Titel:
Cuiper, R.: Durchgängige rechnergestützte Planung und Steuerung von automatisierten Montagevorgängen.

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG 1

1.1 Rechnerunterstützung in der Produktionsplanung 1
1.2 Bedeutung der Montage 3
1.3 Zukunftsperspektive 4
1.4 Fazit 4

2 MOTIVATION DER ARBEIT 5

2.1 Begriffsklärung 5
2.1.1 Die Begriffe ‚Planung' und ‚Steuerung' 5
2.1.2 Weitere Begriffe 7

2.2 Problemstellung 8

2.3 Betrachtungsbereich der Arbeit 10

2.4 Zielsetzung 11

2.5 Forderungen 12
2.5.1 Forderung 1: Die Prozessplanung steht im Vordergrund der Betrachtung vor Layoutplanung / Produktgestaltung 12
2.5.2 Forderung 2: Wechselseitige Berücksichtigung von Anlagen- und Produkteinflüssen 12
2.5.3 Forderung 3: Durchgängigkeit von der Idee bis zur Realisierung 13

3 STAND DER TECHNIK UND DER FORSCHUNG 14

3.1 Informationstechnische Grundlagen 14
3.1.1 Datenmodellierung 14
3.1.1.1 Grundlagen 14
3.1.1.2 Objektorientierung 15
3.1.1.3 Produktmodellierung 16
3.1.1.4 Modellierungsmethoden für Prozesse 17
3.1.2 Datentechnische Kommunikation zwischen Computerprogrammen 18
3.1.2.1 ISO-OSI-Modell 18
3.1.2.2 TCP/IP - Ethernet 19
3.1.2.3 CORBA 20
3.1.3 Resümee 21

3.2 Steuerungstechnische Grundlagen 21
3.2.1 Steuerungsarten 21
3.2.2 Steuerungsstrukturen 22
3.2.2.1 Hierarchische Einteilung 22
3.2.2.2 Aufgaben der Zellen- und Leitebene 23
3.2.3 (Programmier-)sprachen / semantisch-syntaktische Kommunikationskonzepte 24
3.2.3.1 Manufacturing Message Specification 24
3.2.3.2 Roboterprogrammierung 26
3.2.3.3 SPS-Programmierung nach IEC 1131-3 27
3.2.4 Kommunikation für Steuerungskomponenten 28
3.2.4.1 MAP 28
3.2.5 Resümee 29

3.3 Entwicklungs- und Planungsvorgehensweisen 29
3.3.1 Grundlagen 30
3.3.2 Allgemeine Fabrikplanung 30
3.3.3 REFA-Standardvorgehen 30
3.3.4 VDI-Richtlinie 2221 31
3.3.5 Ansätze zur Arbeitsplanung 32

3.4 Montageplanung 34
3.4.1 Kommerzielle Ansätze 34
3.4.1.1 Werkzeuge zur Planung manueller Arbeitssysteme 34
3.4.1.2 3D-Simulationswerkzeuge 35
3.4.2 Forschungsansätze 35
3.4.2.1 Vorgehen nach Bullinger 35
3.4.2.2 Ansätze aus Berlin: Seliger und Deutschländer 36
3.4.2.3 Montageplanung nach van Brussel 37
3.4.2.4 Vorgehen nach Tönshoff, Menzel und Park 38
3.4.2.5 Planungssystem des CSIRO 39
3.4.2.6 Planungskette des ifab Karlsruhe 40
3.4.2.7 Vorgehen nach Rampersad 41
3.4.2.8 Planungssysteme des wbk Karlsruhe 43
3.4.2.9 Montageplanung am iwb München 44
3.4.2.10 Virtual Reality / 3D-Simulationssysteme 50

3.5 Prozessplanung 50
3.5.1 Kommerzielle Ansätze der Montageprozessplanung 50
3.5.2 Forschungsansätze 51
3.5.2.1 Allgemeine Ansätze zur Ermittlung der Montagereihenfolge 51
3.5.2.2 Stuttgarter Planungssystem MOGRAPH / IDAP 52
3.5.2.3 Planungssystem CAPAS 53
3.5.2.4 Produkt- und Prozessplanung nach Steinwasser 54

3.6 Steuerungsentwicklung 57
3.6.1 Kommerzielle Systeme 57
3.6.1.1 SPS Programmierung 57
3.6.1.2 Roboter-Programmierung 57
3.6.1.3 3D-Simulation für die Roboter-Programmierung 58
3.6.2 Forschungsansätze 58
3.6.2.1 Steuern von simulierten Maschinen und Prozessen 58
3.6.2.2 Steuerungsmodellierung nach Colombo 59
3.6.2.3 Steuerungsplanung am wbk Karlsruhe 59
3.6.2.4 Roboterprogrammierung nach Dammertz 61
3.6.2.5 Programmbaukasten nach Petry 62
3.6.2.6 Ansatz von Mauderer 62

3.7 Zusammenfassung der Ansätze 63

4 KONZEPT FÜR EINE METHODISCHE UND TECHNISCHE UNTERSTÜTZUNG 65

4.1 Grundlagen 65
4.1.1 Teilnehmer am Montagevorgang 65
4.1.2 Montagevorgangsbeschreibung 66
4.1.2.1 Struktureller Kern 67
4.1.2.2 Unterschiedliche Teilvorgänge 67
4.1.2.3 Synchronisation der Einzelvorgänge 71
4.1.2.4 Hierarchische Detaillierung der Vorgangsbeschreibung 72
4.1.2.5 Einsatz für die Steuerung 75
4.1.3 Treiber des Planungsablaufs 76
4.1.3.1 Unterschiedliche Prämissen 76
4.1.3.2 Vereinfachung des Treiber-Modells 78
4.1.3.3 Kennzeichen der produktgetriebenen Planung 79
4.1.3.4 Kennzeichen der anlagengetriebenen Planung 80
4.1.4 Hierarchisches Konzept der Steuerung 81
4.1.5 Kommunikationssprache in der Steuerungshierarchie 82
4.1.6 Zusammenspiel der Vorgangsbeschreibung und der Steuerungshierarchie 83
4.1.7 Symbole für die Steuerungsbefehle 84
4.1.8 Resümee der Konzeptgrundlagen 86


4.2 Vorgehen zur Gestaltung des Montagevorgangs 87
4.2.1 Gesamtübersicht 87
4.2.2 Ablauf der produktgetriebenen Planung 89
4.2.2.1 Stufe 1 P: Generelle Montagereihenfolge in Form der Produktstruktur 89
4.2.2.2 Stufe 2 P - Planen der Teilvorgänge 90
4.2.2.3 Stufe 3 P: Synchronisation 91
4.2.2.4 Stufe 4 P: Montageanlauf 91
4.2.2.5 Gesamtdarstellung der produktgetriebenen Planung 92
4.2.3 Ablauf der anlagengetriebenen Planung 93
4.2.3.1 Stufe 1 A: Generelle Montagereihenfolge in Form des Montageablaufs in der Anlage 93
4.2.3.2 Stufe 2 A: Planen der Teilvorgänge 93
4.2.3.3 Stufe 3 A: Synchronisation 94
4.2.3.4 Stufe 4 A: Montageanlauf 94
4.2.3.5 Gesamtdarstellung der anlagengetriebenen Planung 95
4.2.4 Resümee der Vorgehensweisen 96

4.3 Datenmodell 97
4.3.1 Das Montageplanungsmodell als Teil eines integrierten Produkt- und Prozessmodells 97
4.3.2 Modell der Steuerung 98

4.4 Integration in übergeordnete Leitsteuerung 100

4.5 Zusammenfassung des Konzepts 101

5 UMSETZUNG IN EINEM RECHNERWERKZEUG 102

5.1 Übersicht des Planungswerkzeugs 102

5.1.1 Vorhandenes Basissystem 102
5.1.2 Erweiterungen 102

5.2 Planungs- und Analyseeditoren für den Steuerungsablauf 103

5.2.1 Planung der Ablaufsteuerung 103
5.2.2 Planung der Bewegungsabläufe 106
5.2.3 Temporale und monetäre Bewertung 106

5.3 Schnittstelle zu Komponentensteuerungen 107

5.3.1 Kommunikation 107
5.3.1.1 Basismechanismus 107
5.3.1.2 Einsatz von MAP/MMS 108
5.3.1.3 Alternative: MMS-Syntax mittels CORBA übertragen 109
5.3.2 Funktionalität der CosMonAut MMS-Schnittstelle 109

5.4 VMDs für die Komponentensteuerungen 109

5.4.1 Innerer Aufbau der VMD 109
5.4.1.1 VMDs für die 3D-Simulation 111
5.4.1.2 VMD für einen Roboter Stäubli RX 90/130 112
5.4.1.3 VMD für eine SPS Siemens S7 113
5.4.2 Funktionsumfang der VMDs 115

5.5 Schnittstelle des Planungssystems zu PPS 115

5.6 Zusammenfassung des umgesetzten Planungssystems 117

6 ANWENDUNGSBEISPIELE 118


6.1 Planung der automatischen Montage eines elektrischen Dosenöffners 118

6.1.1 Ausgangssituation 118
6.1.2 Stufe 1 A - Bestimmung der Generellen Montagereihenfolge 119
6.1.3 Stufe 2 A: Planung der Teilvorgänge 120
6.1.4 Stufe 3 A: Synchronisation 124
6.1.5 Stufe 4 A: Montageanlauf 125

6.2 Planung einer Bohrmaschinengetriebemontage 125

6.2.1 Planungsvoraussetzungen 125
6.2.1.1 Produktkomponenten 126
6.2.1.2 Einzusetzende Komponenten der Anlage 126
6.2.2 Stufe 1 P: Produktkomponenten und Struktur des Ablaufs 127
6.2.3 Stufe 2: Planung der Teilvorgänge 128
6.2.4 Stufe 3: Synchronisation der Steuerung der Anlage 129
6.2.5 Stufe 4: Montageanlauf 131
6.2.6 Datenaustausch mit der Auftragssteuerungsebene 132

7 BEWERTUNG DES ANSATZES 134

7.1 Vorgehensweise 134

7.2 Datenmodellierung 134

7.3 Kommunikation der Steuerung 134

7.4 Erfüllung der aufgestellten Forderungen 135

7.4.1 Forderung 1: Die Prozessplanung steht im Vordergrund der Betrachtung 135
7.4.2 Forderung 2: Wechselseitige Berücksichtigung von Anlagen- und Produkteinflüssen 135
7.4.3 Forderung 3: Durchgängigkeit von der Idee bis zur Realisierung 135

8 ZUSAMMENFASSUNG 136

LITERATURVERZEICHNIS 138

ABBILDUNGS- UND TABELLENVERZEICHNIS 160

STICHWORTVERZEICHNIS 164