Bruno Lotter Hans-Peter Wiendahl (Hrsg.) Montage in der industriellen Produktion

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3 Bruno Lotter Hans-Peter Wiendahl (Hrsg.) Montage in der industriellen Produktion

4 Bruno Lotter Hans-Peter Wiendahl (Hrsg.) Montage in der industriellen Produktion Ein Handbuch für die Praxis Mit 328 Abbildungen und 16 Tabellen 13

5 Professor Bruno Lotter Kirchberg Oberderdingen brunolotter@aol.com Professor Dr.-Ing. Dr.h.c.mult. Hans-Peter Wiendahl Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Schönebecker Allee Garbsen wiendahl@ifa.uni-hannover.de Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. isbn Springer Berlin Heidelberg New York isbn Springer Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006 Printed in Germany Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. din, vdi, vde) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Umschlaggestaltung: medionet AG, Berlin Satz: Marianne Schillinger-Dietrich, Berlin Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3020/m

6 Vorwort Die Globalisierung bedeutet für die industrielle Produktion neue und große Herausforderungen und wirkt sich besonders auf die industrielle Montage aus. Zum Erhalt oder zur Wiedergewinnung der Wettbewerbsfähigkeit wird häufig zum einen zunächst die Eigenfertigung reduziert, so dass die Fabriken im Wesentlichen nur noch den Zukauf der Produktkomponenten und deren Endmontage betreiben. Zum anderen setzen viele Unternehmen aber auf die Verlagerung der personalintensiven Montage in Länder mit extrem niedrigen Lohnkosten. Damit fallen im eigenen Land Arbeitsplätze meist ersatzlos weg und es werden bedeutende Produkterfahrungen preisgegeben. Eine tiefer gehende Analyse zeigt in vielen Fällen, dass die oft erheblichen Reserven nicht ausgeschöpft wurden, die in der Verbesserung der eigenen Abläufe liegen. Die Verlagerung darf und kann daher nicht die vermeintlich einzige Lösung zur Beherrschung der globalen Herausforderung sein. Das vorliegende Buch hat sich daher zum Ziel gesetzt, methodisch fundierte und praxiserprobte Lösungen zur wirtschaftlichen Gestaltung der industriellen Montage variantenreicher Produkte der Elektro- und Feinwerktechnik, des Maschinenbaus und der Automobilzulieferindustrie aufzuzeigen. Damit soll ein Beitrag zum Erhalt der internationalen Konkurrenzfähigkeit am Standort Deutschland geleistet werden. Dabei dürfen sich die notwendigen Maßnahmen nicht nur auf die Montage beschränken, sondern müssen sowohl die Standortüberlegungen, die Produktkonstruktion als auch die Materialbereitstellung im Sinn eines ganzheitlichen Ansatzes mit einbeziehen. Das gesamte Thema wird dabei nach den drei Gesichtspunkten Montageplanung, Montagesysteme und Montagebetrieb behandelt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem vertieften Verständnis wirtschaftlicher und zugleich flexibler Organisationsformen sowie der Vermeidung von Verschwendung mit dem Ansatz der Primär-Sekundär- Analyse. Ausgangspunkt war die 2. Auflage des Buches Wirtschaftliche Montage Ein Handbuch für Elektrogerätebau und Feinwerktechnik von Bruno Lotter aus dem Jahre Mit Unterstützung renommierter Autoren haben die Herausgeber das Vorgängerwerk mit gesicherten Ergebnissen aus Forschung und Anwendung zu einem praxisorientierten Handbuch der in-

7 VI Vorwort dustriellen Montage erweitert. Hierbei fanden auch Sonderthemen wie Mikromontage, Hochleistungsmontage und die Montage biegeschlaffer Teile Berücksichtigung. Das Handbuch soll dem Planer, Ausrüster und Betreiber von Montagesystemen auf allen betrieblichen Ebenen einen systematischen und durch zahlreiche Beispiele besonders anschaulichen Leitfaden für deren wirtschaftliche Gestaltung bieten. Den Lehrenden und Studierenden der Produktionstechnik an den Hochschulen vermittelt es einen knappen Überblick über die Montagetechnik sowie die Planungs- und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen für ein reales Montagesystem. Um das ganze Feld der Montage für jeden in der Montage Verantwortlichen verständlich und nachvollziehbar darzustellen, haben wir versucht, uns an das folgende Motto von Albert Einstein zu halten. Alles, was erfolgreich ist, ist einfach. Alles was einfach ist, ist anfangs schwierig. Denn der Mensch hat selten gelernt, einfach zu denken und zu handeln. Unser Dank gilt den Koautoren für ihre engagierte Mitarbeit sowie den Firmen und Instituten für die freundliche Bereitstellung ihrer Unterlagen. Besonderer Dank gilt dem Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover und dort Frau Schössow-Weber für die Erstellung sämtlicher Abbildungen. Herrn Thomas Lehnert vom Springer-Verlag danken wir für die stets professionelle Betreuung unseres Vorhabens. Unseren Lesern wünschen wir einen möglichst großen Nutzen aus diesem Buch und sind für jede Kritik oder Anregung dankbar. Oberderdingen und Garbsen, Januar 2006 Bruno Lotter Hans-Peter Wiendahl

8 Autorenverzeichnis Hartmut Buck M.A., Leiter Team Entwicklungsförderliche Organisationsgestaltung im Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart Dipl.-Ing Torsten Fiege, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Universität Hannover Dr.-Ing. Marko Hartel, Wiss. Mitarbeiter und Oberingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der TU Karlsruhe , danach Eintritt bei der BMW Group München und seit 2005 Leiter Qualitätsmanagement, Technologiesteuerung, Prototypenteile des Werkzeugund Anlagenbaus der BMW Group Dr.-Ing. Matthias Hegenscheidt, Wiss. Mitarbeiter am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover , danach Eintritt in die Volkswagen AG Dr.-Ing. habil. Stefan Hesse. Büro Dr.-Ing. Stefan Hesse Plauen Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jürgen Hesselbach. Geschäftsführender Leiter Institut für Werkzeugmaschinen u. Fertigungstechnik, Technische Universität Braunschweig Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Günther Höhne, Fachgebietsleiter Konstruktionstechnik Fakultät für Maschinenbau, Technische Universität Ilmenau Prof. Bruno Lotter, Industrieberatung Montagetechnik Oberderdingen

9 VIII Autorenverzeichnis Edwin Lotter Geschäftsführer LP-Montagetechnik GmbH, Erlangen Georg Miedzik, Leiter Kabelverarbeitung INSYS Industriesysteme AG, Münsingen Schweiz Dipl.-Ing. Helge Mühlenbruch Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Universität Hannover Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil Peter Nyhuis, Geschäftsführender Leiter Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Universität Hannover Dipl.-Ing. Annika Raatz, Abteilungsleiterin Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen im Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Technische Universität Braunschweig Dipl.-Ing. Michael Richter, Leiter Competence Center Produktionsmanagement im Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart Dipl.-Ing. Andreas Schmidt, Wiss. Mitarbeiter Fachgebiet Konstruktionstechnik Fakultät für Maschinenbau, Technische Universität Ilmenau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. mult. h. c. Hans-Peter Wiendahl, Geschäftsführender Leiter Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Universität Hannover Dipl.-Ing. Jan Wrege, Wiss. Mitarbeiter Abteilung Fertigungsautomatisierung und Werkzeugmaschinen im Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Technische Universität Braunschweig

10 Inhalt 1 Einführung... 1 Bruno Lotter 1.1 Entwicklung der Montagetechnik Stand der Montagetechnik Einfluss veränderter Bedingungen auf die Montagetechnik Strategien zur Rationalisierung Buchaufbau... 7 Literatur Montagegerechte Produktgestaltung Stefan Hesse 2.1 Automatisierungsgerechte Produktgestaltung Montagegerechte Produktgestaltung Methodenübersicht Fügbarkeit Strukturieren von Produkten Produktbauweisen Toleranzen und Toleranzausgleich Gestaltungsgrundsätze und Beispiele Gestaltungsbereich Produkt Gestaltungsbereich Baugruppe Gestaltungsbereich Einzelteil Demontagefreundliche Produktgestaltung Literatur Die Primär-Sekundär-Analyse Bruno Lotter 3.1 Einführung Manuelle Kleingerätemontage Grundanalyse mit Beispielen Feinanalyse Anwendungsbeispiel Feinanalyse... 70

11 X Inhalt 3.3 Manuelle Großgerätemontage Grundanalyse Feinanalyse Großgeräte Anwendungsbeispiel Feinanalyse Großgeräte Erweiterte Analyse Gesamtmontage Halbautomatische und automatische Kleingerätemontage Grundanalyse Kleingeräte Monetäre Bewertung Anwendungsbeispiel halbautomatische Montageanlage Anwendungsbeispiel automatische Montageanlage Feinanalyse Robotereinsatz Definition Primär-Sekundär-Aufwand Primär-Sekundär-Analyse einer Robotermontagezelle 90 Literatur Gestaltung der Montageorganisation Michael Richter 4.1 Grundlagen Prozessorientierung Wertschöpfungsfunktionen, Support-Funktionen und Koordinationsfunktionen Fluss-Prinzip Integrierte Qualitätssicherung Strukturformen für Montagesysteme Linien-Montagen Einzelplatz-Montagen Baustellen-Montagen Montageinseln Automatisierte und hybride Montagesysteme Organisationsprinzipien in der Montage Individual-Arbeit Gruppenarbeit Prozess-Teams Vorgehensweise zur Planung der Montage-Organisation Bewertungskriterien für Montagestruktur und -organisation Leitfaden zur Montageplanung Führung in der Montage-Organisation Kennzahlenbasierte Regelungsmechanismen Umgang mit Planabweichungen und Störfällen

12 Inhalt XI KVP-Implementierung Visual Management Dezentrales Informationsmanagement Zusammenfassung Literaturverzeichnis Manuelle Montage von Kleingeräten Bruno Lotter 5.1 Einleitung Hinweise zur Arbeitsplatzgestaltung Montageablaufprinzipien Stückweise Montage Verrichtungsweise Montage Einzelplatzmontage Einzelmontageplatz für stückweisen Ablauf Wirtschaftlichkeit der stückweisen Montage Einzelmontageplatz für verrichtungsweisen Ablauf Wirtschaftlichkeit der verrichtungsweisen Montage Vergleich stückweise und verrichtungsweise Montage Einzelmontageplatz nach dem One Piece Flow- Prinzip Arbeitsplatzgestaltung Fließmontage Materialflusstechnische Verknüpfung Manuelle Förderung des Montageobjektes Mechanische ungeordnete Förderung Mechanische geordnete Förderung Austaktung Fließmontage für verrichtungsweisen Ablauf mit transportablen kreisförmigen Mehrfachwerkstückträgern Ausführungsbeispiele von manuellen Montagen Zusammenfassung Literatur Manuelle Montage von Großgeräten Bruno Lotter 6.1 Einleitung Baustellenmontage Gruppenmontage

13 XII Inhalt 6.4 Fließmontage Periodischer Bewegungsablauf Kontinuierlicher Montageablauf Bevorratungsfreie Fließmontage für Großgeräte Prinzip Materialbereitstellung auf Werkstückträger Materialbereitstellung auf Materialwagen Fördermittel, Montageablauf Zusammenfassung Literatur Hybride Montagesysteme Edwin Lotter 7.1 Einleitung Grundformen hybrider Montagesysteme Ausführungsbeispiele Hybride Einzelmontagesysteme in Rundtaktausführung Verkettete hybride Montageeinrichtungen in Rundtaktausführung Hybride Montagesysteme in Längstransferanordnung Bewertung hybrider Montagesysteme Wirtschaftlicher Automatisierungsgrad Grundsätze Praxisbeispiel Literatur Automatische Montagemaschinen Stefan Hesse 8.1 Automatisierbarkeit von Verfahren Räumliche, zeitliche und funktionelle Grundmuster Bauarten von Montagemaschinen Gliederung Ein-Station-Montageautomat Mehrstationen-Montageautomat Kontinuierlich laufende Montageautomaten Transfersysteme und Förderer Weitergabesysteme Werkstückträger Werkstückträgerschnelleinzug Werkstückträgerführung

14 Inhalt XIII 8.5 Prozesstypische Fügeeinheiten Presseinheiten Schraubeinheiten Nieteinheiten Durchsetzfügetechnik Schweißeinheiten Löteinheiten Klebeeinheiten Prüfeinheiten Greifer und Fügehilfen Greifer Fügehilfen Zuführeinrichtungen Gliederung und Lösungswege Stapelmagazine und Bunker Schwingfördersysteme Ordnungseinrichtungen Magazine Zuteiler Förderbänder Handhabungsgeräte und Montageroboter Bewegungseinheiten Einlegeeinrichtungen Montageroboter Sensoren in der Montage Steuerung Literatur Flexible Montage mit Robotereinsatz Bruno Lotter 9.1 Einleitung Aufbau flexibler, programmierbarer Roboter-Montageanlagen Ausführungsformen Hybride flexible Roboter-Montageanlagen Rüsten hybrider Roboter-Montageanlagen Hybride Fließmontage mit verrichtungsweisem Ablauf und Robotereinsatz Roboter-Montageautomat mit verrichtungsweisem Ablauf Literatur

15 XIV Inhalt 10 Materialbereitstellung in der Montage Peter Nyhuis, Hans-Peter Wiendahl, Torsten Fiege, Helge Mühlenbruch 10.1 Grundlagen Begriffabgrenzung Anforderungen an die Materialbereitstellung Einbindung der Materialbereitstellung in die betriebliche Logistik Beschaffungslogistik Bedarfsplanung Beschaffung Lagerung Materialbereitstellung Kommissionierung Transport Materialsteuerung Verbrauchsgesteuerte Bereitstellung Bedarfsgesteuerte Bereitstellung Identifikationstechniken in der Materialbereitstellung Materialbereitstellung am Arbeitsplatz Literatur Integration der Teilefertigung in die Montage Bruno Lotter 11.1 Einleitung Integration der Teileherstellung in die Montage Integration der Produktionsendstufe für Einzelteile in die Montageanlage Verbundproduktionssysteme Voraussetzungen Vorteile der Verbundproduktion Aufbau von Verbundproduktionssystemen Praxisbeispiele Verbundproduktionssysteme Literatur Verfügbarkeit von Montagesystemen Hans-Peter Wiendahl und Matthias Hegenscheidt 12.1 Einführung Einflussfaktoren auf die Systemausbringung