Konzeption und Auswahl modularer Magazinpaletten PDF
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ru BO J B IT] [TI = Forschung und Praxis Band 100 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), 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 Thomas Zipse Konzeption und Auswahl modularer Magazinpaletten Mit 54 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1987 Dipl.-Ing. Thomas Zipse Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart Dr.-Ing. H. J. Warnecke o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPAj, Stuttgart Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart 093 ISBN-13:978-3-540-17584-1 e-ISBN-13:978-3-642-83044-0 001: 10.1007/978-3-642-83044-0 Das Werk ist urheberrechtlich geschO~. Die dadurch begrondeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. Die VergOtungsansproche des § 54, Abs. 2 UrhG werden durch die "Verwertungsgesellschaft Wort", MOnchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1987. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrften. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim 236213020-543210 Geleitv.Drt der Herausgeber Futuristische Bilder werden heute entv.Drfen: o Rebater bauen Reboter, o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in Sekunden urn die ganze Welt. Von der "rnenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und VOID "papierlo sen BUro". WOrtlich genomuen rnuB man beides als Utopie bezeichnen, aber der Entwicklungstrend geht sieher zur "autarnatischen Fertigung" und zum "rechneruntersttitzten Btiro". Forschung bedarf der Perspektive, Forschung benOtigt aber auch die Rlickkopplung zur Praxis - insbeson dere im Bereieh der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft. FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schltis selstellung. Mechanisierung und Autcrnatisierung 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 Zusarruralspiel der verschiedenen Unternehrnensbereiche starker beachten mtissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexilile Fer tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dort, 1M) es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv tiber die Verknlipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstlitzte Informationssysteme helfen dabei und sollen zurn CIM (Computer Integrated Ma'1ufacturing) ftihren und CAD (Corrputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die BGroarbeit wird neu durchdacht und mit Hilfe vernetzter Garnputersysteme teilweise automatisiert und mit den anderen Unternehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem Produktionsfaktor gew::>rden, und die Art und Weise, wie man Clamit urrqeht, wird mit tiber den Unternehrnenserfolg entscheiden. Der El:folg in unseren Unternehrnen hangt auch in der zukunft entschei dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto matisierung'mtissen deshalb im Zusammenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tung betrieben werden, unter Berlicksichtigung der Bedlirfnisse der Mit arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve stitionen in Maschinen und Anlagen mlissen deshalb in der Produktion wie im BUro 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 Bemtihen durch die Entwicklung von Methoden und Vorgehen~isen zur systematischen Analyse und Ver besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder lichen Dienstieistungsfunktionen unterstlitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger ZUSarruralarbeit mit anderen Disziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis senschaft, L6sungen 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 tiber Konstruk tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali tatskontrolle reieht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus- wahl und den Einsatz van F6rdermitteln sowie Anordnung und Ausstattung van Lagem. GroBe Au:fmerksamkeit wird in nachster Zukunft auch der wsiteren Automatisierung der Handhabung von Werkstticken und Werkzeu gen sowie der M:m.tage van Produkten geschenkt werden. Von der Fbrschung muB in diesem Zusarmtenhang ein Beitrag zum Einsatz fortschrittlicher intelligenter CoJrputersystene erfolgen. Planungs prozesse mtissen durch Softwaresystene unterstutzt und Arl:leitsbedingun gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet wsrden. Die van den Herausgebem geleiteten Institute, das - Institut fiir Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Urliversitat stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut fiir Arl:leitswirtschaft und Organisation (IAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Fbrschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefllhrt, die fiir die Praxis van groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener 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 SehluB dieses Buches gegeben. Oem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, Clem Springer Verlag fUr die AufnahnE dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette und der Druckerei fUr saubere und zugige Ausfilllrung. Mage das Buch von der Fachwelt gut aufgenarnnen wsrden. H. J. Warnecke· H.-J. Bullinger 1m Gedenken an meinen Vater meiner Mutter gewidmet Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fur Pro duktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn Prof. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke fur seine groBzugige Unterstutzung und Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen Durchfuhrung die ser Arbeit beigetragen hat. Herrn Prof. Dipl.-Ing., Dr. techno F. Beisteiner danke ich fur die Dbernahme des Koreferats und fur die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben. Aus dem Kreis der Kollegen und Kolleginnen des Instituts, die mich durch ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstutzt ha ben, mochte ich besonders Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer und Herrn Dipl.-Ing. J. Schuler erwahnen. Herrn Dipl.-Ing. W. Muller danke ich fur die Konstruktion des Magazinsystems, Herrn Dr.-Ing. H. Uetz fur die "Initialzundung" der Arbeit sowie Frau A. Ihle und Frau S. Rauner fur die sorgfaltige und engagierte Arbeit bei der Zeichnungserstellung. Danken mochte ich auch meiner Frau, Anna und Maria, die mir diese Arbeit erst ermoglicht, mich stets motiviert haben und dem zur Anfertigung einer solchen Arbeitlerforderlichen Zeitaufwand groBes Verstandnis entgegenbrachten. Stuttgart, im November 1986 Thomas Zipse INHALTSVERZEICHNIS Seite 0.1 Schrifttum . . • . . . . 12 0.2 Kurzzeichen und Symbole 19 1 Aufgabenstellung und Zielsetzung 22 1.1 Problemstellung . . . . . . . 22 1.2 Zie1setzung und Vorgehensweise 22 1.3 Begriffe und Definitionen 25 1.3.1 Materia1f1uBvorgange • • . 25 1. 3.2 Magazinpa1etten - Aufgaben und Kennzah1en 28 1.4 Stand der Technik . . •• • • . • . • 29 1.4.1 Magazinpa1etten - Konzepte und Verbreitung 31 1.4.2 Rechnerunterstlitzung in Planung und Betrieb von Materialf1uBsystemen . . . . • • . . . • • . • • 34 2 Neue Anforderungen an Materia1f1uBsysteme und -einrichtungen . • • • • • . • • 36 2.1 Automatisierung von Transport- und Handhabungseinrichtungen . . . 36 2.2 Vie1fa1t divergierender Entwick1ungen 37 2.3 AuBere Einf1uBfaktoren auf den Materia1f1uB 38 2.3.1 Veranderung von Durch1aufzeiten, Fertigungs- und Nontage1osgroBen . . • . • • • • . • • • • 38 2.3.2 Automatisierung a11er Materia1f1uBvorgange 39 2.3.3 Informationstechnische Integration in CIM-Systeme 41 3 Notwendigkeit und Anforderungen an modu1are Magazinpa1etten • . • . . • • . . . 42 3.1 Unterschiede zwischen Produktions- und Fordereinheiten 44 3.2 Integration von Fertigung und Montage 46 3.3 Auftragskommissionierung erganzt WerkstUckbereitste11ung . . . . . . . . . . . . 47 - 10 - 4 Entwicklung eines Baukastensystems fUr modu1are Magazinpa1etten 48 4.1 Baukastene1emente modularer Magazinpa1etten 48 4.2 AusfUhrungsbeispiel • • • . 49 5 A1lgemeingUltige Beschreibung der HUllkorpergeometrie von Teilen 58 5.1 Rotationsteile • . 60 5.2 Prismatische Tei1e 60 5.3 Beschreibung realer Teile mit Hi1fe der HU11korpergeometrien • • 60 5.4 tiberprUfung der Aussagekraft der HU1lkorpergeometrie 65 6 Zuordnung von Baukastene1ementen zu Forder- und Bereitste11ungsaufgaben 68 6.1 P1anung des Einsatzes im Betrieb 69 6.1.1 Kostenbetrachtung der Baukastenelemente 71 6.1.2 Ermitt1ung des Bedarfs an Baukastene1ementen 71 6.2 Ablauf des betrieb1ichen Einsatzes modu1arer Magazine • 74 6.3 Vorgehensschritte bei der Anwendung des Zuordnungsverfahrens . 76 7 Entwick1ung und A1gorithmierung des Zuordnungsverfahrens . 84 7.1 Erforderliche Verfahrense1emente 84 7.1.1 Beschreibung der Magazinpa1etten 84 7.1.2 Erwei terbarkei t von r1agazinsystem und Zuordnungsverfahren 87 7.1.3 Gestaltung der Bedienerschnittstelle 89 7.2 Aufbau und Aus1egung der Datenbasen 90 7.2.1 Teilebeschreibung 91 7.2.2 Baukastene1emente und Aufnahmemoglichkeiten 92 7.2.3 Ergebnisdaten 94 7.2.4 StUcklisten und Montageanleitungen 95 7.3 Bestimmung technisch geeigneter Aufnahmemog1ichkeiten 96 - 11 - 7.3.1 Grundsatzliche Eignung des Aufnahmeprinzips 96 7.3.2 Geometrieabgleich Teil - Aufnahme 97 7.3.3 Positionstoleranz fUr die automatische Handhabung 98 7.3.4 Kippsicherheit . . . • . . • . . 101 7.3.5 Schraglagen in Prismenaufnahmen 103 7.3.6 Aufnahme im Baukasten-Rastgitter 104 7.3.7 Notwendigkeit von Sonderaufnahmen 104 7.3.8 Problematik veranderter Teilegestalt (Roh- und Fertigteil) ••...••.•• 105 7.4 Kapazitats- und Kostenermittlung 106 8 Realisierung des Verfahrens und Umsetzung fUr die EDV 108 8.1 Anforderungen des Verfahrens an die EDV-Hardware-Konfiguration . • .••. 109 8.2 Modularisierung und Strukturierung in Verfahrenselemente . • • . . 110 8.2.1 Hauptfunktionen "Verwaltung" 110 8.2.2 Hauptfunktion "Zuordnung" 112 8.2.3 Unterfunktion "tiberprUfung der technischen Eignung" .• .•.•. .•.. 114 8.3 Realisierung der Verfahrenskomponenten 114 8.4 Benutzeroberflache • • . • • . . • . • 115 9 Erprobung der industriellen Anwendbarkeit 117 9.1 Auswahl von WerkstUcken 117 9.2 Ergebnisse . . . • • • . 122 9.3 Ansatze fUr Verbesserungsmoglichkeiten und Ausblick •.•.•.....•.... . .. 122 10 Zusammenfassung. . . . . . . . • . . . . . . . . 125 0.1 Schrifttum /1/ Warnecke, H.J.: Von Taylor zur Fertigungstechnik von morgen. wt-Z.ind.Fertig. 75 (1985) 11, S. 669-674. /2/ Dauser, R.; Organisationskonzept zur Sicherung Warnecke, H.J.: der Liefertreue bei minimalen BesUinden. In: 25 Jahre IPA: Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automati sierung stuttgart. Teil 2. Munchen: Fraunhofer-Gesellschaft, 1984. /3/ Warnecke, H.J. ; Perspektiven der werkzeugmaschinen Zipse, T. : produktion in der EG und in Japan. VDI-Z Bd. 127 (1985) 10, s. 351-356. /4/ Beisteiner, F. ; Fordertechnik im Fertigungsbetrieb. Fischer, W.: VDI-Z Bd. 119 (1977) 7, S. 379-383. /5/ Schraft, R.D. : Technologien zur Automatisierung heute und morgen, Maschinen - Hand habung - Transport. In: Der zeitgemaJ3e Betrieb / Fraunho fer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung; REFA verband fur Arbeitsstudien und Betreibsorganisa tion; Rationalisierungskuratorium der deutschen Wirtschaft; Laboratorium fur Werkzeugmaschinen und Betriebs lehre RWTH Aachen. Fachtagung Bad Soden/TS, 14.-15. Februar 1985. 0.0.: AWF, 1985. /6/ RoJ3ner, W.: MaterialfluBgestaltung in Fertigungssystemen. Stuttgart, Universitat, Diss. 1981.
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