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Ein Blick in die Zukunft der Montage

© ZeMA gGmbH

Herausforderung Montage – national und global

BMBF Kongress Produktionsforschung 2016

Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller

Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH

Berlin Congress Center, 23. Juni 2016

Seite 2 © ZeMA gGmbH

Fazit und Ausblick 5

Assistenz und Vernetzung für eine höhere Transparenz in der Produktion 4

Wandlungsfähigkeit und Vernetzung für schnelle Reaktionsfähigkeiten 3

Problemstellungen in der Montage 2

Kurzvorstellung ZeMA 1

Agenda


Montage- prozesse

ZeMA – Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH

Sensoren und Aktoren

Fertigungs-verfahren

Forschungsbereiche

Gegründet 2009

Fokus auf mechatronischen Systemen und Produktionsautomatisierung

Anwendungsnahe Forschung – Forschung, Entwicklung und

Industrietransfer

Aktuell ca. 100 Mitarbeiter

Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller

CEO CFO

Jochen Flackus


Forschung

Entwicklung Wir arbeiten in enger Kooperation mit unseren Gesellschaftern der Universität des

Saarlandes (UdS) und der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW).

Ausrichtung und Zweck der ZeMA gGmbH

Produktionsprozess Betriebsmittel Produkt

Chassis…

Final…

Trim…

…

Unser Selbstverständnis:

Das ZeMA versteht sich als Ihr Partner zur anwendungsorientierten Forschung und industrienahen Entwicklung im Bereich Mechatronik und Automatisierungstechnik.

Unser Fokus:


Forschungsschwerpunkte im Bereich Montageverfahren und -automatisierung

Montagesystemtechnik und Anlagenplanung

Roboter und Handhabungstechnologien

Robotereinsatzplanung

Rekonfigurierbare Robotersysteme

Kooperierende Roboter

Mensch-Roboter-Kooperation

Inbetriebnahmeprozesse in der Montage

Toleranzmanagement in der Prozessplanungsphase

Auslegung von Justageprozessen

Fehleranalyse und -kompensation, Prozessrückführung

Montageablauf- und Montageprozessplanung

Prozessanalyse und -optimierung

Modularisierung von Montagesystemen

Automotive Production Research Anwendungsorientierte Forschung und industrienahe Entwicklung im Bereich der Fahrzeugproduktion. Montageablaufplanung, Konzepte und Lösungen effizienter Produktionstechnologien sowie Inbetriebnahmeprozesse. Bildquelle: auto-news


Förderung der kooperativen Produktionsforschung und des Industrietransfers im Bereich Industrie 4.0

Gefördert vom:

Das Zentrum ist eine offene Kooperationsplattform für Forschung und Technologietransfer. Schwerpunkt sind innovative Produktionstechnologien unter Einbeziehung von Mensch und Maschine.







Agenda


Es gibt eine Vielzahl von äußeren und inneren Einflüssen, die auf die Produktion und insbesondere die Montage einwirken

Stückzahlentwicklung

Wandlungstreiber verursachen Problemstellungen und Herausforderungen, die die Unternehmen beherrschen müssen, um im Wettbewerb erfolgreich zu sein.

Fortschreitende Globalisierung Ressourcenlage

Technologischer Fortschritt Umwelt

Sch

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Pro

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proz

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0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

Summevon

Verbrauch06.2006

Summevon

Verbrauch07.2006

Summevon

Verbrauch08.2006

Summevon

Verbrauch09.2006

Summevon

Verbrauch10.2006

Summevon

Verbrauch11.2006

Summevon

Verbrauch12.2006

Summevon

Verbrauch01.2007

Summevon

Verbrauch02.2007

Summevon

Verbrauch03.2007

Summevon

Verbrauch04.2007

Summevon

Verbrauch05.2007

Daten

Material

+38%

-24%

Bildquelle: Miele, Bosch Rexroth, PxC

Produktspektrum & -varianz


Je nach Szenario sind verschiedene Herausforderungen bei der Planung und dem Betrieb von Montagesystemen zu berücksichtigen

Montage von Dampfgarern Montage von Motoren Montage von Ventilen

Miele BMW Bosch Rexroth

Re-/Konfiguration von Betriebsmitteln Neue Prozesse Produktänderung

Die Herausforderungen treten nicht einmalig am Anfang des Produktlebenszyklus auf sondern treten wiederholt im Produktlebenszyklus auf und sind im täglichen Betrieb zu lösen.

Neue Mitarbeiter

Herausforderungen


Unternehmensbereiche müssen miteinander kommunizieren und über Unternehmensgrenzen hinweg international interagieren

Vertikale und horizontale Vernetzung von Unternehmen sowie von Unternehmensbereichen um Transparenz zu schaffen.


Die Produktion im nationalen und globalen Wettbewerb muss sich hinsichtlich verschiedenster Zielgrößen optimieren

Wirtschaftlichkeit

Reaktionsfähigkeit Transparenz

Quelle: J. Kletti, J. Schumacher: Die perfekte Produktion

Die Perfekte Produktion: Magisches Dreieck wichtiger Zielgrößen

Wandlung

Assistenz

Vernetzung

Das Ziel ist die Beherrschung der Problemstellungen und vorherrschenden Komplexität durch Vernetzung, Wandlungsfähigkeit und Assistenz in der Produktion und speziell der Montage.

Zeit

Prod

uktio

nsum

feld

Gegenwart Zukunft

Flexibilität

Wandlungs-fähigkeit

nahe Zukunft

Investitions-entscheidung

Bildquelle: produktion.de

Erreichung der Zielgrößen u.a. durch:







Agenda


Wandlungsfähigkeit ermöglicht die Reaktionsfähigkeit des Montagesystems auf sich stark ändernde Randbedingungen

Zeit

Prod

uktio

nsum

feld

Gegenwart Zukunft

Flexibilität

Wandlungs- fähigkeit

nahe Zukunft

Investitions- entscheidung

Wandlungsfähigkeit bedeutet:

Anpassungsfähigkeit jenseits des vorgehaltenen Flexibilitätskorridors

Freiräume für unvorhersehbare Veränderungen wurden vorgedacht

Investitionskosten für Anpassungen entstehen erst bei der Durchführung der Veränderung

Modularität Skalierbarkeit KompatibilitätMobilitätUniversalitätBefähiger für Wandlungsfähigkeit:


Wandlungsfähige Betriebsmittel können als ein Konstrukt mechatronischer Module verstanden werden

mechatronisches Modul

mechanische Struktur

Software

Elektrik/ Elektronik

Schnittstellen

modulares mechatronisches System

Mensch / Mitarbeiter n

Fähigkeiten

Aktorische Sensorische Kognitive

Koo

rdin

ator

mechatronisches Modul 2

Mechanik Elektronik Software

mechatronisches Modul 1

Mechanik Elektronik Software techn. Ausprägung

z.B. mechatronisches Modul

Modularisierung durch Montageverantwortlichkeiten

Verantwortlichkeiten

Methoden

Es entstehen funktionale Objekte, die nicht nur technische Systeme umfassen sondern bis in die Endstufe weitergedacht auch den Menschen einbeziehen.


Wandlungsfähigkeit ist die Kombination von mechatronischen Modulen zu neuen Systemen außerhalb des Flexibilitätskorridors

Module besitzen spezifische Verantwortlichkeiten und führen verschiedene Aufgaben aus

Module Station Montagesystem

Verbund mehrerer mechatronischer Module in einer Station

Räumliche und zeitliche Verkettung von Stationen zu einer Montagelinie

Es erfolgt die Adaption an Produktanforderungen und Produktionsprogramme durch flexible Kombination und dem Zusammenspiel der Fähigkeiten von Mensch und Maschine.

Stations- fähigkeiten

Transportmodul

Basismodul

Zuführmodul

Prozessmodul


Die Planung unter Beachtung einer Vielzahl an Informationen und Restriktionen resultiert in der Konfiguration des Montagesystems

Virtuelle Planung: Prozessmapping Vorranggraph

Mapping Station 3

Produktänderung

IST-Konfiguration

Module

… Bild: Bosch

Bildquelle: Bosch Rexroth

Prozess 1 Prozess 2 Prozess 6

Die Abbildung der Informationen und Restriktionen in einem digitalen Planungs-tool ermöglicht die Weiterverwendung bei Rekonfiguration und Betrieb.

Station 1 Station 2 Station 3 Station 4

Prozess 4 Prozess 5

Prozess 3

Prozess: Verschrauben Applikationsplatine

Montage möglich?

Vorranggraph

Anforderung Bauteil

Fähigkeit BeMi

Bauteil M3x6

Drehmoment [Nm] 0.8

Schraubantrieb TX10

Drehmoment [Nm] 0-15

Schraubantrieb TX10


Die Wandlung des Montagesystems kann Abweichungen im Informationsstand von Unternehmensbereichen erzeugen

Zeit bzw. Anlagenlebenszyklus

Rek

onfig

urat

ion

und

Wan

dlun

g

Abw

eich

ung

zwis

chen

Mod

ell u

nd R

ealit

ät

Stand des Anlagenmodells

Stand der

Anlagenkonfiguration

Initialer Anlagenaufbau

Modul

Station


Die Identifikation von Montagemodulen durch Zuweisen einer eindeutigen Kennung (Tags) kann Informationslücken schließen

Pick by Light System

Identifikationssystem Erfassung von Daten

Verlo

bung

von

O

bjek

t und

di

gita

lem

Ava

tar

Sensoren

Tag

Automatisierter Funkschrauber

Tag

Produkt Roboter

Tag


‚On-Line‘ Erfassung des aktuellen Anlagenkonfigurationszustandes: Kopplung von realen Systemen und virtuellen Modellen

Virtuelle (Cyber) und reale (Physisch) Welt verbinden sich miteinander

Physikalische Systeme und software-technische Anwendungen werden miteinander gekoppelt

Sensoren erfassen Umgebungssituationen

Hinterlegte Modelle liefern Konfigurationsvorschläge

Beeinflussung des Systems durch den Nutzer und Aktoren zur Steuerung

Virtuelle Welt Physische Welt

Modelle - Planungsebene Realität - Montagesystem

Mensch

Optimierungsziele: • Minimierung Planungsaufwand • Optimaler Betrieb

Planung

Konfigurations- vorschlag

Umsetzung

Anlagen- steuerung

Parameter- anpassung Daten-

erfassung

Vernetzung mechatronischer Komponenten technischer Anlagen mit modernen IT-Technologien.

Virtuelle und Reale Welt.mp4

Filme/Virtuelle und reale Welt.mp4







Agenda


Nicht nur bei der Planung sondern auch bei dem Betrieb von Montagesystemen soll der Mensch intelligent unterstützt werden

Der Einsatz von Assistenz hat unterschiedliche Ausprägungen und ermöglicht es Mitarbeiter bei verschiedenen Aufgaben zu unterstützen.

Re-/Konfiguration

Assistenz

Betrieb Planung

Betriebsmittel

Organisation

Absicherung der Montage- fähigkeit

Intuitiv

Flexibel

…

Individualisierbar

Vernetzbar

…

Bedienanforderungen Funktionsanforderungen

Qualifikation

Werkerführung


Vernetzung und Bereitstellung entscheidungsrelevanter Informationen ist Voraussetzung für die effektive Assistenz

Reaktionsfähigkeit durch technische und organisatorische Wandlungsfähigkeit

Assistenz von Mitarbeitern bei der Planung und dem Betrieb in Produktion / Montage

Transparenz in den Unternehmensbereichen und Identifikation von Ist- und Soll-Zuständen


Die Konfiguration des Montagesystems ist Basis eines Fähigkeitsabgleiches am Produktionsprogramm und am Prozess

Produkt Prozess Betriebsmittel

Fähi

gkei

tsor

ient

ierte

Pla

nung

A

ufga

bent

eilu

ng

Anforderung Fähigkeit Abgleich

Station 1 Station 2 Station … Station n

Mapping

Prozess A

Prozess B

Prozess C

Prozess D Ablauf

Maschine Mensch

Roboter Mensch

Fähigkeit

Bild: Bosch

Fähi

gkei

tsor

ient

ierte


Abbildung des Montagesystems in einem Simulationsmodell zur Erstellung von Prognosen mit individueller Werkerbelegung

Anlagenkonfiguration mit Produktionsprogramm

Produktspektrum & Aufträge

Montagearbeits- plätze

Nacharbeit

Produkt

Mitarbeiter

Transport & Umsetzer

Flexibles Einplanen von Mitarbeitern auf unterschiedlichen Linien bei der Schichteinteilung sowie interaktive Abstimmung mehrerer Teamleiter untereinander bei Engpässen.

Bildquelle: Bosch Rexroth

Fähigkeitsabgleich

Line Balancing

Anlagensimulation Stationen

Prozesse

Taktzeit- spreizung


Einplanung von Mitarbeitern und Abstimmung mittels eines kollaborierenden Systems für Teamleiter

Organisations- und Abstimmungstool für Teamleiter

Informationen zu Aufträgen und Mitarbeitern sowie deren Linien- / Stationszuordnung

Übersicht der Planungs- und Personalsituation

Anforderung eines Mitarbeiters für Linie „SFIT-2“

Station 2Station 1

Station 3Station 4

Filme/Teamleiter APP.avi


Der Mitarbeiter wird zukünftig auch direkt durch Mensch-Roboter-Kooperation und smarte Assistenzsysteme unterstützt

Bildquelle: Roberta Bildquelle: Kuka Bildquelle: Bosch

Bildquelle: UR

Leichtbauroboter entlasten den Mitarbeiter

Der Mensch erhält in der smarten Fabrik von morgen Unterstützung und übernimmt die Rollen des Sensors, Entscheiders und Akteurs.

Bildquellen: produktion.de, wearear.de, stockcreatorblog.de

Datenbrille

Apps Tablets

Augmented Reality

Smart Devices versorgen den Mitarbeiter mit relevanten Informationen

AssemblyWorks.mp4

AR Logistikuntersützung.mp4

gleichzeitig_u_gemeinsamer_Raum.wmv


Assistenz bei der Durchführung von Montageprozessen: Bspw. Mensch-Roboter-Kooperation und Prozessüberwachung

Individualisierbare Anzeigen in Form von Bildern, Animationen, Texten und Modi (Varianten, Anfänger bis Experte)

MRK-fähiger Roboter reicht dem Werker prozessbegleitend immer die richtigen benötigten Schrauben an

Überwachung des richtigen Ablaufs und Ausführung des Schraubprozesses (Position, Parameter, Schraubverfahren)

Prozessbegleitende Dokumentation der Schraubprozesse

MRK - Anwendung Überwachung Schraubprozess

Filme/Assistenz Arbeitsstation 20 30 kombiniert.mp4







Agenda


Qualifizierung von Mitarbeitern

Ausblick: Vertiefung der Themenschwerpunkte mit Fokus auf Montagesystemanwender

Betrieb Re-/Konfiguration Planung

Ableitung Zielleistung Fähigkeitsabgleich Techn. & organisat. Wandlung

Einführung einer neuen Produktgeneration

Basismodul Transport- modul A

Prozess- modul A

IST-Konfiguration modulares Montagesystem

Produktanpassung und neue Anforderungen

Modul A Modul B

Fähigkeit Fähigkeit

Bildquellen: Bosch, Teamtechnik

Basismodul

Prozess- modul B

Integration neuer Module

Auftrag 1 2

n …

Variante A

Prozess 1

Prozess …

Prozess n

Analyse der IST-Konfiguration

t


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Prof. Dr.-Ing. Rainer Müller [email protected] Tel: +49 (0) 6 81 - 85 787 - 15

mailto:[email protected]

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