Konzeption und Auswahl modularer Magazinpaletten

130 Pages·1987·6.396 MB·German

by  Dipl.-Ing. Thomas Zipse (auth.)

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Forschung und Praxis
Band 100
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart, und
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger
Thomas Zipse
Konzeption und Auswahl
modularer Magazinpaletten
Mit 54 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1987
Dipl.-Ing. Thomas Zipse
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPAj, Stuttgart
Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13:978-3-540-17584-1 e-ISBN-13:978-3-642-83044-0
001: 10.1007/978-3-642-83044-0
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1987.
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waren und daher von jedermann benutzt werden dOrften.
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236213020-543210
Geleitv.Drt der Herausgeber
Futuristische Bilder werden heute entv.Drfen:
o Rebater bauen Reboter,
o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in
Sekunden urn die ganze Welt.
Von der "rnenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und VOID "papierlo
sen BUro". WOrtlich genomuen rnuB man beides als Utopie bezeichnen,
aber der Entwicklungstrend geht sieher zur "autarnatischen Fertigung"
und zum "rechneruntersttitzten Btiro". Forschung bedarf der Perspektive,
Forschung benOtigt aber auch die Rlickkopplung zur Praxis - insbeson
dere im Bereieh der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft.
FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schltis
selstellung. Mechanisierung und Autcrnatisierung haben es uns in den
letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft standig
zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung
einzelner Maschinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB
wir das Zusarruralspiel der verschiedenen Unternehrnensbereiche starker
beachten mtissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexilile Fer
tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dort,
1M) es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv
tiber die Verknlipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung
und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstlitzte Informationssysteme
helfen dabei und sollen zurn CIM (Computer Integrated Ma'1ufacturing)
ftihren und CAD (Corrputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu
facturing) vereinen. Auch die BGroarbeit wird neu durchdacht und mit
Hilfe vernetzter Garnputersysteme teilweise automatisiert und mit den
anderen Unternehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem
Produktionsfaktor gew::>rden, und die Art und Weise, wie man Clamit urrqeht,
wird mit tiber den Unternehrnenserfolg entscheiden.
Der El:folg in unseren Unternehrnen hangt auch in der zukunft entschei
dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto
matisierung'mtissen deshalb im Zusammenhang mit Fragen der Arbeitsgestal
tung betrieben werden, unter Berlicksichtigung der Bedlirfnisse der Mit
arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve
stitionen in Maschinen und Anlagen mlissen deshalb in der Produktion wie
im BUro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be
gleitet werden. Bereits im Planungsstadiurn mtissen Technik, Organisation
und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs
zielen belegt werden.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bemtihen durch die Entwicklung
von Methoden und Vorgehen~isen zur systematischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder
lichen Dienstieistungsfunktionen unterstlitzt werden. Die Ingenieure
sind hier gefordert, in enger ZUSarruralarbeit mit anderen Disziplinen,
z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis
senschaft, L6sungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen
Rechnung tragen.
Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei
tung im Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung tiber Konstruk
tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali
tatskontrolle reieht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus-
wahl und den Einsatz van F6rdermitteln sowie Anordnung und Ausstattung
van Lagem. GroBe Au:fmerksamkeit wird in nachster Zukunft auch der
wsiteren Automatisierung der Handhabung von Werkstticken und Werkzeu
gen sowie der M:m.tage van Produkten geschenkt werden.
Von der Fbrschung muB in diesem Zusarmtenhang ein Beitrag zum Einsatz
fortschrittlicher intelligenter CoJrputersystene erfolgen. Planungs
prozesse mtissen durch Softwaresystene unterstutzt und Arl:leitsbedingun
gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet wsrden.
Die van den Herausgebem geleiteten Institute, das
- Institut fiir Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Urliversitat
stuttgart (IFF),
- Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fiir Arl:leitswirtschaft und Organisation (IAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Fbrschung intensiv an den
oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der labors und
die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit
zu Forschungsergebnissen gefllhrt, die fiir die Praxis van groBem
Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende
Band setzt diese Reihe fort. Eine tibersicht tiber bisher erschienene
Titel wird am SehluB dieses Buches gegeben.
Oem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, Clem Springer
Verlag fUr die AufnahnE dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa
lette und der Druckerei fUr saubere und zugige Ausfilllrung. Mage das
Buch von der Fachwelt gut aufgenarnnen wsrden.
H. J. Warnecke· H.-J. Bullinger
1m Gedenken an meinen Vater
meiner Mutter gewidmet
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fur Pro
duktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart.
Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn Prof.
Dr.-Ing. H.-J. Warnecke fur seine groBzugige Unterstutzung und
Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen Durchfuhrung die
ser Arbeit beigetragen hat.
Herrn Prof. Dipl.-Ing., Dr. techno F. Beisteiner danke ich fur
die Dbernahme des Koreferats und fur die wertvollen Hinweise,
die sich daraus ergaben.
Aus dem Kreis der Kollegen und Kolleginnen des Instituts, die
mich durch ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstutzt ha
ben, mochte ich besonders Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer und Herrn
Dipl.-Ing. J. Schuler erwahnen. Herrn Dipl.-Ing. W. Muller danke
ich fur die Konstruktion des Magazinsystems, Herrn Dr.-Ing. H.
Uetz fur die "Initialzundung" der Arbeit sowie Frau A. Ihle und
Frau S. Rauner fur die sorgfaltige und engagierte Arbeit bei der
Zeichnungserstellung.
Danken mochte ich auch meiner Frau, Anna und Maria, die mir
diese Arbeit erst ermoglicht, mich stets motiviert haben und dem
zur Anfertigung einer solchen Arbeitlerforderlichen Zeitaufwand
groBes Verstandnis entgegenbrachten.
Stuttgart, im November 1986 Thomas Zipse
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
0.1 Schrifttum . . • . . . . 12
0.2 Kurzzeichen und Symbole 19
1 Aufgabenstellung und Zielsetzung 22
1.1 Problemstellung . . . . . . . 22
1.2 Zie1setzung und Vorgehensweise 22
1.3 Begriffe und Definitionen 25
1.3.1 Materia1f1uBvorgange • • . 25
1. 3.2 Magazinpa1etten - Aufgaben und Kennzah1en 28
1.4 Stand der Technik . . •• • • . • . • 29
1.4.1 Magazinpa1etten - Konzepte und Verbreitung 31
1.4.2 Rechnerunterstlitzung in Planung und Betrieb von
Materialf1uBsystemen . . . . • • . . . • • . • • 34
2 Neue Anforderungen an Materia1f1uBsysteme und
-einrichtungen . • • • • • . • • 36
2.1 Automatisierung von Transport- und
Handhabungseinrichtungen . . . 36
2.2 Vie1fa1t divergierender Entwick1ungen 37
2.3 AuBere Einf1uBfaktoren auf den Materia1f1uB 38
2.3.1 Veranderung von Durch1aufzeiten, Fertigungs- und
Nontage1osgroBen . . • . • • • • . • • • • 38
2.3.2 Automatisierung a11er Materia1f1uBvorgange 39
2.3.3 Informationstechnische Integration in CIM-Systeme 41
3 Notwendigkeit und Anforderungen an modu1are
Magazinpa1etten • . • . . • • . . . 42
3.1 Unterschiede zwischen Produktions- und
Fordereinheiten 44
3.2 Integration von Fertigung und Montage 46
3.3 Auftragskommissionierung erganzt
WerkstUckbereitste11ung . . . . . . . . . . . . 47
- 10 -
4 Entwicklung eines Baukastensystems fUr modu1are
Magazinpa1etten 48
4.1 Baukastene1emente modularer Magazinpa1etten 48
4.2 AusfUhrungsbeispiel • • • . 49
5 A1lgemeingUltige Beschreibung der
HUllkorpergeometrie von Teilen 58
5.1 Rotationsteile • . 60
5.2 Prismatische Tei1e 60
5.3 Beschreibung realer Teile mit Hi1fe der
HU11korpergeometrien • • 60
5.4 tiberprUfung der Aussagekraft der
HU1lkorpergeometrie 65
6 Zuordnung von Baukastene1ementen zu Forder- und
Bereitste11ungsaufgaben 68
6.1 P1anung des Einsatzes im Betrieb 69
6.1.1 Kostenbetrachtung der Baukastenelemente 71
6.1.2 Ermitt1ung des Bedarfs an Baukastene1ementen 71
6.2 Ablauf des betrieb1ichen Einsatzes modu1arer
Magazine • 74
6.3 Vorgehensschritte bei der Anwendung des
Zuordnungsverfahrens . 76
7 Entwick1ung und A1gorithmierung des
Zuordnungsverfahrens . 84
7.1 Erforderliche Verfahrense1emente 84
7.1.1 Beschreibung der Magazinpa1etten 84
7.1.2 Erwei terbarkei t von r1agazinsystem und
Zuordnungsverfahren 87
7.1.3 Gestaltung der Bedienerschnittstelle 89
7.2 Aufbau und Aus1egung der Datenbasen 90
7.2.1 Teilebeschreibung 91
7.2.2 Baukastene1emente und Aufnahmemoglichkeiten 92
7.2.3 Ergebnisdaten 94
7.2.4 StUcklisten und Montageanleitungen 95
7.3 Bestimmung technisch geeigneter
Aufnahmemog1ichkeiten 96
- 11 -
7.3.1 Grundsatzliche Eignung des Aufnahmeprinzips 96
7.3.2 Geometrieabgleich Teil - Aufnahme 97
7.3.3 Positionstoleranz fUr die automatische Handhabung 98
7.3.4 Kippsicherheit . . . • . . • . . 101
7.3.5 Schraglagen in Prismenaufnahmen 103
7.3.6 Aufnahme im Baukasten-Rastgitter 104
7.3.7 Notwendigkeit von Sonderaufnahmen 104
7.3.8 Problematik veranderter Teilegestalt (Roh- und
Fertigteil) ••...••.•• 105
7.4 Kapazitats- und Kostenermittlung 106
8 Realisierung des Verfahrens und Umsetzung fUr die
EDV 108
8.1 Anforderungen des Verfahrens an die
EDV-Hardware-Konfiguration . • .••. 109
8.2 Modularisierung und Strukturierung in
Verfahrenselemente . • • . . 110
8.2.1 Hauptfunktionen "Verwaltung" 110
8.2.2 Hauptfunktion "Zuordnung" 112
8.2.3 Unterfunktion "tiberprUfung der technischen
Eignung" .• .•.•. .•.. 114
8.3 Realisierung der Verfahrenskomponenten 114
8.4 Benutzeroberflache • • . • • . . • . • 115
9 Erprobung der industriellen Anwendbarkeit 117
9.1 Auswahl von WerkstUcken 117
9.2 Ergebnisse . . . • • • . 122
9.3 Ansatze fUr Verbesserungsmoglichkeiten und
Ausblick •.•.•.....•.... . .. 122
10 Zusammenfassung. . . . . . . . • . . . . . . . . 125
0.1 Schrifttum
/1/ Warnecke, H.J.: Von Taylor zur Fertigungstechnik von
morgen.
wt-Z.ind.Fertig. 75 (1985) 11,
S. 669-674.
/2/ Dauser, R.; Organisationskonzept zur Sicherung
Warnecke, H.J.: der Liefertreue bei minimalen
BesUinden.
In: 25 Jahre IPA: Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automati
sierung stuttgart. Teil 2. Munchen:
Fraunhofer-Gesellschaft, 1984.
/3/ Warnecke, H.J. ; Perspektiven der werkzeugmaschinen
Zipse, T. : produktion in der EG und in Japan.
VDI-Z Bd. 127 (1985) 10, s. 351-356.
/4/ Beisteiner, F. ; Fordertechnik im Fertigungsbetrieb.
Fischer, W.: VDI-Z Bd. 119 (1977) 7, S. 379-383.
/5/ Schraft, R.D. : Technologien zur Automatisierung
heute und morgen, Maschinen - Hand
habung - Transport.
In: Der zeitgemaJ3e Betrieb / Fraunho
fer-Institut fur Produktionstechnik
und Automatisierung; REFA verband fur
Arbeitsstudien und Betreibsorganisa
tion; Rationalisierungskuratorium der
deutschen Wirtschaft; Laboratorium
fur Werkzeugmaschinen und Betriebs
lehre RWTH Aachen. Fachtagung Bad
Soden/TS, 14.-15. Februar 1985. 0.0.:
AWF, 1985.
/6/ RoJ3ner, W.: MaterialfluBgestaltung in
Fertigungssystemen.
Stuttgart, Universitat, Diss. 1981.