Verfahren zur technischen Investitionsplanung automatisierter flexibler Fertigungsanlagen

140 Pages·1982·4.776 MB·German

by  Dr.-Ing. Günter Vettin (auth.)

Forschung und Praxis . Band 63
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der UniversiUit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
GUnter Vettin
Verfahren zur technischen
Investitionsplanung
automatisierter flexibler
Fertigungsanlagen
Mit 63 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York 1982
Dr.-Ing. Gunter Vettin
Fraunhofer-Institut fiir Produktionstechnik !Jnd Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fiir Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-11844-2 e-ISBN-13: 978-3-642-81904-9
001: 10.1007/978-3-642-81904-9
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Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1982.
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Geleitwort des Herausgebers
Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den
letzten Jahrzehnten haben entscheidend zur positiven
wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung in der
Bundesrepublik Deutschland beigetragen. Die Produktivi
tat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 %
gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie-
rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben.
Wahrend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an ein
zelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte,
werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaBt, und man
ist bemUht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk
tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische BemUhen urn
Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB heu:e
erweitert werden urn die BerUcksichtigung sozialer Bela~ge,
gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energieversorgung,
schnellen Veranderungen an den Produkten und auf den
Markten sowie Sicherung der Qualitat und der Lieferfahig
keit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses BemUhen
unterstUtzt werden durch die Entwicklung von Methoden
und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb. Hier ist heute
insbesondere auch der Fertigungsingenieur gefordert,
nicht nur einzelne Maschinen und Verfahren zu beherrschen,
sondern das gesamte komplexe System hinsichtlich der Ver
knUpfung seiner Elemente durch zweckmaBigen Informations
und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hinsicht
lich des Informationsflusses die heute gegebenen Moglich
keiten der 'Datenerfassung und -verarbeitung in Ferti
gungsplanung und -steuerung, an den einzelnen
Produktionsanlagen sowie im Qualitatswesen genannt.
1m MaterialfluB geht es urn richtige Auswahl und Ein
satz von Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie An
ordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Auto
matisierung in der Handhabung von WerkstUcken und
Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in
nachster Zukunft allergroBte Aufmerksamkeit geschenkt
werden. Leistungsfahige Sensoren werden die Moglich
keiten dafUr sehr stark vergroBern.
Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das
Institut fUr Industrielle fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut
fUr Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart,
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung
intensiv an den aufgezeigten Entwicklungen in der Pro
duktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener Erkennt
nisse wird die Schriftenre.ihe "IPA Forschung und Praxis"
herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe
fort, eine Ubersicht Uber bisher erschienene Titel wird
am SchluB dieses Bandes gegeben.
Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt,
dem Springer-Verlag fUr die Aufnahme dieser Schriften
reihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fUr
saubere und zUgige AusfUhrung. Moge das Buch von der
Fachwelt gut aufgenommen werden.
Hans-JUrgen Warnecke
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand w~hrend meiner T~tigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr Industrielle
Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universitat Stuttgart
und am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Auto
matisierung (IPA), Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Leiter der Institute, Herrn
Prof. Dr.-Ing. H.J. Warnecke, fUr seine groBzUgige Unter
stUtzung und Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen
DurchfUhrung dieser Arbeit beigetragen haben.
Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Stute danke ich fUr die Ubernahme des
Korreferats und fUr die vie len wertvollen Hinweise, die sich
daraus ergaben.
Aus dem groBen Kreis der Kollegen des Instituts, die mich durch
ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstUtzt haben, mochte
ich die Herren Dipl.-Ing. H. Gzik, Dipl.-Wirtsch.-Ing. R. Seidel,
Dipl.-Ing. T. Weber sowie Herrn Dr.-Ing. R.D. Schraft und
Dr.-Ing. M. Schweizer besonders erwahnen. Ihnen und Herrn W. Noth
und Dr.-Ing. E. Schulz gilt mein herzlicher Dank.
Stuttgart, 1982 GUnter Vettin
I N HAL T S V E R Z E I C H N I S
Seite
o Abklirzungen und Formelzeichen 12
Einleitung 14
1.1 Ausgangssituation 14
1.2 Stand der Erkenntnisse 1 6
1.3 Zielsetzung und Aufgabenstellung 18
2 Technische Investitionsplanung als Bestand 20
teil der Unternehmensplanung
2.1 Einordnung der technischen Investitions 20
planung in die Unternehmensplanung
2.2 MaBnahmen zur Investitionsvorbereitung 22
2.3 Aufgaben der technischen Investitionsplanung 23
automatisierter flexibler Fertigungsanlagen
3 Ausflihrungsformen automatisierter flexibler 25
Fertigungsanlagen
3.1 Automatisierung und Flexibilitat in der 25
Teilefertigung
3.2 Definitionen flir automatisierte flexible Fer 28
tigungsanlagen
3.2.1 Flexible Fertigungszellen 29
3.2.2 Flexible Fertigungsstrukturen 29
3.2.3 Flexible TransferstraBen 29
3.2.4 Flexible Fertigungssysteme 30
4 Planung des Bearbeitungssystems 32
4.1 Strategie zur Planung 32
4.2 Abgrenzen der Planungsaufgabe 33
4.2.1 Zweistufige Datenreduktion 33
4.2.2 Klassifizierungssysteme und Cluster-Analyse 37
4.2.3 Abgrenzen der Planungsaufgabe flir eine flexible 39
Fertigung von Getriebegehausen
4.3 Ermitteln des Kapazitatsbedarfs 41
4.3.1 Anwendbarkeit von Systemen zur rechnerunter 42
stlitzten Fertigungsplanung
4.3.2 Rechnerunterstlitzte Kapazitatsermittlung 43
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Seite
4.3.3· Ermitteln des Kapazitatsbedarfs fUr eine 46
flexible Fertigung von Getriebegehausen
4.4 Aufstellen alternativer Bearbeitungssysteme 48
4.5 Datenbank und Programmsystem zur Auswahl 49
numerisch aesteuerter Werkzeugmaschinen
4.6 Bewerten und Optimieren des Bearbeitungssystems 53
4.7 Aufstellen und Bewerten des BearbeitungssYstems 54
fUr eine flexible Fertigung von Getriebegehausen
5 Planung des technisch-organisatorischen 57
Gesamtkonzeptes
5.1 Strategie zur Planung 57
5.2 Anforderungen an Gesamtkonzepte fUr Klein- und 59
Mittelserienfertigungen
5.3 Abgrenzen der Planungsaufgabe und Aufstellen 60
alternativer Blocklayouts
5.4 Prinzipien und Verfahren zur Anordnung der 61
Arbeitsstationen
5.5 Auslegung des WerkstUckfluBsystems 63
5.5.1 Transport- und Speicherkapazitaten 63
5.5.2 WerkstUckfluBprinzipien und -einrichtungen 66
5.5.3 Definition von WerkstUckfluB-Grundtypen 68
5.6 Auslegung des Gesamtkonzeptes fUr eine geplante 71
Fertigung von Prazisionswerkzeugen
6 Auslegung komplexer Fertigungsanlagen mit Hilfe 78
der Simulation
6. 1 verfahren zur Analyse, Bewertung und Opti 78
mierung komplexer Fertigungsanlagen
6.2 Prinzipien der Modellbildung 79
6.3 Anforderungen an ein problemorientiertes Simu 82
laU.onsverfahren fUr automatisierte Ferti
gungsanlagen
6.4 System zur digitalen Ablaufsimulation automat i 88
sierter flexibler Fertigungsanlagen
6.4.1 Beschreibung des Modularprogrammes zur Simu 88
lation automatisierter flexibler Fertigungs
anlagen
- 11 -
Seite
6.4.1.1 Hilfsmittel zum Abbilden der Komponenten 89
der Aufbaustruktur
6.4.1.2 Hilfsmittel zum Abbilden vernetzter Werk 89
stuckfluBsysteme
6.4.1.3 Hilfsmittel zum Abbilden der Ablaufstruktur 91
6.4.1.4 Hilfsmittel zur Ablauf- und Ergebnisdarstellung 91
6.4.2 Simulationsdurchfuhrung und Versuchsgestaltung 93
7 Analyse der WerkstuckfluB-Grundtypen mit Hilfe 97
der Simulation
7.1 Aufbau der Simulationsmodelle 97
7.1.1 Organisation und Steuerung des Werkstuckflusses 98
7.1.1.1 WerkstuckfluB-Organisation im WerkstuckfluB- 99
Grundtyp A
7.1.1.2 WerkstuckfluB-Organisation im WerkstuckfluB- 102
Grundtyp B
7.1.1.3 WerkstuckfluB-Organisation im WerkstuckfluB- 105
Grundtyp C
7.2 Einsatzbereiche und -grenzen der Werkstuck- 106
fluB-Grundtypen
8 Anwendung des Simulationsverfahrens bei 113
der technischen Investitionsplanung
8.1 Auslegung eines flexiblen Fertigungssystems 113
fur scheibenformige Getriebeteile
8.2 Optimierung der Werkstucktrager-Anzahl in einem 119
flexiblen Fertigungssystem fur Gehauseteile
9 Wirtschaftlichkeitsbeurteilung automatisierter 121
flexibler Fertigungsanlagen
9.1 Anwendbarkeit von Verfahren der Wirtschaftlich 121
keitsrechnung fur flexible Fertigungsanlagen
9.2 Wirtschaftlichkeitsbeurteilung eines flexiblen 122
Fertigungssystems fur scheibenformige Ge
triebeteile
10 Zusammenfassung und Ausblick 128
11 Literaturverzeichnis 130
0 Abktirzungen und Formelzeichen
Zeichen Einheit GroBe/Erlauterung
AC Adaptive Control
AS Arbeitsstation
BE Bewegliches Element
BPS Bedienperson
BSH Betriebsschicht
CNC Computer Numerical Control
DNC Direct Numerical Control
EDV Elektronische Datenverarbeitung
FFS Flexibles Fertigungssystem
FS Fertigungsstufe
FT WST Transportfaktor
h Index ftir hochste Fertigungsstufe
i Laufvariable
iT WST/min Transportintensitat
j Laufvariable
k Kapazitat
ks WST Speicherkapazitat
KI 103DM Investitionskosten
KS 103DM Werksttickspeicher-Gesamtkosten
1 ~aufvariable
L Los
LA rom Arbeitsraum-Lange
m Stk LosgroBe
n Laufvariable
NC Numerical Control
p Stk/min, Produktionsleistung
Stk/h
P Puffer
q Laufvariable
r Laufvariable
s m Transportweg
S Speicher
SK Systemkomponente
tb min Belegungszeit
td min Durchlaufzeit