8 Produktherstellung. Produktionstechnik II VL 11: Montage. Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing.

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1 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

2 Produktionstechnik im betrieblichen Umfeld - Gliederung der Vorlesung System Fabrik Produktentwicklung Arbeitsvorbereitung Fertigung Produktplanung Produktkonstruktion Arbeitsplanung Arbeitssteuerung Teilefertigung Montage Organisation Qualität Personal Service Recycling / Kreislaufwirtschaft / Demontage Produktionstechnik 1 Produktionstechnik 2

3 Definition nach VDI 2815 Produktionstechnik II VL 11: Montage Montage ist definiert als der Zusammenbau von Teilen und/oder Gruppen zu Erzeugnissen oder zu Gruppen höherer Erzeugnisebenen in der Fertigung. Ebene 1 Gruppe/ Bauteil Stufe Ebene 0 Teil 1 Teil 2 VDI-Richtlinie 2815

4 Lieferanten Beschaffungswesen Vertrieb Kunden Produktionstechnik II VL 11: Montage Einordnung der Montage in den Produktionsablauf Forschung, Entwicklung, Konstruktion Informationsfluss Materialfluss Fertigungsplanung Arbeitsvorbereitung Fertigungssteuerung Instandhaltung Teilefertigung Montage Qualitätswesen

5 Montagesystem Montageobjekt Teil, Gruppe, Produkt mit implizierter Aufgabenstellung Montageplanung Schaffung eines Systems mit dem erforderlichen Arbeitspotential Montagemittel Komponenten mit Arbeitsvermögen zur Ausführung eines Montagevermögens Montagesystem Montagesteuerung Koordinierung und Regelung des Ablaufes im Montagesystem Montagepersonal Gruppe von Arbeitspersonen zur Ausführung manueller Montagevorgänge Montageprozess Gegliederte Abfolge von Teiloperationen zur Verrichtung der Montageaufgabe Materielle Komponenten Dispositive Komponenten Operative Komponenten

6 Systematische Darstellung eines Montagesystems Material - Einzelteile, - Baugruppen, - Hilfsstoffe, - Betriebsmittel, - Hilfszeuge Informationen - Aufträge, - Zeichnungen, - Montageanweisungen, - Programme Montagesystem Material - Baugruppen, - Produkte, - Hilfsstoffreste, - Betriebsmittel, - Hilfszeuge Informationen - Auftragsstatus, - Montagefortschritt, - Prüfdaten, - Abweichungen Energie - mechanisch, - elektrisch, - hydraulisch, - pneumatisch, - thermisch Energie - Verlustwärme Materialfluss Informationsfluss Energiefluss

7 Erzeugnis Produktion, Personal Produktionstechnik II VL 11: Montage Planung von Montageabläufe Ablaufplanung Montageablaufstrukturbestimmung Aufgabengliederung Ablaufgliederung Montagezeitermittlung Kapazitätsteilungsplanung

8 Erstellung der Montageablaufstruktur Montageablaufstruktur Lfd. Nr. Teileverrichtung Aufgabengliederung In welche Teile oder Unteraufgaben lässt sich eine Gesamtaufgabe unterteilen? 5 Ober- und Unterteil zusammenlegen; 2 Schrauben M8x20 ansetzen 10 Elektroschrauber aufnehmen; 2 Schrauben M8x20 anziehen Ablaufgliederung Festlegung der Reihenfolgebeziehungen der Teilverrichtungen mittels Vorranggraph

9 Verrichtungen in der Montage Produktionstechnik II VL 11: Montage 1. Stufe 2. Stufe 3. Stufe 4. Stufe Parallele Montage z.b.: Leiterplattenbestückung Sequentielle Montage z.b.: KFZ-Montage (vormontierte Bauteile)

10 Ausbringung Produktionstechnik II VL 11: Montage Optimierung von Montageablauf und Kapazitätsteilung Montageablaufstruktur Alternative Montageabschnitte I II, III, IV V,VI Kriterien Fügeverfahren Betriebsmittelkosten Lohnkosten Anforderungen Stck/ ZE Alternative Kapazitätsplanung I II III IV Vorgabezeit V VI min/stck Einflussgrößen Stückzahl Typen (Losgröße) Varianten (Losgröße)

11 Lieferanten Kunden Steuerung von Montageabläufen Produktionstechnik II VL 11: Montage Produktionsplanung Produktionssteuerung Konstruktion Arbeitsvorbereitung Einkauf Fertigungssteuerung Montagesteuerung Vertrieb Lager Fertigung Montage Lager Fertigungssystem Montagesystem Wareneingang Warenausgang Materialfluss Informationsfluss Produktionsprozess

12 kurzfristig mittelfristig Aufgaben der Montagesteuerung Produktionstechnik II VL 11: Montage Montagesteuerung Funktion Planung Steuerung Festlegung des Arbeitsvorrates in Abhängigkeit vom Kapazitätsangebot Materialbereitstellung Informationsbereitstellung Personaleinsatzplanung Reaktion auf Störungen (Material, Personal, Termine) Materialsteuerung (Transport-, Lagersteuerung) Personaleinsatzsteuerung Koordination Aufgabe Überwachung des Montagefortschritts Informationsbereitstellung (aktuelle Montagefortschritt) mit leistungsfähiger Betriebsdatenerfassung (BDE)

13 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

14 Teilfunktionen des Montierens Produktionstechnik II VL 11: Montage Montieren Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonderoperationen Zusammensetzen, Einlegen, Einhängen Füllen An- und Einpressen Urformen, Umformen Falzen, Vernieten Schweißen Kleben Bunkern Magazinieren Weitergeben Ordnen Drehen Zuteilen Positionieren Spannen Messen Prüfen Einstellen Abstimmen Kalibrieren Reinigen Entgraten Anpassen Bedrucken Erwärmen Kühlen Spur, G: Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 5

15 Fügen Fügen ist das auf Dauer angelegte Verbinden oder sonstige Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im ganzen vermehrt. Montage von Sicherungsringen mit Hilfe von Konen A) Außenringmontage (DIN 471), B) Innenringmontage (DIN 472), C) Montagekonus mit Mantel a Druckhülse, b Konus, c Sicherungsring, d Druckbolzen, e Zentrierung, f Nut, g Welle, h Gehäuse Montieren Verfahrensschritte beim kombinierten Kleben und Falzen A) Kleben des eingelegten Blechteils, B) Kleberauftrag und erster Umformschritt C) Zudrücken unter teilweiser Verdrängung des Klebers a Basisteil, b Fügeteil, c Kleberraupen, d, e Umformwerkzeug Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonderoperationen DIN 8593 Teil 0

16 Handhaben Materialfluss bewirken Fördern VDI 2411 Lagern (Speichern) VDI 2411 Handhaben VDI 2860 Handhaben ist eine Teilfunktion des Materialflusses; weitere Teilfunktionen sind Fördern und Lagern (Speichern). Handhaben ist das Schaffen, definierte Verändern oder vorübergehende Aufrechterhalten einer vorgegebenen räumlichen Anordnung von geometrisch bestimmten Körpern in einem Bezugskoordinatensystem. Es können weitere Bedingungen wie z.b. Zeit, Menge und Bewegungsbahn vorgegeben sein. Montieren Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonderoperationen Quelle: VDI 2860

17 ergänzende Funktionen zusammengesetzte Funktionen Elementarfunktionen Teilfunktionen Teilfunktionen des Handhabens Produktionstechnik II VL 11: Montage Handhaben VDI 2860 Speichern Mengen verändern Bewegen Sichern Kontrollieren Teilen Drehen Halten Prüfen Vereinigen Verschieben Lösen - geordnetes Speichern - teilgeordnetes Speichern - ungeordnetes Speichern - Abteilen - Zuteilen - Verzweigen - Zusammenführen - Sortieren - Schwenken - Orientieren - Positionieren - Ordnen - Führen - Weitergeben - (Fördern) - Spannen - Entspannen - Anwesenheit prüfen - Identität prüfen - Form prüfen - Größe prüfen - Farbe prüfen - Gewicht prüfen - Position prüfen - Orientierung prüfen - Messen - Zählen - Orientierung messen - Position messen Quelle: VDI 2860

18 Speichern Handhaben VDI 2860 Speichern Mengen verändern Bewegen Sichern Kontrollieren Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

19 Mengen verändern Handhaben VDI 2860 Speichern Mengen verändern Bewegen Sichern Kontrollieren Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

20 Bewegen Handhaben VDI 2860 Speichern Mengen verändern Bewegen Sichern Kontrollieren Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

21 Sichern Handhaben VDI 2860 Speichern Mengen verändern Bewegen Sichern Kontrollieren Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

22 Beispiele Produktionstechnik II VL 11: Montage Gliederung von Handhabungseinrichtungen Handhabungseinrichtungen Einrichtungen zum Speichern Einrichtungen zum Mengen verändern Einrichtungen zum Bewegen Einrichtungen zum Sichern Einrichtungen zum Kontrollieren - Gurt - Palette - Magazin Vereinzelungseinrichtung - Zuteiler - Weiche Dreheinrichtung - Ordnungseinrichtung - Industrieroboter Greifer - Aufnahme - Spanner Prüfeinrichtung - Messeinrichtungen - Sensor -... Quelle: VDI 2860

23 Komponenten von Handhabungssystemen Komponente Kinematischer Aufbau Werkzeuge Antriebe Steuerung Sensoren Wegmesssystem Merkmale Kartesisch, Zylinderkoordinaten, Kugelkoordinaten, Horizontal- u. Vertikalknickarm Greifer, Bearbeitungswerkzeuge, Mess- und Spannzeuge elektrisch, hydraulisch, pneumatisch Punkt (PTP)-, Vielpunkt (MP)-, Bahnsteuerung (CP) berührungslos, taktil inkremental, absolut Quelle: Seliger, nach Furgac, Aufgabenbezogene Auslegung von Robotersystemen

24 Freiheitsgrade der Bewegung von Körpern im Raum U, V, W translatorische Freiheitsgrade A, B, C rotatorische Freiheitsgrade Quelle: VDI 2860, VDI 2861 Bl. 1

25 Koordinationssysteme beim Handhaben X, Y, Z Achsen des Bezugskoordinatensystems X K, Y K, Z K Achsen des körpereigenen Koordinatensystems A, B, C Drehungen R Ortsvektor mit (x, y, z) Quelle: VDI 2860, VDI 2861 Bl. 1

26 Orientierungs- und Positionierungsgrad von Körpern Orientierungsgrad OG = Anzahl der rotatorischen Freiheitsgrade, in denen die Orientierung bestimmt ist Positionierungsgrad PG = Anzahl der translatorischen Freiheitsgrade, in denen die Position bestimmt ist OG Erläuterungen PG Erläuterungen 3 Orientierung des Körpers in allen Rotationsachsen bestimmt 2 Orientierung des Körpers in zwei Rotationsachsen bestimmt 1 Orientierung des Körpers in einer Rotationsachse bestimmt 3 Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems befindet sich an einem bestimmten Punkt 2 Ursprung des körpereigenen Koordinatensystems beliebig auf einer Kurve (z.b. Gerade, Kreisbahn) angeordnet 1 Körper ist beliebig auf einer Fläche (z.b. Ebene, Zylinder) angeordnet 0 Orientierung des Körpers in allen Rotationsachsen unbestimmt 0 Körper beliebig im Raum angeordnet Quelle: VDI 2860; Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 5

27 Achsen Achtachsiger Industrieroboter (drei translatorische und fünf rotatorische Achsen, Freiheitsgrad f=6) Quelle: nach VDI 2861 Bl.: 1

28 Grundarten von Montagerobotern Industrieroboter Linearachsen Dreh- und Linearachsen Drehachsen Portal Lineararm auf Schiene Schwenkarm Horizontalknickarm Pendelarm Vertikalknickarm Quelle: nach Warnecke, Schraft

29 Symbolik zur Darstellung des Kinematischen Aufbaus I Bezeichnung Symbol Bemerkung Achsen Symbol mit Angabe der Bewegungsmöglichkeit Translationsachse Translation fluchtend (Teleskop) Translation nicht fluchtend Verfahrachse Rotationsachse Rotation fluchtend Rotation nicht fluchtend Quelle: VDI 2861 Bl. 1

30 Symbolik zur Darstellung des Kinematischen Aufbaus II Bezeichnung Symbol Bemerkung Achsen Symbol mit Angabe der Bewegungsmöglichkeit Werkzeuge Greifer Spritzpistole, Schweißzange Zangengreifer Kennzeichnng von Systemgrenzen kurzer Trennstrich echte Schnittstelle, z.b. auswechselbare Werkzeuge Trennung zwischen Hauptund Nebenachsen Quelle: nach Warnecke, Schraft

31 Kinematischer Aufbau von Industrierobotern I Bezeichnung Anordnung kinematisches Ersatzbild Arbeitsraum kartesisches Gerät Zylinder- koordinaten- Gerät Quelle: nach Warnecke, Schraft

32 Kinematischer Aufbau von Industrierobotern II Bezeichnung Anordnung kinematisches Ersatzbild Arbeitsraum Kugel- koordinaten- Gerät horizontales Knickarm- Gerät Quelle: nach Warnecke, Schraft

33 Kinematischer Aufbau von Industrierobotern III Bezeichnung Anordnung kinematisches Ersatzbild Arbeitsraum vertikales Knickarm- Gerät Quelle: nach Warnecke, Schraft

34 Kontrollieren Produktionstechnik II VL 11: Montage Kontrollieren dient der qualitativen oder quantitativen Ermittlung von Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerten eines Prozessparameters. Justieren nach VDI-Richtlinie 2860 Justieren ist die Gesamtheit aller während oder nach dem Zusammenbau von Erzeugnissen planmäßig notwendigen Tätigkeiten zum Ausgleich fertigungstechnisch unvermeidbarer Abweichungen mit dem Ziel, geforderte Funktionen, Funktionsgenauigkeiten oder Eigenschaften von Erzeugnissen innerhalb vorgegebener Grenzen zu erreichen. Arten der Justage Justieren durch Einformen Justieren durch Umformen Justieren durch Trennen Justieren durch Fügen von Ausgleichsteilen Justieren durch Einstellen Justieren durch Nachbearbeiten Montieren Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonderoperationen Spur, G: Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 5; VDI-Richtlinie 2860

35 Sonderoperationen Sind spezielle Tätigkeiten, deren Umfang von den vorausgehenden und nachfolgenden Prozessen abhängig sind. Diese zusätzlichen Operationen werden in den Montageprozess integriert. CO 2 Schneestrahlen induktive Bördelranderwärmung bzw. das Gelieren von Klebern Montieren Fügen Handhaben Kontrollieren Justieren Sonderoperationen Entgraten

36 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

37 Manueller Einzelarbeitsplatz Produktionstechnik II VL 11: Montage Quelle: Fa. GWS

38 Flexible Montagezelle Produktionstechnik II VL 11: Montage

39 Starrer Montageautomat Produktionstechnik II VL 11: Montage Montageautomat der Firma BOS Oberspree Sondermaschinenbau GmbH Montageautomat der Firma DEPRAG SCHULZ GmbH

40 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

41 Kommunikation in der Automatisierungstechnik Leit-Ebene Ethernet Profibus Zellen-Ebene Feld-Ebene Sensor-Aktuator-Ebene AS-Interface In der Leitebene werden übergeordnete Aufgaben bearbeitet, die den gesamten Betrieb betreffen (Managementfunktionen). In der Zellen-Ebene kommunizieren Automatisierungsgeräte wie SPS oder IPC untereinander und mit IT- Systemen der Bürowelt über deren Standards wie Ethernet, Internet oder Intranet. In der Feld-Ebene kommunizieren die dezentralen Peripheriegeräte wie E/A-Module, Messumformer oder Antriebe. In der Sensor-Aktuator-Ebene werden die Signale der binären Sensoren und Aktuatoren über einen Sensor-Aktuator-Bus übertragen. Quelle: PROFIBUS Nutzerorganisation e.v.

42 Industrielle Kommunikationssysteme Ethernet Profibus AS-Interface Protokoll über das sich Computer eines bestimmten Typs verständigen bus-basiertes Netz z.b. SPS und PC herstellertunabhängiger, offener Feldbusstandard Anwendung in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik Master-Slave-Betrieb z.b. SPS Zweileiterbus inklusive Spannungsversorgung einfache Erweiterbarkeit störsicher wirtschaftlich z.b Sensoren, Aktuatoren, Sicherheitskomponenten oder E/A Baugruppen Quelle: PROFIBUS Schweiz Quelle: Siemens AG

43 Speicherprogrammierbare Steuerungen Definition Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein Kleincomputer der zur Automation von Maschinen und Anlagen benutzt wird. Der gewünschten Ablauf der zu steuernden Maschine oder Anlage wird über eine SPS durch ein Programm festlegt. S7 300 von Siemens Aufbau CPU Baugruppe E/A Baugruppe Speicherbaugruppe Kommunikationsbaugruppe aktive Baugruppen Einsatzgebiete Überwachung von Fertigungsprozessen Steuerung in der Automobilmontage weitere Einsatzgebiete in der Automatisierungstechnik Quelle: Siemens AG

44 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

45 Maßnahmen der montagegerechten Produktgestaltung Montagegerechte Produktgestaltung montagegerechte Produktstrukturierung Baukastenprinzip Baureihenstrukturierung vormontierte Baugruppen Standardisierung Reduzierung der Teilevielfalt Teilefamilienbildung montagegerechte Konstruktion Vermeidung von Montagevorgängen Vereinfachung von Montagevorgängen

46 Einfluss der Produktstruktur auf die Variantenbildung innerhalb der Baugruppenebene Produktstruktur Produktebene Baugruppenebene Einzelteil-ebene ungünstig günstig variantenabhängiges Einzelteil variantenabhängige Baugruppe bzw. Produkt variantenunabhängiger Bestandteil

47 Auswirkung der Standarisierungsmaßnahmen Kalkulationsmethode Auswirkungen der Standardisierung Materialkosten Fertigungskosten variabel fix variabel fix größere Einkaufslose weniger Einkaufsvorgänge, geringere Lagerungsund Modellkosten größere Fertigungslose, leistungsfähigere Fertigungseinrichtungen weniger Vorrichtungen, NC-Programme, Arbeitspläne Konstruktion/Entwicklung vorwiegend fix weniger Zeichnungen Qualitätskosten vorwiegend fix weniger Messzeuge, Ausschuss, Nacharbeit Verkauf/Vertrieb vorwiegend fix weniger Produktdokumentation Verwaltung vorwiegend fix weniger Teilstämme, Identnummern

48 Montagegerechte Konstruktion Produktionstechnik II VL 11: Montage Das systematische Vorgehen während des Konstruktionsprozesses mit dem Ziel, den Zusammenbau eines Produkts durch konstruktive Maßnahmen mit minimalem technischen und wirtschaftlichen Aufwand zu ermöglichen. Gestaltungsziel Gestaltungsmittel ungünstig Beispiel günstig Minimale Teileanzahl Integralbauweise anstreben Verwendung einheitlicher und leicht automatisierbarer Fügeverfahren Fügehilfsteile vermeiden einfache Zugänglichkeit für Füge- und Kontrollwerkzeuge lineare Bewegung ermöglichen

49 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 11: Montage 8.9 Montage Einführung in die Montagetechnik Teilfunktionen des Montierens Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren und Sonderfunktionen Montageanlagen Informationsfluss in Montagesystemen Montagegerechte Produktgestaltung Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen

50 Beurteilung und Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen Kriterien Organisatorische Kriterien Wirtschaftliche Kriterien Personalbezogene Kriterien Montagetechnische Flexibilität Ausbaufähigkeit Automatisierungsgrad Grad der Arbeitsteilung Ausnutzung bestehender Einrichtungen Projektierungs-aufwand Installationszeitraum Lieferfristen Kundendienst Investitionen Variable Montagekosten/Stück Fixe Montagekosten/Stück Amortisationsdauer Zahl der Arbeitskräfte Qualifikation der Arbeitskräfte Arbeitsbedingungen Dauer der Einarbeitungszeit Verfügbarkeit Flächen- und Raumbedarf Nutzung des vorhandenen Knowhows

51 Relative Kosten Produktionstechnik II VL 11: Montage Möglichkeiten zur Kostenbeeinflussung und Änderungskosten Möglichkeit zur Kostenbeeinflussung Änderungskosten Konstruktion Arbeitsvorbereitung Fertigung Montage