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Produktionstechnik II VL 11: Montage

Institut für

Werkzeugmaschinen

und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c . Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Technische

Universität

Berlin

8 Produktherstellung

8.9 Montage

8.9.1 Einführung in die Montagetechnik

8.9.2 Teilfunktionen des Montierens

Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und

Sonderfunktionen

8.9.3 Montageanlagen

8.9.4 Informationsfluss in Montagesystemen

8.9.5 Montagegerechte Produktgestaltung

8.9.6 Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen


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Werkzeugmaschinen


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Berlin

Produktionstechnik 1 Produktionstechnik 2

Produktionstechnik im betrieblichen Umfeld - Gliederung der

Vorlesung

System Fabrik

Organisation Qualität Personal Service

Recycling / Kreislaufwirtschaft / Demontage Recycling / Kreislaufwirtschaft / Demontage

Produkt-

planung Produkt-

konstruktion

Produktentwicklung

Arbeits-

planung

Arbeits-

steuerung

Arbeitsvorbereitung

Montage

Fertigung

Teile-

fertigung


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Gruppe/ Bauteil

Teil 1 Teil 2

Ebene 1

Ebene 0

Stufe

VDI-Richtlinie 2815

Definition nach VDI 2815

Montage ist definiert als der Zusammenbau von Teilen und/oder Gruppen zu

Erzeugnissen oder zu Gruppen höherer Erzeugnisebenen in der Fertigung.


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Forschung, Entwicklung, Konstruktion

Qualitätswesen

Teilefertigung

Lie

fera

nte

n

Be

sch

affungsw

ese

n Montage

Ve

rtrieb

Ku

nd

en

Instandhaltung

Fertigungsplanung

Fertigungssteuerung

Arbeitsvorbereitung

Informationsfluss

Materialfluss

Einordnung der Montage in den Produktionsablauf


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Montage-

system

Montageobjekt Teil, Gruppe, Produkt mit

implizierter Aufgabenstellung

Montagemittel Komponenten mit Arbeitsvermögen

zur Ausführung eines Montagevermögens

Montageplanung Schaffung eines Systems mit

dem erforderlichen Arbeitspotential

Montagesteuerung Koordinierung und Regelung

des Ablaufes im Montagesystem

Montageprozess Gegliederte Abfolge von Teiloperationen zur

Verrichtung der Montageaufgabe

Montagepersonal Gruppe von Arbeitspersonen zur Ausführung

manueller Montagevorgänge

Materielle Komponenten

Dispositive Komponenten

Operative Komponenten

Montagesystem


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Material

- Einzelteile,

- Baugruppen,

- Hilfsstoffe,

- Betriebsmittel,

- Hilfszeuge

Informationen

- Aufträge,

- Zeichnungen,

- Montageanweisungen,

- Programme

Energie

- mechanisch,

- elektrisch,

- hydraulisch,

- pneumatisch,

- thermisch

Montagesystem Material

- Baugruppen,

- Produkte,

- Hilfsstoffreste,

- Betriebsmittel,

- Hilfszeuge

Informationen

- Auftragsstatus,

- Montagefortschritt,

- Prüfdaten,

- Abweichungen

Energie

- Verlustwärme

Systematische Darstellung eines Montagesystems

Energiefluss Informationsfluss Materialfluss


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Planung von Montageabläufe

Ablaufplanung

Montageablaufstrukturbestimmung

Aufgabengliederung

Ablaufgliederung

Kapazitätsteilungsplanung

Montagezeitermittlung

Erz

eu

gn

is

Pro

du

kti

on

, P

ers

on

al


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Montageablaufstruktur

Aufgabengliederung

In welche Teile oder Unteraufgaben

lässt sich eine Gesamtaufgabe

unterteilen?

Lfd. Nr. Teileverrichtung

5 Ober- und Unterteil

zusammenlegen; 2 Schrauben

M8x20 ansetzen

10 Elektroschrauber aufnehmen; 2

Schrauben M8x20 anziehen

Ablaufgliederung

Festlegung der Reihenfolge-

beziehungen der Teilverrichtungen

mittels Vorranggraph

5

25

30

20

10

15 75

40

45

35

50

55

65 70 60

Erstellung der Montageablaufstruktur


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Parallele Montage

z.B.: Leiterplattenbestückung

Sequentielle Montage

z.B.: KFZ-Montage (vormontierte Bauteile)

1. Stufe

2. Stufe

3. Stufe

4. Stufe

Verrichtungen in der Montage


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Optimierung von Montageablauf und Kapazitätsteilung

Montageablaufstruktur Montageablaufstruktur

Alternative Montageabschnitte

I II, III, IV V,VI

Kriterien

• Fügeverfahren

• Betriebsmittel-

kosten

• Lohnkosten

• Anforderungen

Einflussgrößen

• Stückzahl

• Typen

(Losgröße)

• Varianten

(Losgröße)

I III

II

IV

V

VI

Vorgabezeit min/Stck

Ausbringung

Stck/

ZE

Alternative Kapazitätsplanung


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Steuerung von Montageabläufen

Produktionsplanung

Produktionssteuerung

Einkauf Fertigungssteuerung Montagesteuerung Vertrieb

Lie

fera

nte

n

Lager

Waren-

eingang

Fertigungssystem

Montagesystem

Produktionsprozess

Konstruktion

Arbeitsvorbereitung

Kund

en

Lager

Waren-

ausgang

Fertigung Montage

Materialfluss

Informationsfluss


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Aufgaben der Montagesteuerung

Planung

Steuerung

Überwachung des

Montagefortschritts

mit

telf

risti

g • Festlegung des Arbeitsvorrates in

Abhängigkeit vom Kapazitäts-

angebot

• Materialbereitstellung

• Informationsbereitstellung

• Personaleinsatzplanung

• Reaktion auf Störungen (Material,

Personal, Termine)

• Materialsteuerung

(Transport-, Lagersteuerung)

• Personaleinsatzsteuerung

• Koordination

• Informationsbereitstellung

(aktuelle Montagefortschritt)

mit leistungsfähiger

Betriebsdatenerfassung (BDE)

ku

rzfr

isti

g

Montagesteuerung

Funktion Aufgabe


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8.9 Montage




Sonderfunktionen






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Spur, G: Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 5

Montieren

Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonder-

operationen

• Bunkern

• Magazinieren

• Weitergeben

• Ordnen

• Drehen

• Zuteilen

• Positionieren

• Spannen

• Zusammensetzen,

Einlegen, Einhängen

• Füllen

• An- und Einpressen

• Urformen,

Umformen

• Falzen, Vernieten

• Schweißen

• Kleben

• Messen

• Prüfen

• Einstellen

• Abstimmen

• Kalibrieren

• Reinigen

• Entgraten

• Anpassen

• Bedrucken

• Erwärmen

• Kühlen

Teilfunktionen des Montierens


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DIN 8593 Teil 0

Verfahrensschritte beim kombinierten Kleben und Falzen

A) Kleben des eingelegten Blechteils,

B) Kleberauftrag und erster Umformschritt

C) Zudrücken unter teilweiser Verdrängung des Klebers

a Basisteil, b Fügeteil, c Kleberraupen,

d, e Umformwerkzeug

Montage von Sicherungsringen mit Hilfe von Konen

A) Außenringmontage (DIN 471),

B) Innenringmontage (DIN 472),

C) Montagekonus mit Mantel

a Druckhülse, b Konus, c Sicherungsring, d Druckbolzen, e Zentrierung,

f Nut , g Welle, h Gehäuse

Fügen ist das auf Dauer angelegte Verbinden oder sonstige

Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken

geometrisch bestimmter Form oder von ebensolchen

Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der

Zusammenhalt örtlich geschaffen und im ganzen vermehrt.

Fügen

Montieren


operationen


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Materialfluss

bewirken

Fördern

VDI 2411

Lagern (Speichern)

VDI 2411

Handhaben

VDI 2860

Handhaben ist eine Teilfunktion des Materialflusses; weitere Teilfunktionen sind Fördern

und Lagern (Speichern).

Handhaben ist das Schaffen, definierte Verändern oder vorübergehende Aufrechterhalten

einer vorgegebenen räumlichen Anordnung von geometrisch bestimmten Körpern in einem

Bezugskoordinatensystem.

Es können weitere Bedingungen – wie z.B. Zeit, Menge und Bewegungsbahn –

vorgegeben sein.

Quelle: VDI 2860

Handhaben

Montieren


operationen


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- Spannen

- Entspannen

Quelle: VDI 2860

Handhaben

VDI 2860

Speichern Mengen

verändern Bewegen Sichern Kontrollieren

- Anwesenheit prüfen

- Identität prüfen

- Form prüfen

- Größe prüfen

- Farbe prüfen

- Gewicht prüfen

- Position prüfen

- Orientierung prüfen

- Messen

- Zählen

- Orientierung messen

- Position messen

Prüfen Halten

Lösen

Drehen

Verschieben

Teilen

Vereinigen

- Schwenken

- Orientieren

- Positionieren

- Ordnen

- Führen

- Weitergeben

- Abteilen

- Zuteilen

- Verzweigen

- Zusammenführen

- Sortieren

- geordnetes

Speichern

- teilgeordnetes

Speichern

Teil-

funktionen

Ele

menta

r-

funktionen

zusam

mengesetz

te

Funktionen

erg

änzende

Funktionen

- ungeordnetes

Speichern

- (Fördern)

Teilfunktionen des Handhabens


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Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

Speichern

Handhaben

VDI 2860

Speichern Mengen



Institut für

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Technische

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Mengen verändern

Handhaben

VDI 2860

Speichern Mengen



Institut für

Werkzeugmaschinen


Technische

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Berlin


Bewegen

Handhaben

VDI 2860

Speichern Mengen



Institut für

Werkzeugmaschinen


Technische

Universität

Berlin


Sichern

Handhaben

VDI 2860

Speichern Mengen



Institut für

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Berlin

- Greifer

- Aufnahme

- Spanner

- ...

Handhabungseinrichtungen

Quelle: VDI 2860

- Prüfeinrichtung

- Messeinrichtungen

- Sensor

- ...

- Dreheinrichtung

- Ordnungseinrichtung

- Industrieroboter

- ...

- Vereinzelungsein-

richtung

- Zuteiler

- Weiche

- ...

- Gurt

- Palette

- Magazin

- ...

Einrichtungen

zum

Speichern

Einrichtungen

zum Mengen

verändern

Einrichtungen

zum

Bewegen

Einrichtungen

zum

Sichern

Einrichtungen

zum

Kontrollieren

Beis

pie

le

Gliederung von Handhabungseinrichtungen


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Quelle: Seliger, nach Furgac, Aufgabenbezogene Auslegung von Robotersystemen

Komponente Merkmale

Kinematischer Aufbau Kartesisch, Zylinderkoordinaten, Kugelkoordinaten,

Horizontal- u. Vertikalknickarm

Werkzeuge Greifer, Bearbeitungswerkzeuge, Mess- und

Spannzeuge

Antriebe elektrisch, hydraulisch, pneumatisch

Steuerung Punkt (PTP)-, Vielpunkt (MP)-, Bahnsteuerung (CP)

Sensoren berührungslos, taktil

Wegmesssystem inkremental, absolut

Komponenten von Handhabungssystemen


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Quelle: VDI 2860, VDI 2861 Bl. 1

U, V, W translatorische Freiheitsgrade

A, B, C rotatorische Freiheitsgrade

Freiheitsgrade der Bewegung von Körpern im Raum


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Quelle: VDI 2860, VDI 2861 Bl. 1

X, Y, Z Achsen des Bezugskoordinaten-

systems

XK, YK, ZK Achsen des körpereigenen

Koordinatensystems

A, B, C Drehungen

R Ortsvektor mit (x, y, z)

Koordinationssysteme beim Handhaben


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Orientierungs- und Positionierungsgrad von Körpern

Orientierungsgrad OG

= Anzahl der rotatorischen Freiheitsgrade, in

denen die Orientierung bestimmt ist

Positionierungsgrad PG

= Anzahl der translatorischen Freiheitsgrade, in

denen die Position bestimmt ist

OG Erläuterungen PG Erläuterungen

3 Orientierung des Körpers in allen

Rotationsachsen bestimmt

3 Ursprung des körpereigenen

Koordinatensystems befindet sich an

einem bestimmten Punkt

2 Orientierung des Körpers in zwei

Rotationsachsen bestimmt

2 Ursprung des körpereigenen

Koordinatensystems beliebig auf

einer Kurve (z.B. Gerade, Kreisbahn)

angeordnet

1 Orientierung des Körpers in einer

Rotationsachse bestimmt

1 Körper ist beliebig auf einer Fläche

(z.B. Ebene, Zylinder) angeordnet

0 Orientierung des Körpers in allen

Rotationsachsen unbestimmt

0 Körper beliebig im Raum angeordnet


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Quelle: nach VDI 2861 Bl.: 1

Achtachsiger Industrieroboter

(drei translatorische und fünf rotatorische Achsen,

Freiheitsgrad f=6)

Achsen


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Quelle: nach Warnecke, Schraft

Industrieroboter

Linearachsen Dreh- und Linearachsen Drehachsen

Portal Lineararm

auf Schiene

Schwenkarm Horizontal-

knickarm

Pendelarm Vertikalknickarm

Grundarten von Montagerobotern


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Bezeichnung Symbol Bemerkung

Translationsachse

Translation fluchtend

(Teleskop)

Translation nicht fluchtend

Verfahrachse

Quelle: VDI 2861 Bl. 1

Achsen Symbol mit Angabe der

Bewegungsmöglichkeit

Rotationsachse

Rotation fluchtend

Rotation nicht fluchtend

Symbolik zur Darstellung des Kinematischen Aufbaus I


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Berlin

Bezeichnung Symbol Bemerkung

Werkzeuge


Achsen Symbol mit Angabe der

Bewegungsmöglichkeit

Greifer

Kennzeichnng von

Systemgrenzen

Trennung zwischen Haupt-

und Nebenachsen

Spritzpistole,

Schweißzange

Zangengreifer

kurzer Trennstrich

echte Schnittstelle,

z.B. auswechselbare

Werkzeuge

Symbolik zur Darstellung des Kinematischen Aufbaus II


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Bezeichnung Anordnung kinematisches

Ersatzbild Arbeitsraum

kartesisches

Gerät

Zylinder-

koordinaten-

Gerät


Kinematischer Aufbau von Industrierobotern I


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Kugel-

koordinaten-

Gerät

horizontales

Knickarm-

Gerät


Kinematischer Aufbau von Industrierobotern II


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Werkzeugmaschinen


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vertikales

Knickarm-

Gerät


Kinematischer Aufbau von Industrierobotern III


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Justieren durch

Einformen

Justieren durch

Umformen

Justieren durch

Trennen

Justieren durch

Fügen von

Ausgleichsteilen

Justieren durch

Einstellen

Justieren durch

Nachbearbeiten

Arten der Justage

Spur, G: Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 5; VDI-Richtlinie 2860

Kontrollieren

Justieren nach VDI-Richtlinie 2860

Kontrollieren dient der qualitativen oder quantitativen Ermittlung von Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerten eines Prozessparameters.

Justieren ist die Gesamtheit aller während oder nach dem Zusammenbau von Erzeugnissen planmäßig notwendigen Tätigkeiten zum Ausgleich fertigungstechnisch unvermeidbarer Abweichungen mit dem Ziel, geforderte Funktionen, Funktionsgenauigkeiten oder Eigenschaften von Erzeugnissen innerhalb vorgegebener Grenzen zu erreichen.

Montieren


operationen


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Sonderoperationen

Sind spezielle Tätigkeiten, deren Umfang von den

vorausgehenden und nachfolgenden Prozessen abhängig

sind. Diese zusätzlichen Operationen werden in den

Montageprozess integriert.

Entgraten

CO2 Schneestrahlen

induktive Bördelranderwärmung bzw. das Gelieren von Klebern

Montieren


operationen


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8.9 Montage




Sonderfunktionen






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Quelle: Fa. GWS

Manueller Einzelarbeitsplatz


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Flexible Montagezelle


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Montageautomat der Firma BOS Oberspree

Sondermaschinenbau GmbH

Montageautomat der Firma DEPRAG

SCHULZ GmbH

Starrer Montageautomat


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8.9 Montage




Sonderfunktionen






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Quelle: PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.

In der Leitebene werden übergeordnete Aufgaben bearbeitet, die den gesamten Betrieb betreffen

(Managementfunktionen).

In der Zellen-Ebene kommunizieren Automatisierungsgeräte wie SPS oder IPC untereinander und mit IT-

Systemen der Bürowelt über deren Standards wie Ethernet, Internet oder Intranet.

In der Feld-Ebene kommunizieren die dezentralen Peripheriegeräte wie E/A-Module, Messumformer oder

Antriebe.

In der Sensor-Aktuator-Ebene werden die Signale der binären Sensoren und Aktuatoren über einen

Sensor-Aktuator-Bus übertragen.

Sensor-Aktuator-Ebene

Feld-Ebene

Zellen-Ebene

Leit-Ebene

Ethernet

Profibus

AS-Interface

Kommunikation in der Automatisierungstechnik


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Berlin

• Protokoll über das sich

Computer eines

bestimmten Typs

verständigen

• bus-basiertes Netz

• z.B. SPS und PC

Quelle: PROFIBUS Schweiz

Ethernet Profibus

• herstellertunabhängiger,

offener Feldbusstandard

• Anwendung in der

Fertigungs- und

Automatisierungstechnik

• Master-Slave-Betrieb

• z.B. SPS

AS-Interface

• Zweileiterbus inklusive

Spannungsversorgung

• einfache Erweiterbarkeit

• störsicher

• wirtschaftlich

• z.B Sensoren, Aktuatoren,

Sicherheitskomponenten oder

E/A Baugruppen

Quelle: Siemens AG

Industrielle Kommunikationssysteme


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S7–300 von Siemens

Definition

Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein

Kleincomputer der zur Automation von Maschinen und Anlagen

benutzt wird. Der gewünschten Ablauf der zu steuernden

Maschine oder Anlage wird über eine SPS durch ein Programm

festlegt.

Quelle: Siemens AG

• CPU Baugruppe

• E/A Baugruppe

• Speicherbaugruppe

• Kommunikationsbaugruppe

• aktive Baugruppen

Aufbau

• Überwachung von

Fertigungsprozessen

• Steuerung in der

Automobilmontage

• weitere Einsatzgebiete in der

Automatisierungstechnik

Einsatzgebiete

Speicherprogrammierbare Steuerungen


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8.9 Montage




Sonderfunktionen






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Berlin

Maßnahmen der montagegerechten Produktgestaltung

Montagegerechte Produktgestaltung

montagegerechte

Produktstrukturierung

• Baukastenprinzip

• Baureihenstrukturierung

• vormontierte Baugruppen

Standardisierung

• Reduzierung der

Teilevielfalt

• Teilefamilienbildung

montagegerechte

Konstruktion

• Vermeidung von

Montagevorgängen

• Vereinfachung von

Montagevorgängen


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Berlin

Produktstruktur

Produktebene

Baugruppen-

ebene

Einzelteil-ebene

variantenabhängiges Einzelteil variantenabhängige Baugruppe

bzw. Produkt

variantenunabhängiger

Bestandteil

ungünstig günstig

Einfluss der Produktstruktur auf die Variantenbildung innerhalb der

Baugruppenebene


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Kalkulationsmethode Auswirkungen der Standardisierung

Materialkosten

variabel größere Einkaufslose

fix weniger Einkaufsvorgänge, geringere Lagerungs-

und Modellkosten

Fertigungskosten

variabel größere Fertigungslose, leistungsfähigere

Fertigungseinrichtungen

fix weniger Vorrichtungen, NC-Programme,

Arbeitspläne

Konstruktion/Entwicklung vorwiegend fix weniger Zeichnungen

Qualitätskosten vorwiegend fix weniger Messzeuge, Ausschuss, Nacharbeit

Verkauf/Vertrieb vorwiegend fix weniger Produktdokumentation

Verwaltung vorwiegend fix weniger Teilstämme, Identnummern

Auswirkung der Standarisierungsmaßnahmen


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Gestaltungsziel Gestaltungsmittel Beispiel

ungünstig günstig

Minimale Teileanzahl Integralbauweise

anstreben

Verwendung einheitlicher

und leicht

automatisierbarer

Fügeverfahren

Fügehilfsteile vermeiden

einfache Zugänglichkeit

für Füge- und

Kontrollwerkzeuge

lineare Bewegung

ermöglichen

Das systematische Vorgehen während des Konstruktionsprozesses mit dem Ziel, den

Zusammenbau eines Produkts durch konstruktive Maßnahmen mit minimalem

technischen und wirtschaftlichen Aufwand zu ermöglichen.

Montagegerechte Konstruktion


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Werkzeugmaschinen


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8.9 Montage




Sonderfunktionen






Institut für

Werkzeugmaschinen


Technische

Universität

Berlin

• Montagetechnische

Flexibilität

• Ausbaufähigkeit

• Automatisierungsgrad

• Grad der Arbeitsteilung

• Ausnutzung bestehender

Einrichtungen

• Verfügbarkeit

• Flächen- und

Raumbedarf

• Nutzung des

vorhandenen Know-

hows

Technische

Kriterien

• Projektierungs-aufwand

• Installationszeitraum

• Lieferfristen

• Kundendienst

Organisatorische

Kriterien

• Investitionen

• Variable

Montagekosten/Stück

• Fixe

Montagekosten/Stück

• Amortisationsdauer

Wirtschaftliche

Kriterien

• Zahl der Arbeitskräfte

• Qualifikation der

Arbeitskräfte

• Arbeitsbedingungen

• Dauer der

Einarbeitungszeit

Personalbezogene

Kriterien

Beurteilung und Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen


Institut für

Werkzeugmaschinen


Technische

Universität

Berlin

Re

lative K

oste

n

Konstruktion Arbeits-

vorbereitung

Fertigung Montage

Änderungskosten Möglichkeit zur

Kostenbeeinflussung

Möglichkeiten zur Kostenbeeinflussung und Änderungskosten

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