Planung der Automatisierungstechnik auf Basis von standardisierten Planungskomponenten

Transkript

1 Planung der Automatisierungstechnik auf Basis von standardisierten Planungskomponenten Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.Ing. Prof. Dr.-Ing. Markus Bregulla e 1

2 Gliederung des Vortrags Inhalt Trends in der Automobilindustrie aus Sicht der Anlagenplanung Notwendigkeit flexibler Produktionsanlagen Lösungskonzept: kooperatives Prozessmodell auf Basis von Standard-Planungskomponenten Zusammenführung von Technik und Organisation Zusammenfassung e 2

3 Zum Begriff der Planung Zum Begriff der Planung Planung allgemein Definition: 1 Planung ist die gedankliche Vorwegnahme eines Handelns oder eines Zustandes in der Zukunft. Planen bedeutet: Antizipieren Bewerten und Auswählen von Alternativen Festlegen bzw. Kennen des Ziels Einbeziehen von Kosten Festlegen der Zukunft / Einschränken der Flexibilität Planung in der Anlagen- / Automatisierungstechnik Planen bedeutet: Definieren von zukünftigen Anlagenstrukturen im Einklang mit der Produkt- und der Produktionsstrategie Bewerten und Auswählen von Technologiealternativen Verfolgen von Flexibilitätszielen unter Einbezug von Produkt, Prozess und Betriebsmitteln Verfolgen der Projekte zur Überwachung und Unterstützung der Planungsausführung PLANUNG bedeutet nicht ENGINEERING!! e 3

4 Zukünftige Zukünftige Herausforderungen Herausforderungen der der Anlagenplanung Anlagenplanung Trends in der Automobilindustrie: Aufgrund der allgemeinen Modelloffensive: steigende Zahl an Fahrzeugmodellen und Derivaten kleinere und schwankende Stückzahlen der einzelnen Modelle Aufgrund der vorherrschenden Qualitätsansprüche: steigende Anforderungen an Produktionsprozesse komplexere Überwachungs- und Dokumentationssysteme Folge: Hohe Investitionskosten für Produktionsanlagen stehen im Gegensatz zu den Renditeansprüchen der Investoren Anschaffung und Betrieb einer Anlage für ein einziges Fahrzeugmodell ist nicht mehr rentabel Herausforderungen für die Planung der Automatisierungstechnik: Anlagen müssen in der Lage sein, gleichzeitig unterschiedliche Modelle zu fertigen Anlagen werden über mehrere Modellgenerationen hinweg betrieben Anlagen und Komponenten müssen einfacher in Einsatz gebracht werden sowie über den gesamten Lebenszyklus wirtschaftlich betrieben werden können e 4

5 Zielsetzung des Forschungsprojekts Zielsetzung: Komplexität der Automatisierungstechnik in Standard-Planungskomponenten kapseln Eine schnellere und standardisierte Planungsdurchführung ermöglichen Eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Anlage sowie deren flexible Anpassung an neue Anforderungen ermöglichen Unterstützung für den Planer und Instandhalter bieten Tool Prozess Methode Die gesetzten Ziele werden in den drei Dimensionen Methode, Prozess und Tool verfolgt. e 5

6 Rolle des Menschen in der Automatisierungstechnik Der Mensch und die Automatisierungstechnik Die Tätigkeiten des Menschen in der industriellen Fertigung: Von Handarbeit zu immer mehr Kopfarbeit Einfache Tätigkeiten werden von Automaten erledigt Der Mensch entwickelt und überwacht die Automaten. Planer: Konzipierung der Automatisierungstechnik Instandhalter: Betrieb der Automatisierungstechnik Festelegen der Kosten Anfallen der Kosten -60 Start Entwickler: Entwicklung des automatisiert produzierbaren Produkts SOP EOP Konstrukteur: Entwicklung der Automatisierungstechnik Fertiger: Überwachen sowie Zusammenarbeit mit der Automatisierungstechnik Herausforderung für die Planung der Automatisierungstechnik: Einsatz der Automatisierungstechnik als wirkliche Unterstützung; nicht als notwendiges Übel e 6

7 Ablauf einer Anlagenplanung Fertigungsplanung Prozess Grobkonzept Prozess Feinplanung Automatisierungstechnikplanung permanente Abstimmung Automatisierungstechnik-Grobkonzept Automatisierungstechnik-Feinplanung Aufgrund der enormen Komplexität der Aufgabenstellung: große Menge an Planungsdaten komplexe Abstimmung unter den Planern viele Iterationsschleifen Stand heute: mächtige Projekte und unzählige Abstimmungen! Da die Komplexität der Produktionsanlagen in Zukunft noch weiter zunimmt: Betrieb rentiert nur für mehrerer Modelle und über mehrere Modellgenerationen Neues Anlagenparadigma: ständige Anpassung und Weiterentwicklung e 7

8 Lösungskonzept: Kooperatives Prozessmodell zur Anlagenplanung Abstimmungen zwischen Fertigungsprozessgestaltung und Anlagenplanung: Automatisierungs-Anforderungen Automatisierungstechnik-Fähigkeiten Automatisierungs- Anforderung Anforderung: X zusätzliche Schweißpunkte an Position YZ & Automatisierungstechnik- Fähigkeit: Fähigkeit: Punktschweißen & Positionieren Fähigkeit: Punktschweißen Komponente Schweißzange Abmessung Steuerung Fertigungsplanung Anlagen (Re-)Konfiguration Lastenheft Mengengerüst sonst. Projektdaten Automatisierungstechnik - planung Fähigkeit: Positionieren Komponente Roboter Anz. Achsen Tragkraft Steuerung e 8

9 Lösungskonzept: Standard-Planungskomponenten (SPK) Komponente: Schweißzan gef(x1) Standardprotokoll Profinet f(x2) Komponente: Roboter f(x3) F(xges) = f(x1) + f(x2) + f(x3) f(x1) : Schweißzange Schweißen [ Fertigungsprozess] Zange schließen [ Fertigungsprozess] Prozessdaten erfassen [ Leitebene] Steuerdaten empfangen [ Leitebene] f(x2) : Schnittstelle Daten übertragen [ Fertigungsprozess] Daten übertragen [ Leitebene] f(x3) : Roboter Position anfahren [ Fertigungsprozess] Prozessgerät steuern [ Fertigungsprozess] Steuerdaten empfangen [ Leitebene] F(xges) : Schweißroboter Schweißen [ Fertigungsprozess] Zange schließen [ Fertigungsprozess] Position anfahren [ Fertigungsprozess] Prozessdaten erfassen [ Leitebene] Steuerdaten empfangen [ Leitebene] e 9

10 Hierarchischer Aufbau von Automatisierungssystemen mit Standard-Planungskomponenten Leitebene Automatisierungsrechner Mensch SPK: Karosseriebauanlage Sensorik Aktorik SPK: Schweißroboter Technischer Prozess Grundaufbau einer Standard-Planungskomponente mit Schnittstellen SPK: Inlinemessen SPK: Schweißroboter Standard-Planungskomponenten (SPK) sind durch gerichtete Fähigkeiten beschrieben Mögliche Richtungen: Leitebene oder Fertigungsprozess SPK: Roboter Dadurch SPK-Definition auf jeder Hierarchieebene möglich SPK: SPK: Steuerung Schaltschrank SPK: Schweißzange e 10

11 Zusammenführung von Organisation und Technik Zusammenführung von Organisation und Technik Basisstandards Planung Automatisierungstechnik Planung definiert Planung Komponenten spezifiziert Planung Anlagenprojekte erstellt Basisstandards Standard- Planungskomponenten Anlagenkonfigurationen Engineering Komponenten- Baukasten Planungsausführung (Engineering / Anlagenrealisierung) e 11

12 Zusammenfassung: Was des leistet technologischen der Ansatz der Aspekts Standard-Planungskomponenten? Eine schnellere und standardisierte Planungsdurchführung durch wieder verwendbare und standardisierte Planungskomponenten Entkopplung der Planung von nachfolgenden Arbeitsschritten, um eine autarke Erstellung von Anlagenkonfigurationen zu ermöglichen Eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Anlage sowie deren flexible Anpassung an neue Anforderungen mit Hilfe standardisierter Planungskomponenten Weitere Herausforderungen: - Prozess zur Methode entwickeln - Toolunterstützung von Prozess und Methode e 12

13 Vielen Dank! Fachhochschule Ingolstadt Esplanade Ingolstadt e 13