Eine Methode für die integrierte rechnergestützte Montageplanung

178 Pages·1997·8.677 MB·German

by  Dr.-Ing. Christoph Feldmann (auth.)

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Forschungsberichte .
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Band 104
Berichte aus dem
Institut für Werkzeugmaschinen
und Betriebswissenschaften
der Technischen Universität
München
Herausgeber:
Prof. Dr. -/ng. G. Reinhart
Prof. Dr.-/ng. J. Mi/berg
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Christoph Feldmann
Eine Methode
für die integrierte
rechnergestützte
Montageplanung
Mit 71 Abbildungen
Springer
Dr.-Ing. Christoph Feldmann
InstitutfürWerkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) , München
Univ.-Prof. Dr. -Ing. G. Reinhart
o. Professor an derTechnischen Universität München
InstitutfürWerkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), München
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Milberg
o. Professor an derTechnischen Universität München
InstitutfürWerkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (i wb) , München
091
ISBN 978-3-540-62059-4 ISBN 978-3-662-06845-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-06845-8
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997.
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1997.
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Gesamtherstellung: Hieronymus Buchreproduktions GmbH, München.
SPIN: 1 0560735 62/3020-543210
Geleitwort der Herausgeber
Die Produktionstechnik ist für die Weiterentwicklung unserer Industriegesellschaft von
zentraler Bedeutung. Denn die Leistungsfähigkeit eines Industriebetriebs hängt entschei
dend von den eingesetzten Produktionsmitteln, den angewandten Produktionsverfahren
und der eingeführten Produktionsorganisation ab. Erst das optimale Zusammenspiel von
Mensch, Organisation und Technik erlaubt es, alle Potentiale für den Unternehmenserfolg
auszuschöpfen.
Um in dem Spannungsfeld Komplexität, Kosten, Zeit und Qualität bestehen zu können,
müssen Produktionsstrukturen ständig neu überdacht und weiterentwickelt werden. Dabei
ist es notwendig, die Komplexität von Produkten, Produktionsabläufen und -systemen ei
nerseits zu verringern und andererseits besser zu beherrschen.
Ziel der Forschungsarbeiten des iwb ist die ständige Verbesserung von Produktentwick
lungs- und Planungssystemen, von Herstellverfahren und Produktionsanlagen. Betriebsor
ganisation, Produktions- und Arbeitsstrukturen und Systeme zur Auftragsabwicklung im
Unternehmen werden unter besonderer Berücksichtigung mitarbeiterorientierter Anforde
rungen entwickelt. Die dabei notwendige Steigerung des Automatisierungsgrads darf je
doch nicht zu einer Verfestigung arbeitsanteiliger Strukturen führen. Fragen der optimalen
Einbindung des Menschen in den Produktentstehungsprozeß spielen deshalb eine sehr
wichtige Rolle.
Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Bände stammen thematisch aus den
Forschungsbereichen des iwb. Diese reichen von der Produktentwicklung über die Pla
nung von Produktionssystemen hin zu den Bereichen Fertigung und Montage. Steuerung
und Betrieb von Produktions systemen, Qualitätssicherung, Verfügbarkeit und Autonomie
sind Querschnittsthemen hierfür. In den iwb-Forschungsberichten werden neue Ergebnisse
und Erkenntnisse aus der praxisnahen Forschung des iwb veröffentlicht. Diese Buchreihe
soll dazu beitragen, den Wissenstransfer zwischen dem Hochschulbereich und dem An
wender in der Praxis zu verbessern.
Joachim Mi/berg Gunther Reinhart
Vorwort
Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher
Assistent am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der
Technischen Universität München.
Herrn Prof. Dr.-Ing. J. Milberg, dem ehemaligen Leiter dieses Instituts, gilt mein
besonderer Dank für seine wohlwollende Förderung und Unterstützung und die
Übernahme des Prüfungsvorsitzes.
Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Reinhart, dem Leiter des iwb und Ordinarius des Lehrstuhls für
Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, danke ich für die wertvollen Hinweise
und die kritische Durchsicht dieser Arbeit.
Herrn Prof. Dr.-Ing. K. Bender, dem Ordinarius des Lehrstuhls für Informationstechnik
im Maschinenbau an der TU-München, danke ich für die Übernahme des Korreferats
und die aufmerksame Prüfung meiner Arbeit.
Schließlich möchte ich mich bei all den Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen des iwb und
den Kollegen aus den Arbeitskreisen Methode und Modell des Sonderforschungs
bereichs 336 herzlich bedanken, die zum Gelingen dieser Arbeit durch fachliche
Diskussion und kritische Durchsicht des Inhalts beigetragen haben.
Zu besonderem Dank bin ich darüberhinaus den Diplomanden Jan Belansky, Ralf
Cuiper, Bernd Hommels, Helmut Kirschner, Richard Merzenich, Pierre Reckinger,
Frank Schmid, Norbert _Schmidt, Ralph Schober, Michael Stelz, Eike Thomsen, Gerd
Unterrneierhofer uncrAlbert Vontz verpflichtet, die durch ihre Studienarbeiten zur
Ausarbeitung der Grundideen meiner Arbeit wesentlich beigetragen haben. Und
zuletzt, aber deswegen nicht von geringerer Wertigkeit, gilt mein Dank dem ganzen
"CosMonAut"-Team, das mich durch seinen intensiven Arbeitseinsatz stets bestens
unterstützt hat.
München, Dezember 1996 Christoph Feldmann
Inhaltsangabe I
1 EINLEITUNG
1.1 STAND 2
1.2 ZIELSETZUNG 3
1.3 AUFBAU DER ARBEIT 5
2 GRUNDLAGEN DER RECHNERGESTÜTZTEN MONTAGEPLANUNG 6
2.1 MONTAGEPLANUNG 6
2.1.1 EINORDNUNG IM INFORMATIONSFLUß 6
2.1.2 EINORDNUNG IM AUFTRAGSDURCHLAUF 8
2.1.3 PLANUNGSAUFGABEN 10
2.1.3.1 Synthese der Produktinformation 12
2.1.3.2 Analyse der Produktinformation 12
2.1.3.3 Synthese der Montageanlageninformation 14
2.1.3.4 Synthese der Montageanlageninformation 21
2.2 RECHNERUNTERSTÜTZUNG 25
2.2.1 BEGRIFFE 25
2.2.2 PLANUNGSAUFGABEN UND IHRE DATEN 26
2.3 RESULTIERENDE ANFORDERUNGEN 27
3 LÖSUNGSANSÄTZE IN DER LITERATUR 29
3.1 PLANUNGSMETHODEN 29
3.1.1 6-STUFEN-METHODE NACH REFA 29
3.1.2 VDI-RICHTLINIE2221 UND 2222 31
3.1.3 METHODE NACH BULLINGER 32
3.1.4 METHODE NACH LOTTER 33
3.1.5 METHODE NACH GROB UND HAFFNER 34
3.1.6 METHODE NACH DEUTSCHLANDER 35
3.1.7 METHODE NACH SCHUSTER 36
3.1.8 WEITERE METHODEN 37
3.1.9 DEFIZITE DER METHODEN 38
3.2 DATENSCHEMATA 39
3.2.1 PRODUKTMODELLE NACH STEP 40
3.2.2 PROZEßMODELLIERUNG DURCH PETRI-NETZE 41
3.2.3 UNTERNEHMENSDATENSCHEMATA 43
3.2.3.1 Integriertes Unternehmensmodell IUM 44
3.2.3.2 Unternehmensdatenmodell von Scheer 45
11 Inhaltsangabe
3.2.4 DEFIZIT DER DATENSCHEMATA 46
3.3 RECHNERWERKZEUGE 48
3.3.1 DAS PLANUNGSSYSTEM COSEM 48
3.3.2 DAS PLANUNGSSYSTEM EMMA 49
3.3.3 DAS PLANUNGSSYSTEM ERGOMAS 50
3.3.4 DAS PLANUNGSSYSTE~l IDAP 52
3.3.5 DAS PLANUNGSSYSTEM IMPOS 54
3.3.6 DAS PLANUNGS SYSTEM SIMPEICONPE 55
3.3.7 DEFIZITE DER PLANUNGSYSTEME 56
3.4 ZUSAMMENFASSUNG 56
4 KONZEPTION EINER METHODE FÜR DIE INTEGRIERTE MONTAGEPLANUNG 59
4.1 SYNTHESE UND ANALYSE RECHNERlNTERNER MODELLE VON MONTAGEANLAGEN 59
4.2 ABHÄNGIGKEITEN DER PLANUNGSAUFGABEN 61
4.2.1 ASPEKTE INNERHALB DES PLANUNGSBEREICHS 65
4.2.1.1 Abhängigkeiten zwischen Syntheseschritten 65
4.2.1.2 Abhängigkeiten zwischen Synthese-und Analyseschritten 67
4.2.1.3 Kontinuierliche Synthese rund um den Ablaufplan 70
4.2.2 ABSTIMMUNG KONSTRUKTION -MONTAGEPLANUNG 73
4.2.2.1 Zusammenhang Konstruktionsergebnisse -Planungsaufgaben 73
4.2.2.2 Rückkopplung Planung -Konstruktion 77
4.2.2.3 Zusammenhang Planungsstufen -Planungsergebnisse 80
4.3 ANPASSUNGSPLANUNG 82
4.4 VOM BAUKASTEN ZUM PROBLEMSPEZIFISCHEN VORGEHENSPLAN 85
4.4.1 BAUKASTEN FÜR DIE ENTWICKLUNG VON VORGEHENSPLÄNEN 85
4.4.2 BAUANLEITUNG 86
4.5 Aus DER PLANUNGSMETHODE RESULTIERENDE MEILENSTEINE, GATEWAYS UND
ARBEITSPAKETE 88
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 89
5 KONZEPTION EINES DATENSCHEMAS FÜR MONTAGEANLAGEN 91
5.1 ANFORDERUNGEN 91
5.2 NOTATION FÜR DATENSCHEMA UND DATENMODELL 92
5.3 SCHEMA FÜR PROZEßBESCHREffiUNGEN 98
5.4 INTEGRATION VON PRODUKT-IBETRIEBSMITTEL-UND PROZEßSCHEMA 101
5.5 SCHEMA FÜR PRODUKT UND BETRIEBSMITTEL 110
5.6 ZUSAMMENFASSUNG 112
Inhaltsangabe III
6 UMSETZUNG IN DAS PLANUNGS SYSTEM COSMONAUTFehler! Textmarke nicht definiert.
6.1 AUFBAU DES PLANUNGSSYSTEMS 113
6.1.1 SOFfWAREKOMPONENTEN 113
6.1.2 STRUKTUR DER BENUTZEROBERFLACHE 115
6.1.3 UMGESETZTE FUNKTIONEN FUR SYNTHESE UND ANALYSE 117
6.2 ZUSAMMENFASSUNG 118
7 BEISPIELHAFTE ANWENDUNGEN 119
7.1 ANWENDUNGSBEISPIEL FÜR SYSTEMATIK UND PLANUNGSSYSTEM 119
7.1.1 AUFGABEN STELLUNG DES BEISPIELS 119
7.1.2 NUTZUNG DER SYSTEMATIK ZUR ERMITILUNG DER VORGEHENSWEISE 121
7.1.3 BEISPIELHAFTER EINSATZ DES PLANUNGSSYSTEMS COSMONAUT 124
7.1.3.1 Erste Planungs schicht -Projektgrunddaten 124
7.1.3.2 Zweite Planungsschicht -Produktstruktur ohne Geometrie 125
7.1.3.3 Dritte Planungsschicht -Einzelgeometrien 127
7.1.3.4 Vierte Planungsschicht -Zusammenbauzeichnungen 128
7.1.3.5 Fünfte Planungsschicht -Gesamte Produktgeometrie 129
7 .1.4 ANALYSE DES ANLAGENMODELLS 134
7.1.4.1 Kostenanalyse 134
7.1.4.2 Zeitanalyse 136
7.1.4.3 Interpretation des Petri-Netzes für die Ablaufsteuerung 136
7.2 INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN VON COSMONAUT 137
7.2.1 KONZEPTIONIERUNG VON AUTOMOBILMONTAGESTRAßEN 137
7.2.2 ENTWURF EINER AUTOMOBIL-LENKSÄULENMONTAGE 139
7.3 ZUSAMMENFASSUNG 140
8 ZUSAMMENFASSUNG 141
9 LITERATUR 143
1 Einleitung 1
1 Einleitung
1.1 Stand
Die Montagetechnik hat eine herausragende Bedeutung für das verarbeitende Gewerbe
in Europa (DELCHAMBRE 1992). Ungefähr 40 Prozent der Kosten von industriell her
gestellten Produkten werden der Montage zugerechnet (FAMOS-EUREKA 1987).
Auch die aktuellen Zahlen untermauern diesen Sachverhalt. Der Auftragseingang im
Bereich von Montage- und Handhabungstechnik stieg in Deutschland 1995 gegenüber
1994 um mehr als 40 Prozent an und nimmt damit den Spitzenplatz im gesamten Ma
schinenbaubereich ein (VDMA 1996).
Der Einsatz von Montagetechnik muß gezielt geplant werden. Die dafür zur Verfügung
stehende Zeit wird bedingt durch den Wettbewerbsdruck zunehmend kürzer. Dies wird
durch eine 1995 durchgeführte Studie (PRTM 1996), an der 210 High-Tech-Unter
nehmen teilnahmen, bestätigt. Sie ergab, daß zwischen 1992 und 1995 die Zeit von der
Produktidee bis zur Markteinführung (Time-to-Market) bereits durchschnittlich um 10
Prozent reduziert worden ist. Bis 1998 soll dieser Zeitraum um weitere 21 Prozent ge
kürzt werden. Dabei gilt dem Bereich der Produktentwicklung, dem die Montagepla
nung zugerechnet wird, ein besonderes Augenmerk: "Die meisten der befragten Un
ternehmen erklärten als eines ihrer Ziele, den Produktentwicklungsprozeß im kom
menden Jahr weiter zu verbessern und investieren entsprechend".
Die anzustrebende Verbesserung läßt sich durch eine kürzere Time-to-Market, durch
niedrigere Herstellkosten und höhere Produktqualität charakterisieren.
Eine Verkürzung der Durchlaufzeit im Planungsbereich, und damit der Time-to-Mar
ket, kann über verschiedene Maßnahmen erzielt werden. Zum einen bedarf es einer
Planungsmethode, die trotz der komplexen Tätigkeit optimale Abläufe geWährleistet,
und die die Parallelisierung von sequentiellen Prozessen der Produktentwicklung er
möglicht. Zum anderen ist der Mitarbeiter von Routinetätigkeiten zu entlasten. Dafür
bietet sich nach der einhelligen Meinung vieler Autoren die Rechnerunterstützung an
(MILBERG 1988, BULLINGER & SEIDL 1989, FELDMANN & REINISCH 1992).
Rechnerunterstützung macht rechnerinterne Modelle erforderlich (WEICHAND 1985,
SCHUSTER 1992). Dabei ist es entscheidend, daß die unterschiedlichen
C. Feldmann, Eine Methode für die integrierte rechnergestützte Montageplanung
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997