6 6O J [}J IT] IT] = Forschung und Praxis Band 120 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), 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 Rainer Schanz Entwicklungs- und Planungshilfen zum Aufbau von flexiblen Ordnungssystemen Mit 48 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo 1988 Dipl.-Ing. Rainer Schanz Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Dr.-Ing. H. J. Warnecke '0. Professor an der Universitll.t Stuttgart Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger o. Professor an der Universitll.t Stuttgart Fraunhofer-Institut far Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart 093 ISBN-13:978-3-540-19394-4 e-ISBN-13:978-3-642-83507-0 001: 10.1007/978-3-642-83507-0 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschotzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbiidungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfiimung oder der Vervielfll.ltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Verfieifll.itigung dieses Werkes oder von Teiien dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzllchen Bestimmungen des Urheber rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom 24. Juni 1985 zulassig. Sie ist grundsatzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unter liegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1988. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw, in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschulz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wll.ren und daher von jedermann benutzt werden dOrften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VOl, VDE) Bezug genom men oder aus Ihnen ziliert worden sein, so kann der Verlag keine Gewahr fOr Richtigkeit, Volistandigkeit oder Aktualitll.t Obernehmen. Es empfiehlt sich, ge gebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die vollstll.ndigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gOltigen Fassung hinzuzuziehen. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim 2362/3020-543210 Geleitwort der Herausgel?er Futuristische BUder werden heute entworfen: o Rebater bauen Reboter, o Breitbandinformationssysterne transferieren riesige Datenmengen in Sekunden tmI die ganze Welt. Von der "rrenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und VOID "papierlo sen Biiro". WOrtlich genonmen muB man beides als Utopie bezeichnen, aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "automatischen Fertigung" und ZtmI "rechnerunterstiitzten Biiro ". Forschung bedarf der Perspektiv e , Forschung ben5tigt aber auch die Riickkopplung zur Praxis - insbeson dere :irn Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft. FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schliis selstellung. Mechanisierung und Automatisierung haben es uns in den letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft stlindig zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung einzelner Maschinen und Verfahren :irn Vordergrund. Reute wissen wir, daB wir das Zusarmenspiel der verschiedenen Unternehrnensbereiche starker beachten miissen. In der Fertigung seThst konzipieren wir flexible Fer tigungssysterne, die viele verkettete Einzelrnaschinen beinhalten. Dart, wo es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv i.iber die Verkniipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstiitzte Informationssysterne helfen dabei und sollen Ztml CIM (Corrputer Integrated Mi3l1ufacturing) fiihren und CAD (Conputer Aided Design) und CAM (Conputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die Biiroarbeit wird neu durchdacht und mit HUfe vernetzter Corrputersysterne teilweise autanatisiert und mit den anderen Untemehrnensfunktionen verbunden. Information ist zu einern Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie man damit urrgeht, wird mit i.iber den UnternehIrenserfolg entscheiden. Der Erfolg in unseren Unternehrnen hangt auch in der Zukunft entschei dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto rnatisierung miissen deshaTh :irn Zusarmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tung betriebeD. werden, unter Beriicksichtigung der Bediirfnisse der Mit arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshaTh in der Produktion wie :i.rn Biiro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be gleitet werden. Bereits :i.rn Planungsstaditml miissen Technik, Organisation und Soziales :i,ntegrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs zielen belegt werden. Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bernlihen durch die Entwicklung von J'.Ethoden und Vorgehensweisen zur systernatischen Analyse und Ver besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder lichen Dienstieistungsfunktionen unterstiitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusarmnenarbeit mit anderen Disziplinen, z. B. der InfQrmatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis senschaft, Uisungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen. Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei tung :irn Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung i.iber Konstruk tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali tatskontrolle reicht. Be:i.rn MaterialfluB geht es tmI die richtige Aus- wahl und den Einsatz von Ferdennitteln sowie Anordnung und Ausstattung von Lagem. GroBe Aufmerksarnkeit wird in nachster Zukunft auch der _iteren AutO!llatisierung der Handhabl.lllg von WerkstUcken und Werkzeu gen sowie der M:mtage von Produkten geschenkt werden. Von der Forschung mu1\ in diesem Zusarmrenhang ein Beitrag ZUIll Einsatz fortschrittlicher intelligenter Computersysteme erfolgen. Planungs prozesse mlissen durch Softwaresysteme unterstiitzt und Arbeitsbedingun gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet werden. Die van den Herausgebern geleiteten Institute, das - Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut fUr Produktianstechnik und AutO!llatisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der labors und die Qualifikatian der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBern Wert waren. Zur Umsetzung gew:mnener 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 SchluB dieses Buches gegeben. Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer Verlag fUr die Aufnahrre dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette und der Druckerei fUr saubere und ziigige Ausfi.ihrung. Mi:ige das Buch von der Fachv;elt gut aufgenOll1llEIl _rden. H. J. Warnecke • H.-J. Bullinger Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fOr Produktions technik und Automatisierung (I PA) , Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt dem Leiter des Instituts, Herrn Prof. Dr.lng. H.-J. Warnecke, fOr seine groBzugige UnterstUtzung und Forderung, die entscheidend zur erfolgreichen DurchfOhrung meiner Arbeit beigetragen haben. Herrn Prof. Dipl.-Ing. A. Jung danke ich fOr die eingehende Durchsicht, die anschlieBenden kritischen Diskussionen und fUr die vielen wertvollen Hinweise, die sich daraus ergaben. Aus dem groBen Kreis der Kollegen des Instituts, die mich durch ihre Mitarbeit und anregende Kritik unterstUtzt haben, mochte ich die Herren P. Baumbausch, Dr.-Ing. B. Graf, Dipl.-Ing. J. GeiBinger, Dipl.-Ing. G. Jordan, Prof. Dr.-lng.R.-D. Schraft sowie Dr.-Ing. M. Schweizer besonders erwahnen. Ihnen allen gilt mein besonderer Dank. Stuttgart 1988 Rainer Schanz INHALTSVERZEICHNIS Seite 1 Einleitung 14 1.1 Problemstellung 14 1.2 Vorgehensweise 15 2 Stand der Technik 18 2.1 Definitionen und Begriffe 18 2.2 Ausgangssituation 19 2.2.1 Flexible Ordnungssysteme 19 2.2.2 Marktangebot fOr Ordnungssysteme 24 2.3 Analyse des Ordnens mittels Ordnungssystemen mit 27 flexiblen Ordnungselementen 2.3.1 Komponenten und Systemgrenzen 27 2.3.2 Vorgaben aus Fertigung und Montage 29 2.3.3 Klassifizierung von WerkstOcken bezOglich des Ordnens 31 3 Ableitung von Entwicklungsschwerpunkten 34 3.1 Foigerungen aus der Analyse der Ausgangssituation 34 3.2 Entwicklungsschwerpunkte 34 3.2.1 Pflichtenheft fOr ein flexibles Ordnungssystem 35 mit freiprogrammierbaren Ordnungselementen 3.2.2 Pflichtenheft fOr die Gestaltung der entwickelten flexiblen 36 Ordnungssysteme 4 Konzeption und Aufbau eines flexiblen 39 Ordnungssystems mit freiprogrammierbaren Ordnungselementen 4.1 Anwendungsbereich und Einsatzproblematik 39 4.2 Funktionstrager zur Realisierung des flexiblen 40 Ordnungssystems 4.3 Auswahl geeigneter Systemkomponenten 40 4.3.1 Bunkeraustrag 41 4.3.2 F6rder-und Ordnungseinrichtung 42 4.3.3 WerkstOckerkennungssystem 42 -10- Seite 4.3.4 Austragsstrecke 43 4.4 Konzeption und Aufbau freiprogrammierbarer passiver 43 Ordnungselemente 4.4.1 Konstruktive Gestaltung und Aufbau 44 4.4.2 Auslegung der Steuerung 48 4.4.3 Versuche zur Funktionsweise 49 4.5 AusfOhrungsformen aktiver Ordnungselemente 51 5 Erarbeiten von Merkmalzuordnungen fur das flexible 53 Ordnungssystem 5.1 Anwendungsbereich und Einsatzproblematik 53 5.2 Festlegung der Beschreibungsmerkmale und der 53 Merkmalzuordnung 5.2.1 Zuordnung von organisatorischen Kriterien 54 und WerkstOckmerkmalen 5.2.2 Zuordnung von organisatorischen Kriterien und 54 Ordnungssystemmerkmalen 5.2.3 Zuordnung von WerkstOckmerkmalen und 55 Ordnungssystemmerkmalen 5.2.4 Gegenseitige Abhangigkeiten von Ordnungssystem- 56 merkmalen 5.3 Methode zur Beschreibung von WerkstOcken 58 bezOglich des flexiblen Ordnungssystems 5.3.1 Abmessung 60 5.3.2 Vereinzelungsverhalten 61 5.3.3 Orientierung 62 5.3.4 Form 64 6 Entwicklung von Regeln zur Gestaltung von flexiblen 66 Ordnungssystemen 6.1 Erforderliche Verfahrensschritte 66 6.2 Datenerfassung ordnungsrelevanter Merkmale 68 6.3 Datenanalyse und -verarbeitung 68 6.3.1 Strukturierung der Modulbl6cke 68 6.3.2 Strukturierung der Modulblocks "Sensorerkennung" 70 -11 - Seite 6.3.3 Erarbeitung von Regeln des Moduls "Geschwindigkeit" 72 6.3.4 Erarbeitung von Datenbankmodulen fUr Ordnungs- 75 systemkomponenten 6.4 Datenauswertung und Ergebnisdarstellung 78 7 Realisierung des Verfahrens und Umsetzung 80 fur die EDV 7.1 Verwendete Rechnerumgebung 80 7.2 Strukturierung des Verfahrens 80 7.2.1 Verfahrenselemente 81 7.2.2 Umsetzung der Fakten und Regeln 82 7.3 Benutzeroberflache 85 7.3.1 Festlegung des Benutzerkreises 85 7.3.2 Datenerfassung 86 7.3.3 Ergebnisdarstellung 87 8 Erprobung des Gestaltungsverfahrens und der 88 flexiblen Ordnungselemente an einem Praxisbeispiel 8.1 DurchfUhrung des Zuordnungsverfahrens 88 8.2 Einsatz der flexiblen Ordnungselemente 93 8.3 Ergebnisse der Erprobung 94 9 Zusammenfassung und Ausblick 95 10 Schrifttum 97 -12- Abkurzungen und Formelzeichen A AusgangsgrOl3e Aws mm Abstand zweier WerkstOcke in Linearanordnung AS AusgangsgrOl3en des Moduls Sensorerkennung b mm Bunkerbreite B B Bunkeraufstellbreite CCD Charge Coupled Device d mm Durchmesser D mm Topfdurchmesser t DEC Digital Equipment Corporation FT mm2 TopfbodenW:iche K Konischer Topf eines Vibrationswendelf6rderers k Volumenfaktor I mm Lange mm Bunkeraufstellange LB L Maustaste links, einmal klicken ~ Maustaste links, zweimal klicken Lz Faktor zulassiger Lagen der WerkstOcke im Topf m 9 Masse der WerkstOcke im Bunker B max maximal min minimal mws 9 Masse des WerkstOcks M Maustaste Mitte, einmal klicken M2 Maustaste Mitte, zweimal klicken n Zahlindize n Anzahl WerkstOcke im Bunker WSB n Anzahl WerkstOcke im Topf WSFT 0 Orientierung OG Orientierungsgrad OS Ordnungssystem P Stck/min Austragsleistung a q Faktor Austragsmenge R Maustaste rechts, einmal klicken s mm Weg S Stufentopf eines Vibrationswendelf6rderers