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Session 11: Projektvorstellung

Transferprojekt itsowl-TT-MechOT

18. August 2015, Gütersloh

© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 17.08.2015 2

Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Agenda

Abschlusspräsentation

itsowl-TT-MechOT

Resümee und Ausblick


Einführung Kaimann GmbH

Inhabergeführtes Familienunternehmen

Hauptsitz in Hövelhof

Jahresumsatz: 80 Mio. €

Mitarbeiter: ca. 285

Produkte:

Elastomer- und Polyethylen Dämmstoffe


Einführung Standort Paderborn – Expertise für intelligente Mechatronik

Fraunhofer-Projektgruppe

Entwurfstechnik Mechatronik

Projektgruppe des Fraunhofer-Instituts für

Produktionstechnologie IPT, Aachen

Start am 1. März 2011

Derzeit 67 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Heinz Nixdorf Institut

Forschungszentrum der Universität Paderborn

1987 gegründet

Derzeit ca. 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

sowie 9 Professuren


Zielsetzung

Ergebnisse

Agenda


itsowl-TT-MechOT


Zielsetzung Zielsetzung

Einführung


Mechatronische Optimierung einer Tangentialmaschine Ausgangssituation und Zielsetzung

Die derzeitigen Anlagen sind über Jahre durch Zukauf und

Anpassung durch hauseigenen Betriebsmittelbau entstanden

Das Wissen über die komplexen Produktionsstraßen liegt zum

Teil nur implizit vor

Steigende Komplexität durch zunehmende Integration

verschiedener fachdisziplinspezifischer Lösungen

Ausgangssituation

Optimierungspotential in Form von Konzepten aufzeigen

Kompetenzaufbau Systems Engineering

Zielsetzung

Dämmmaterial


Phasen Tätigkeiten

1

Systemspezifikation ●Prozessmodell ●Umfeldmodell ●Wirkstruktur

Identifikation von

Optimierungspotential

Konzeptentwicklung


●Detaillierung Wirkstruktur ●Ursache und Wirkzusammenhänge

analysieren ●Automatisierungs- und

Durchlaufzeitoptimierungspotentiale identifizieren

●Entwicklung von alternativen Lösungskonzept(en)

●Modularisierung und Schnittstellendefinition

●Bewertung von Lösungskonzepten 3

2

Bewertete

Lösungskonzepte

Dokumentation und

Präsentation

4 Dokumentation und

Präsentation

●Ergebnisse dokumentieren ●Ergebnisse präsentieren

Resultate

Mechatronische Optimierung einer Tangentialmaschine Vorgehensweise

Mechatronische

Systembeschreibung


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse


Agenda


itsowl-TT-MechOT


Mechatronische Systembeschreibung 1/2

1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4

Tangential-

maschine

UmweltHallen-

beleuchtung

El. Energie-

versorgung

pneumatische

Versorgung

Boden

einrichten / justieren

Bedienpersonal

Maschinen-

einrichter

Instandsetzung

Logistik

pn. Energie

(min. 6 bar)

Gewichtskraft (FG)

el. Energie

400 V Drehstrom

5 Polig

25 A Absicherung

Kartons mit konfektioniertem

El-schlauch

Kartons mit

El-Schlauch

Licht

Temperatur, Wind,

Lautstärke (Störung Bedienerkommunikation)

Luftfeuchtigkeit, Staub

Legende

Umfeldelement

Systemelement

Informationsbeziehung

StoffbeziehungEnergiebeziehung

Wartung /

Reparatur

Ers

atz

teile

/

de

fekte

Te

ileLü

cke

,

Ma

teria

len

de

An/Aus, Geschw. Band

Karton El. Schlauch konfektioniert

Formatsatz

Prozessfehler (akustisch, optisch)

Produktionsdaten

(Drucker)

An

ge

fan

ge

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olle

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SK

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rlap

X1

SK

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Dru

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Ma

ke

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Ka

rton

s m

it El-S

ch

lau

ch

Produktions-

planung

(TM)

Produktart,

Menge,

Zeitpunkt der

Anlieferung

Zu produzierende Produktart,

Reihenfolge der Fertigung,

Menge zu fertigender El-Schläuche,

Zeitpunkt der Fertigung

Übergabeplatz

(Kartons mit El.-

Schlauch)

Kartons mit

El-Schlauch

Prozessmodell

Umfeldmodell

Aufnahme des Produktionsprozesses der TM

Definierte Systemgrenze und Umfeldelemente mit

Wechselwirkungen zur TM

Umfeld- und Prozessmodell

TM: Tangentialmaschine


Mechatronische Systembeschreibung 2/2

pneumatische

Versorgung

El. Energie-

versorgungHallen-

beleuchtungUmwelt

Weitere Bediener

Seitenführungsrollen

(Statische Kante

SK1)

Synchrone

Auftragsrolle

Overlap

(Motorisch)

Andruckrolle

SK1

(hinten)

Seitenführung

(Statische Kante

SK1)

Keramikschneidmesser

(SK + Overlap)

Druckkopf

El-Schlauch

Transportband 1Drehgeber

Druckeinheit

KreismesserAndrückrolle

Overlap

Abrolltisch

Overlap

Abrollvorrichtung

SK

Auftragsrolle

SK1

(vorne)

Schuh [klein/groß]

(dyn. Kante SK2)

Auftragrolle

Steuerpult

HMI vor Ort

Verfahreinheit

(dyn. Kante SK2)

Sensor

Bahnkantenerkennung

(Laser)

Dorn

(Zentrieren

aufklappen)

Messer s

tum

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vers

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t

Halte

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schneid

-

messer

(SK

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Schneid

kra

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l

(händis

ch)

Lücke

Materialende

Positionierkraft 2

El-S

chla

uch

konfe

ktio

nie

rt

Pro

zessfe

hle

r

Spreizkraft

Gleitkraft

Andrückkraft SK1 (hinten)

Andrü

ckkra

ft Sta

tische K

ante

SK

1

Sehen /H

öre

n

El-Schlauch ausgerichtet

Druckerfarbe

Produktionsdaten

(Drucker)

Druckerfarbe, Make up

Produktionsdaten (Drucker)

Geschwindigkeit

Transportband 1

Drehzahl

Transportband 1

Haftreibkraft

Schneid

kra

ft tangentia

l

Andrü

ckkra

ft

Overla

p

Andrü

ckkra

ft Sync.

Auftra

gsro

lle

(möglic

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inim

al)

Zugkra

ft

Overla

p

Overlap mit

versetztem

Trägerpapier

Rolle

Overla

p

SK1

SK2

Rolle SK1/SK2 leer

Position SK1

Andru

ckkra

ft (hoch

, nie

drig

, ok) Formatsatz

· G

eschw

indig

keit

Maschin

e(S

tufe

n)

· S

tart/S

top

Maschin

e

Position/Höhe

Abstand Maschinenlaufrichtung rechts

(Abstand zur Führung)

Bahnkantenerkennung

Andruckkraft Schlauch

SK2

SK1

Andrückkraft SK1 (vorne)

Zugkraft

(abrollen)

Overlap mit

versetztem

Trägerpapier

[WI_

1] 6

.3

[WE

_1] 4

. Moto

r Overla

p A

ndrü

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lle

Messer v

ers

chm

utz

t/stu

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[WE_1] 2.

Motor Kreismesser

(Drehzahl konst.)

[WE

_1] 1

. Moto

r Tra

nsportb

and 1

Rolle Overlap

leer

Mech. Verbindung

Andrückkraft Seitenführung (statische Kante SK1)

B2 Schneider

[WI_1] 1.\2.\3.\6.1

[WE_1] 9.

[WI_1] 7. Referenzpunkterkennung

[WI_1] 6.2.2 Spindellage2

bla

ue L

am

pe =

alle

Akto

ren e

in

Stö

rungsfre

ier B

etrie

b

El. Energievers. Extern Spannungsvers. Drucker + Drehgeber Druckeinheit

Spannungs-

vers

org

ung

Übertragungskraft

incl. Magnetventil

Pneumatik-

zylinder

vertikal

incl. Magnetventil

Pneumatik-

zylinder

horizontal

Abschieber Horizontal-

führung

El-Schlauch

konfektioniert

Endanschlag

El-S

chla

uch k

onfe

ktio

nie

rt

Transport-

Band 2

Transport-

Band 2

Haftre

ibung

Steuersignale für pneumatischen Zylinder

Abschiebe-

kraft

Kraft

Schiefe

Ebene

Gewichtskraft

Endlageerkennung

Pneumatikzylinder

vertikal (oben/unten)

Endlageerkennung

Pneumatikzylinder

horizontal (rechts/limks)

Lichttaster

(Schlauch in

Abschiebeposition)

T-N

ut

Endla

ge K

olb

en li./re

.

Endla

ge K

olb

en o

./u.

Endlageerkennung

Schla

uch v

orh

anden

El-Schlauch konfektioniert

Spannnungsvers

.

Moto

r Tra

nsportb

and 2

pn. E

nerg

ie

FU Motore/

Leistungsteil

WE-1

Motor Transp.2

FU

Motore/Steuerung

Regelung

Moto

rstro

m

Solls

trom

el. Energie

Steuerung

Laser

[WI_1] 4.

[WI_

1] 1

.7

S7 CPU

DI/DOSI

Relais

HMI S

Anla

ge i.O

.

Status

([WE_1 1.3]) PositionKorrektur für Stellantrieb Kraftfahr. Sk2

Not H

alt

blaue Lampe

[WI_

1] 1

.\2.\3

.\6.1

Status

Ist D

rehz.

Soll D

rehzahl

Ste

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der

oben/u

nte

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chts

Ein

gaben

Stö

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Tacker B3

Sammel-

Box

Blech-

schieber

Blech-

schieber

Tacker Klammern

pn

. Energ

ie

Bedienkraft

INF

O:

kein

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Karto

n L

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Halte

Kraft

Schiebe Kraft

Maschine Stopp

Klammern

Karton

El-Schlauch konf.

AVPE

Karton

El-Schlauch

konfektioniert

Halte Kraft

Karton

Neue

Etiketten

Karto

n

Rollenbahn

Karton-

Transporteur

Bediener 1

„Maschinenführer“

Kartons

Karton leer (optisch)

El-Schlauch

Karton leer

Instandsetzung

Wartung /

Reparatur

Ersatzteile /

defekte Teile

BodenGewichtskraft (FG)

Prozessfehler

(Meldung)

pn. Energie

(min. 6 bar)

el. Energie

400 V Drehstrom

5 Polig

25 A AbsicherungLicht

Temperatur, Wind

Luftfeuchtigkeit, Staub

Lautstärke (Störung Bedienerkommunikation)

Logistik

Karto

ns m

it konfe

ktio

nie

rtem

El-s

chla

uch

Karto

ns m

it

El-S

chla

uch

Produktions-

planung

(TM)

Produktart,

Menge,

Zeitpunkt der

Anlieferung

Zu produzierende Produktart,

Reihenfolge der Fertigung,

Menge zu fertigender El-Schläuche,

Zeitpunkt der Fertigung

Übergabeplatz

(Kartons mit El.-

Schlauch)

Kartons mit

El-Schlauch

Maschinen-

Einrichter (Me)

Palettierer

Palettenanlieferer

Paletten-

stellplatz

an der TM

Kartons mit

El-Schlauch

Rollenbahn-

bestücker

Kartons mit

El-Schlauch

· G

eschw

indig

keit M

aschin

e

(Stu

fe)

· S

tart/S

top M

aschin

e

Rollen SK

[WE

_1] 8

. Spannungsvers

org

ung 2

Maschinenabschnitt 1

Maschinenabschnitt 2(Ausschläusung)

Maschinenabschnitt 3(Verpacken)

Schaltschrank(HMI + Steuerung + FU)

Tangentialmaschine

Karto

ns m

it El-S

chla

uch

1

2

3

4567

Neue Etiketten

Wo kommen die neuen Etiketten her?

Werden sie durch Logistik angeliefert?

Werden sie in der TM gedruckt?

=> falls ja

Drucker=Systemelement in der TM?

Oder ist Drucker Umfeldmodell der TM?

Karton El-Schlauch konfektioniert

Karto

n

Karto

n L

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INF

O:

kein

e S

töru

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INF

O:

kein

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A

A

B

B

Alle

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[WE_1] 1.

[WE_1] 3.

[WE_1] 9.

[WE_1] 2.

[WE_1] 7.

[WI_

1] 6

.2.2

Spin

della

ge

2

[WI_

1] 6

.3

Prozessfehler

Prozessfehler

Pro

zessfe

hle

r

[WE_1] 4.

?

Beschreibung sämtlicher Systemelemente und Wirkzusammenhänge der TM in der Wirkstruktur

Basis zur Identifikation von Optimierungspotentialen im Rahmen von Workshops

Umfeld- und Prozessmodell

Wirkstruktur

1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4


Optimierungspotential der TM

Thermischer Schrumpf an

Schläuchen kann minimiert werden

Neues Verpackungskonzept

Stückzahl kann erhöht werden

Durchlaufzeit kann gesenkt werden

…

Einbindung der Tangentialmaschine in

eine Linienproduktion

Endlosschlauch anstatt

Einzelschläuche

Handhabung bei der Ein- und

Ausschleusung in die Maschine

Systematische Lösungssuche innerhalb des

Prozessschritts „Sk + Overlap aufbringen“

1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4


Auswirkungen auf den Prozess

Lösungsansätze


Anwendungsszenarien der Linien-TM 1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4

Anlernen von Bedienpersonal

Rüsten und in Betrieb nehmen

Klebeband und Overlap wechseln

Demontage und Recycling

Definition von

11 Anwendungsszenarien, u.a.:

Anforderungsliste


Prinziplösungen im morphologischen Kasten 1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4

Lösungsvariante 1 mit Pfad durch

den morphologischen Kasten


SWOT-Analyse

Stärken Schwächen

Umrüstzeiten durch Austausch des Dorns

Vorrichtung muss zur Erfassung des

Tangentialschnittes inline angebunden sein

Häufige Reinigung der Schneiden durch

anhaftenden Klebstoff notwendig

Einfacher Transport und Sicherung der

Position des Schlauchs

Keine erneute Erfassung des

Tangentialschnittes erforderlich

Es können Schläuche unterschiedlichen

verarbeitet werden

Günstigste Alternative

Chancen Risiken

Produktionsschwierigkeiten bei

Veränderung des Produktionsprogramms –

Beschränkung durch Dorn

Investitionsrisiko

Kühlprozess funktioniert nicht, dadurch

kann die Maschine nicht in der Linie

verwendet werden

Schnellere Reaktionsmöglichkeit auf

Bestellungen

Mehr Kapazitäten durch vollständige

Automatisierung des Vorgangs in der Linie

SWOT-Analyse für eine

von 3 Lösungsvarianten

1

3

2

4

AP1

AP2

AP3

AP4


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse


Agenda


itsowl-TT-MechOT



Bild des Systems

Mechatronische Systembeschreibung der

Tangentialmaschine

Optimierungspotential in Form von Konzepten

systematisch aufgezeigt

3 Lösungsvarianten abgeleitet und bewertet

Resümee

Nutzung der systematischen

Entwicklungsmethodik für weitere Produkte

Sensibilisierung für Systems Engineering

Kompetenzaufbau im Bereich Systems

Engineering

Erarbeitete Lösungsmöglichkeiten als Basis für

interne Folgeaktivitäten

Ausblick

Thermische Isolierung für

Rohrleitungen

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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