1m zweiten Teil dieses Buches sind daher Bauelemente namhafter Hersteller auszugswei
se in Form von Datenblattem so dargestellt und beschrieben, daB nach einer Grob
auswahl kombinationsfahiger Bauelemente eine "Lay-out-Planung" moglich ist. Die
genannten Preisbereiche bei den einzelnen Grundsystemen und Bauelementen reichen fur
eine erste Kostenabschiitzung und zum Kostenvergleich bei mehreren Losungsaltemati
yen aus. Mit Hilfe der Datenblatter in Verbindung mit den beschriebenen Losungsmog
lichkeiten und Beispielen im ersten Teil ist es moglich, die Planungszeit gegeniiber einer
Vorgehensweise ohne geeignete Hilfsmittel zu reduzieren und dabei gleichzeitig die
Planungsqualitat zu verbessem.
Das Anwendungsspektrum der dargestellten Montagesysteme und Bauelemente be
schrankt sich auf feinwerktechnische und elektrotechnische Gebrauchsgiiter, Komponen
ten fur die Fahrzeugtechnik, Haushaltsgerate und artverwandte Produkte, die in Klein-,
Mittel-und GroBserien hergestellt werden.
VI Vorwort
Dieses Buch solI durch seinen Praxisbezug einen Beitrag leisten zu dem standigen Be
muhen, die Montagekosten durch den Einsatz standardisierter, flexibler Montagesysteme
zu senken und somit die HerstelIung von wettbewerbsfahigen Erzeugnissen zu ermog
lichen.
Die Ausarbeitung des Kapitels 2 "Produktgestaltung" hat freundlicherweise Herr Dr.-Ing.
S. Hesse, bekannt durch zahlreiche VerOffentlichungen auf dem Gebiet Handhabungs
und Montagetechnik, ubemommen. Fur seinen Beitrag danken wir ganz herzlich.
Unser besonderer Dank gilt dem Hause Robert Bosch GmbH fur die Bereitstellung von
Planungsunterlagen und Praxisbeispielen, sowie den Firmen Branscheid Industrie-Elek
tronik und Utz Ratio-Technik. Durch ihre Mitwirkung erfuhr dieses Buch besonders im
Teil A eine zusatzliche Bereicherung.
Danken mochten wir auch all jenen Firmen, die durch Uberlassung von Informations
material wesentlich zur Gestaltung des zweiten Teils beigetragen haben.
Dem Vieweg-Verlag, Wiesbaden, danken wir fur die gute Zusammenarbeit.
Geislingen, November 1996 Peter Konold, Herbert Reger
VII
Inhaltsverzeichnis
TElL A
1 Einfiihrung ................ ..... ............. ..... ............ ....... ..................... ... .... ......... ......... 1
2 Auseinandersetzung mit dem Produkt ... ........... ............. ........ ... ........... .......... 3
2.1 Bedeutung automatisierungsgerechter Produkte ............. .... ... ...... ............... 3
2.2 Strukturieren von Produkten .......... ..... ......... ....................... ..... ................... 5
2.2.1 Integration von Produktentwicklung und Montageplanung............. 5
2.2.2 Bauweisen der Produkte................................................................... 6
2.3 Wege zum montagegerechten Design ......................................................... 8
2.3.1 Prfifschritte und Gestaltungsziele..................................................... 8
2.3.2 Analyse-und Bewertungsmethoden ................................................ 10
2.3.3 Gestaltungsrichtlinien ...................................................................... 12
2.4 Probleme mit Toleranzen .......... ..... ..... ....... .... ......... .... ...... ..... ............... ...... 13
2.4.1 Tolerierungsmethoden .................................................................... 13
2.4.2 Justage vereinfachen ..... ..... ..... ......... ......... .... ............. ...... ............... 15
2.5 Gestaltungsbeispiele .................................................................................... 16
2.5.1 Gestaltungsbereich Einzelteil........................................................... 16
2.5.2 Gestaltungsbereich Baugruppe......................................................... 20
2.5.3 Gestaltungsbereich Produkt ............................................................. 22
3 Vorgehensweise bei der Planung, Planungssystematik ................................. 24
3.1 Aufgabenstellung ........................................................................................ 26
3.2 Grobplanung ... ..... ................. ..... ....... ..... ............. ......... ..... ............. ... ....... 28
3.2.1 Montagesystemausbringung berechnen (Planungsschritt 1) ... ......... 28
3.2.2 ArbeitsabHiufe festlegen, Montagestruktur entwickeln -
(Planungsschritt 2) ......... ..... ..... ....... ........... ............. .......... ............... 28
3.2.3 Montageabschnitte bilden, (Planungsschritt 3) ................................ 29
3.2.4 Montagesystem-Altemativen entwickeln, (Planungsschritt 4)......... 32
3.2.4.1 Manuelle Montagesysteme ohne automatisierten
Werksmck-Umlauf ............................................................. 38
3.2.4.2 Manuelle und teilautomatisierte Montagesysteme mit
automatisiertem Werksmck-Umlauf................................... 40
3.2.4.3 Automatische Montagesysteme ..... ......... ..... ............. ... .... ... 41
3.2.4.4 Werksmcktrager, Anzahl und Gestaltung........................... 43
3.2.4.5 Informations-und Datenspeichersysteme........................... 47
3.2.5 Notwendige Hallenflache ermitteln (Planungsschritt 5) .................. 49
3.2.6 Personalbedarfplanen (Planungsschritt 6)....................................... 50
VIII Inhaltsverzeichnis
3.2.7 Losungsaltemativen bewerten und auswahlen (Planungsschritt 7)... 52
3.2.8 Projektkalkulation und Wirtschaftlichkeitsrechnung durchfiihren,
(Planungsschritt 8) ......................................................................... ... 53
3.2.8.1 Berechnung der Montagekosten .......................................... 53
3.2.8.2 Berechnung der KapitalrUckfluBdauer................................. 54
3.3 Feinplanung.................................................................................................. 55
3.3.1 Gesamtsystem und Teilsysteme ausarbeiten (Planungsschritt 1)...... 55
3.3.1.1 Pflichtenheft iiberarbeiten ................................................... 55
3.3.1.2 Gesamtmontagesystem und Montageabschnitte
konstruktiv ausarbeiten........................................................ 55
3.3.1.3 Auftragsplanungs-und Steuerungssystem festlegen ........... 60
3.3.2 Terminplan erstellen (Planungsschritt 2) .......................................... 65
3.3.3 Ausschreibung durchfiihren (Planungsschritt 3)............................... 66
3.3.4 Kritische Prozesse absichem (Planungsschritt 4).............................. 66
3.3.5 Personaleinsatz planen (Planungsschritt 5) ................................ ....... 67
3.3.6 Wirtschaftlichkeitsnachweis iiberpriifen (Planungsschritt 6)............ 67
4 Grundformen von Montage- und Transfersystemen ..................................... 68
4.1 Manuelle Systeme ohne automatisierten Werkstiick-Vmlauf...................... 68
4.1.1 Karree................................................................................................ 68
4.1.2 V-Form.............................................................................................. 69
4.1.3 Linie.................................................................................................. 70
4.1.4 Sonderformen (Variante 1) ............................................................... 71
4.1.5 Sonderformen (Variante 2) ............................................................... 72
4.2 Manuelle und teilautomatisierte Systeme mit automatisiertem
Werkstiicktrager-Vmlauf.............................................................................. 73
4.2.1 Karree................................................................................. ............... 73
4.2.2 V-Form.............................................................................................. 74
4.2.2.1 V-Form (WT-Riicklauf in Arbeitsebene) ............................ 74
4.2.2.2 V-Form (WT-Riicklauf oberhalb Arbeitsebene) ................. 75
4.2.3 Linie .................................................................................................. 76
4.2.4 Anordnung von Handarbeitsplatzen im NebenschluB....................... 77
4.2.5 Anordnung von Handarbeitsplatzen und automatischen Stationen
im NebenschluB ................................................................................ 78
4.3 Kostenvergleiche von Montage-Grundsystemen ......................................... 80
4.3.1 Karree................................................................................................ 80
4.3.2 V-Form.............................................................................................. 82
4.3.3 Linie .................................................................................................. 83
4.3.4 Gesamtvergleich ............................................................................... 84
5 Beispiele von Montagesystemen ............................................ ........................... 86
5.1 Manuelle Montage........................................................................................ 86
5.1.1 Einzelarbeitsplatz ......................................... ..................................... 86
5.1.2 Montagesysteme mit mehreren manuellen Arbeitsplatzen ............... 88
5.2 Teilautomatisierte Montage.......................................................................... 90
Inhaltsverzeichnis IX
5.3 Automatisierte Montage .............................................................................. 99
5.3.1 Robotereinsatz bei Klein- und Mittelserien-Erzeugnissen ............... 99
5.3.2 Robotereinsatz bei Mittel- und GroBserien-Erzeugnissen................ 101
6 Planungshilfsmittel ......................................... ........................ .......................... 104
6.1 Taktzeitermittlung ............................... ........... ............................................. 104
6.1.1 FlieBarbeit ............................... ......................................................... 104
6.1.2 Roboter-und Handhabungsstationen .. ............................ ................. 107
6.1.3 Werkstlicktragertransport................................................................. III
6.2 Vorranggraph .............................................................................................. 112
6.3 Arbeitsplatzgestaltung und Zeitermittlung .................................................. 116
6.3.1 Arbeitsplatzgestaltung nach ergonomischen Gesichtspunkten ........ 116
6.3.2 Ermittlung der Montagezeit ............................................................. 117
6.3.3 Nebenzeiten ftir Erzeugnisweitergabe an Handarbeitsplatzen ......... 120
6.4 Gestaltung von Speichersystemen............................................................... 121
6.4.1 Ubersicht-Definition ........................................................................ 121
6.4.2 Einsatz von Puffer in der Montage................................................... 121
6.4.3 Pufferarten und Anordnung in verketteten Systemen .......... ............ 122
6.4.4 Wirkung, Verhalten und Dimensionierung von Puffer .................... 123
6.4.4.1 Starr verkettete Stationen.................................................... 123
6.4.4.2 Montagesysteme mit lose verketteten Arbeitsplatzen und
Stationen ............................................................................. 126
6.5 MaterialfluBgestaltung und Teilebereitstellung........................................... 128
6.5.1 Kriterien und Ziele ........................................................................... 128
6.5.2 EinfluB auf die Auswahl eines Montagesystems.............................. 129
6.5.3 Transporthilfsmittel.......................................................................... 129
6.5.4 Teilebereitstellung an Montagelinien............................................... l30
6.6 Beurteilung von Systemaltemativen............................................................ l32
6.6.1 Quantifizierbare und nichtquantifizierbare Kriterien ....................... l32
6.6.2 Verftigbarkeit von Montagesystemen .............................................. 134
6.6.3 WertschOpfende und nicht wertschopfende Funktionen .................. l38
6.6.4 Durchlaufzeit.................................................................................... 139
6.7 Rechnerunterstlitzte Planung von Montagesystemen .................................. 140
7 Beurteilung von Investitionen ......................................................................... 143
7.1 KapitalfluB einer Investition........................................................................ 143
7.2 Wirtschaftlichkeitsrechnung........................................................................ 144
7.2.1 Berechnung der Montagekosten....................................................... 144
7.2.2 Berechnung der KapitalrUckfluBdauer ............................................. 146
7.2.2.1 Uberschlagsrechnung.......................................................... 146
7.2.2.2 Zusatzliche EinfluBfaktoren ............................................... 147
7.3 Wirtschaftlicher Automatisierungsgrad....................................................... 147