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Forschung und Praxis
Band 214
Berichte aus dem
Fraunhofer-lnstitut für Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA}, Stuttgart,
Fraunhofer-lnstitut für Arbeitswirtschaft
und Organisation (IAO), Stuttgart,
Institut für Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart und
Institut für Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement, Universität Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger
Peter Schmid
Arbeitsprogramm
generierung zum
Schutzgasschweißen
mit Industrieroboter
systemen im Schiffbau
Mit 42 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Dipl.-lng. Peter Schmid
Fraunhofer-lnstitut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-lng. Dr. h. c. Dr.-lng. E. h. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-lnstitut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-lng. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-lnstitut tor Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), Stuttgart
093
ISBN 978-3-540-59058-3 ISBN 978-3-662-05822-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-05822-0
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995.
Ursprunglich erschienin bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1995
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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
SPIN 10497958 62/3020-6543210
Geleitwort der Herausgeber
Über den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer markt
wirtschaftlichen Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt.
Das bedeutet, möglichst frühzeitig absatzmarktorientierte Anforde
rungen sowie deren Veränderungen zu erkennen und darauf zu reagie
ren.
Neue Technologien und Werkstoffe ermöglichen neue Produkte und er
öffnen neue Märkte. Die neuen Produktions- und Informationstechno
lagien verwandeln signifikant und nachhaltig unsere industrielle
Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Veränderungen signa
lisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unse
ren Industriebetrieben deutlichen Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfältiger und an
spruchsvoller geworden. Die Integration des europäischen Marktes,
die Globalisierung vieler Industrien, die zunehmende Innovations
geschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft und die
übergreifenden ökologis'chen und sozialen Probleme, zu deren Lösung
die Wirtschaft ihren Beitrag leisten muß, erfordern von den Füh
rungskräften erweiterte Perspektiven und Antworten, die über den
Fokus traditionellen Produktionsmanagements deutlich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten
Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer'Unterneh
men. Die Entkopplung der Arbeitszeit von der Betriebszeit, inte
grierte Planungsansätze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen Entwicklungsrich
tungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Men
schen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung zu stellen - die
traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansätze weichen ei
ner stärkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizie
rungsprogramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterent
wicklung gewinnen als Differenzierungsmerkmal und als Zukunftsin
vestition in Human Recources an strategischer Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muß dieses Bemühen durch die Ent
wicklung von Methoden und Vergehensweisen zur systematischen
Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb ein
schließlich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stützt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusam
menarbeit mit anderen Disziplinen, z.B. der Informatik, der Wirt
schaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft, Lösungen zu er
arbeiten, die den veränderten Randbedingungen Rechnung tragen.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der
Universität Stuttgart (IFF),
Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
(IPA),
- Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an
den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der
Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der
Vergangenheit zu Forschungsergebnissen geführt, die für die Praxis
von großem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird
die Schriftenreihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben.
Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Übersicht über
bisher erschienene Titel wird am Schluß dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei für die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag für die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebots
palette und der Druckerei für saubere und zügige Ausführung. Möge
das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
H.J. Warnecke H.-J. Bullinger
Vorwort des Verfassers
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für
Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Teile
der Untersuchungen wurden mit Mitteln des Bundesministers für
Forschung und Technologie (BMFT) gefördert.
Herrn Prof. Dr. mult. Hans-Jürgen Warnecke, dessen großzügige
Unterstützung und Förderung entscheidend zur Durchführung
dieser Arbeit beigetragen haben, möchte ich an dieser Stelle
besonders danken.
Herrn Professor Dr.-Ing. Ulrich Dilthey danke ich für die
Übernahme des Mitberichts und für seine wertvollen Hinweise
bereits während der Anfertigung der Arbeit.
Aus dem großen Kreis der Mitarbeiter des Instituts, die mich
mit inhaltlichen Anregungen oder durch tatkäftige Mithilfe bei
der textlichen, grafischen und informatischen Ausarbeitung
unterstützt haben, möchte ich Herrn Dr.-Ing. Rolf Steinhilper,
Herrn Dr.-Ing. Wolfgang Utner, Herrn Dipl.-Ing. Werner Bauer,
Herrn Dipl.-Inform. Ronald Röhl, Frau Dipl.-Math. Evelyn
Ruchti, Herrn Dipl.-Ing. (FH) Erwin Fischer und Herrn
Dipl.-Math. (FH) Boris Feifel sehr danken.
Meiner Frau Manuela und meinen Kindern Mare und Marie
Christine, die mit ihrer Geduld und ihrem Verständnis für
die Entbehrungen während zahlreicher Arbeitsstunden die
Fertigstellung dieser Arbeit begleiteten, danke ich aus
tiefstem Herzen.
Stuttgart 1994 Peter Schmid
I n h a 1 t
0 Abkürzungen und Formelzeich 12
1 Einleitung 15
2 Stand der Erkenntnisse bei der Arbeitsprogramm- 17
generierung zum Schutzgasschweißen mit
Industrierobotersystemen im Schiffbau
2.1 Werkstücke zum Schutzgasschweißen im Schiffbau 17
2.2 Bekannte Entwicklungen für das Schutzgasschweißen 18
im Schiffbau mit Industrierobotern
2.3 Verfahren und Hilfsmittel für die Arbeitsprogramm- 22
generierung zum Schutzgasschweißen mit Industrie
robotersystemen
2.4 Erkenntnisbedarf für die Arbeitsprogrammgenerierung 23
zum Schutzgasschweißen mit Industrierobotersystemen
im Schiffbau
3 Zielsetzung 26
4 Konzeption des Verfahrens zur Arbeitsprogrammgenerierung 27
zum Schutzgasschweißen von Doppelbodensektionen, Seiten
tanksektionen und Schotten mit Industrierobotersystemen
4.1 Ermittlung der Anforderungen an das Verfahren 27
4.1.1 Anforderungen seitens der Werkstücke 27
4.1.2 Schweißtechnische Anforderungen 30
4.1.3 Gerätetechnische Anforderungen 30
4.1.4 Organisatorische Anforderungen 33
4.1.5 Anforderungen seitens des Anwenders 34
4.2 Erarbeiten der Aufgaben der Arbeitsprogramm- 34
generierung
4.3 Erstellen der Struktur des Verfahrens 37
5 Entwicklung der Modelle für das Verfahren 42
5.1 Koordinatensysteme 42
5.2 Modellbildung des Werkstücks 44
-10-
6 Entwicklung des Verfahrens zur Bestimmung 47
bestgeeigneter Schweißbilder
6.1 Schweißbilder gerader Fugen 47
6.1.1 Ermittlung der Schweißbilder gerader Fugen 47
6.1.2 Ermittlung der Häufigkeiten von Schweiß- 53
bildern gerader Fugen
6.1.3 Auswahl der bestgeeigneten Schweißbilder 54
gerader Fugen
6.2 Schweißbilder kreisförmiger Fugen 55
6.2.1 Ermittlung der Schweißbilder kreisförmiger 55
Fugen
6.2.2 Ermittlung der Häufigkeiten von Schweiß- 59
bildern kreisförmiger Fugen
6.3 Schweißbilder komplexer Fugen 59
6.3.1 Ermittlung der Schweißbilder komplexer Fugen 59
6.3.2 Ermittlung der Häufigkeiten von Schweiß- 61
bildern komplexer Fugen
6.3.3 Auswahl der bestgeeigneten Schweißbilder 65
komplexer Fugen
7 Entwicklung des Verfahrens zur Bestimmung der Makros 66
7:1 Makros 66
7.1.1 Entwicklung von Makros zum Schweißen 67
gerader Fugen
7.1.2 Entwicklung von Makros zum Schweißen 74
komplexer Fugen
7.1.3 Entwicklung von Makros zum Suchen mit dem 75
Gasdüsensensor
7.1.4 Entwicklung von Makros zum Korrigieren mit 79
dem Lichtbogensensor
7.1.5 Entwicklung von Makros zum Verschieben von 82
Makros
7.1.6 Entwicklung von Makros zum Reinigen von 82
Schweißbrennern
7.1.7 Entwicklung von Makros zum Wechseln von 83
Schweißbrennern
-11-
7. 2 Makroerstellung 85
7.2.1 Aufnehmen der Geometrieinformation mittels 85
Teach-In
7.2.2 Erstellen der Ablaufanweisungen 87
8 Generierung von makrobasierenden Arbeitsprogrammen 88
8.1 Ermittlung einer repräsentativen Box 89
8.1.1 Methode zur Ermittlung einer 89
repräsentativen Box
8.1.2 Repräsentative Box 90
8.2 Entwicklung von Sektions-Box-Dateien 93
8.2.1 Definieren einer Sektions-Box-Datei 93
8.2.2 Arbeiten mit Sektions-Box-Dateien 94
8. 3 Bearbeitung der Schweißaufgabe 96
8.3.1 Koordinatentransformation 96
8.3.2 Definieren von Schweißbildern und 99
Zuordnen von Makros
8.3.3 Arbeiten mit Schweißbildern und Makros 106
8.4 Planung des Schweißablaufs 106
8.4.1 Boxteilwände 107
8.4.2 Algorithmen 108
8.4.3 Roboterpositionen 109
8.4.4 Schweißbildzuordnung 112
8.4.5 Schweißabfolge 112
8.5 Generierung des Arbeitsprogramms 113
8.5.1 Industrieroboter-Steuerungsprogramm 114
generieren
8.5.2 Fertigungsunterlagen generieren 120
8.6 Anwendungsbeispiel 122
9 Zusammenfassung und Ausblick 124
10 Literatur 126
