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Die
Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage, insbesondere für
Karosserieeinheiten, mit mehreren Fertigungsmodulen und einer Steuervorrichtung nach
der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten
Art.
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Aus
der Praxis sind seit vielen Jahren automatisierte Fertigungsstraßen
zur Fließfertigung von Zusammenbaueinheiten wie Kraftfahrzeugkarosserien
bekannt, welche üblicherweise aus mehreren in einer Transferlinie
hintereinander in Reihe angeordneten Bearbeitungsstationen bestehen,
welche über eine gemeinsame Transporteinrichtung für
die Karosserien bzw. Karosserieteile verbunden sind. In einfachster
Weise werden die Karosserieteile taktweise durch die einzelnen Stationen
transportiert, wobei alle Stationen den gleichen Takt, d. h. gleiche
Prozess- und Nebenzeiten haben können oder taktmäßig
voneinander entkoppelt sein können.
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Bei
einer Fertigungsstraße im Karosserierohbau ist in der Praxis
mindestens eine sogenannte Geostation oder Framingstation vorhanden,
in der nur lose zusammengeklammerte oder gegebenenfalls auch erst
in der Geostation zugeführte Karosserieteile ihre geometrisch
bestimmte Form durch ein sogenanntes Heftschweißen erhalten.
An die Geostation können sich ein oder mehrere weitere
Ausschweißstationen oder auch sonstige andere Fertigungsstationen
mit der Weiterbearbeitung der Karosserieteile anschließen.
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Um
den Zusammenbau unterschiedlicher Karosserien in einer beliebigen
Reihenfolge in einer einzigen solchen Fertigungsstrasse zu ermöglichen, müssen
die Bearbeitungsgeräte der verschiedenen Bearbeitungsstationen
unterschiedliche, an den Modelltyp angepasste Arbeitsgänge
durchführen.
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Das
Ziel zahlreicher Entwicklungen war es, eine möglichst flexible
und effiziente Fertigungsstraße und eine diesen Anforderungen
entsprechende Steuerung der Fertigungsstraße und ihrer
Bestandteile bereitzustellen.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 41 92
274 A1 ein Verfahren und ein System zur Fertigungssteuerung
automatischer Fertigungsstraßen, wie etwa automatischer
Montagestraßen für Kraftfahrzeuge, bekannt, mit
einem Hostcomputer zur Ausgabe von Identifikationsdaten zum Identifizieren
von Werkstücken, mit einer Mehrzahl an vorbestimmten Stellen entlang
einer Fertigungsstraße angeordneter automatischer Bearbeitungseinheiten,
welche in Abhängigkeit von Betriebsanweisungsdaten Arbeitsgänge durchführen,
mit einer Datenwandlereinrichtung mit Textdateien, die die Beziehungen
zwischen den Betriebsanweisungsdaten und den Identifikationsdaten speichern,
mit Informationsspeichereinrichtungen, die jeweils an den entlang
der Fertigungsstraße bewegten, zu bearbeitenden Werkstücken
angeordnet sind und sich mit ihnen bewegen, und die Inhalte von an
den Werkstücken auszuführenden Arbeitsgängen speichern,
mit einer Datenschreibeinrichtung zum Einschreiben der durch den
Datenwandler erzeugten Betriebsanweisungsdaten in die Informationsspeichereinrichtungen
der Werkstücke entsprechend den Betriebsanweisungsdaten,
mit einer Leseeinrichtung zum Lesen von Information aus dem Informationsspeicher
eines an einer vorbestimmten Stelle der Fertigungsstraße
befindlichen Werkstücks, und mit einer Steuereinrichtung
zum Steuern der Bearbeitungseinheiten in Abhängigkeit von
der durch die Leseeinrichtung aus dem Informationsspeicher gelesenen
Information, so dass die Bearbeitungseinheiten an dem einen Werkstück
vorbestimmte Arbeitsgänge ausführen.
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Dabei
ist vorgesehen, dass die Informationsspeichereinrichtung eine Mehrzahl
Speicherbereiche aufweist, die jeweils die Information über
das eine Werkstück und Informationen über andere,
in einem vorbestimmten Bereich stromaufwärts des einen Werkstücks
entlang der Fertigungsstraße angeordnete Werkstücke
speichern.
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Mit
dieser Lösung können an den Bearbeitungsstationen
automatisiert die für den erkannten Werkstücktyp
erforderlichen Arbeitsgänge durchgeführt werden.
Weil die in dem Informationsspeichermedium gespeicherten Arbeitsgang-Anweisungsdaten
einer Mehrzahl an Werkstücken gelten, einschließlich
sowohl dem gegenwärtig an der Bearbeitungsstation befindlichen
Werkstück als auch dem an der Bearbeitungsstation nachfolgenden
Werkstück, kann die Bearbeitungsstation die Arbeitsgang-Anweisungsdaten
für das nächstfolgende Werkstück vorab erkennen,
noch bevor das nächstfolgende Werkstück nach Beendigung
der Bearbeitung des vorangehenden Werkstücks ankommt, wodurch
die Bearbeitungsstation sich für die Bearbeitung des nachfolgenden
Werkstücks vorbereiten kann.
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Nachteilhafterweise
sind jedoch wie bei den meisten bekannten Fertigungssystemen den
einzelnen Bearbeitungsstationen bestimmte Aufgaben zugeteilt, die
unabhängig von der Situation in anderen Bearbeitungsstationen
des Fertigungssystems abgearbeitet werden.
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Neuere
Entwicklungen verfolgen einen agentenorientierten Ansatz. Ein System
von sogenannten Softwareagenten ist durch das Zusammenwirken komplex
interagierender, autonomer Softwareeinheiten gekennzeichnet. Ein
Agent ist dabei eine abgrenzbare Softwareeinheit mit einem definierten
Ziel. Ein solcher Agent versucht, dieses Ziel durch autonomes Verhalten
zu erreichen und interagiert dabei kontinuierlich mit seiner Umgebung
und anderen Agenten.
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Beispielsweise
führt eine agentenorientierte Lösung für
Produktionssysteme, bei der alle beteiligten Elemente der Ferti gungsstraße
als autonome, kooperierende Agenten betrachtet werden, zu größerer
Flexibilität und Robustheit des Fertigungsprozesses.
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Die
DE 10 2005 034 079
A1 beschreibt ein modulares Fertigungssystem mit Agenten-basierter Auftragsvergabe
durch eine Steuereinrichtung, die dazu dient, die Werkstücke
Bearbeitungszentren und den Bearbeitungszentren die auszuführenden
Bearbeitungsvorgänge zuzuteilen. Dabei wird vorzugsweise
von vorher festgelegten Bearbeitungsfolgen ausgegangen.
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Es
können dabei mehrere Bearbeitungszentren vorgesehen sein,
wobei dann beispielsweise zwei, drei oder auch mehr Bearbeitungszentren
der gleichen Bearbeitungsfolge zugeordnet sind. Die Steuereinrichtung
teilt in einem solchen Fall einem ankommenden Werkstück
dasjenige Bearbeitungszentrum zur Ausführung der jeweiligen
Bearbeitungsfolge zu, das beispielsweise nach Optimierungskriterien
ausgewählt ist. Optimierungskriterien können der
geringste Transportweg oder eine Auslastung sein.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fertigungsanlage für
Zusammenbaueinheiten, insbesondere Karosserieeinheiten, mit mehreren
Bearbeitungsmodulen zu schaffen, in der auch unterschiedliche Typen
von Zusammenbaueinheiten mit größtmöglicher
Anlagenauslastung und Produktivität bearbeitet werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Fertigungsanlage gemäß den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Es
ist somit eine Fertigungsanlage für Zusammenbaueinheiten,
insbesondere Karosserieeinheiten, mit mehreren Bearbeitungsmodulen
mit wenigstens einem automatisierten Bearbeitungsgerät zur
Bearbeitung der Zusammenbaueinheiten, einem die Bear beitungsmodule
verbindenden Transportsystem für die Zusammenbaueinheiten
und einer wenigstens die Bearbeitungsmodule und das Transportsystem
steuernden Steuervorrichtung, welche an die Bearbeitungsmodule Arbeitsinformationen
ausgibt, vorgesehen. Erfindungsgemäß werden die
Arbeitsinformationen von der Steuervorrichtung in Abhängigkeit
eines Ist-Status der Bearbeitungsschritte an den Zusammenbaueinheiten
generiert, wobei wenigstens eine als von einem nachgeordneten Bearbeitungsgerät
in dem Bearbeitungsmodul oder in einem nachgeordneten Bearbeitungsmodul
ausführbar vordefinierte Arbeitsaufgabe variabel wenigstens
einem nachgeordneten Bearbeitungsgerät in dem Bearbeitungsmodul
oder nachgeordneten Bearbeitungsmodul mit einer Kapazität
zur Durchführung dieser Arbeitsaufgabe zuordnungsbar ist.
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Eine
erfindungsgemäße Fertigungsanlage hat den Vorteil,
dass in einem Bearbeitungsmodul an einer Zusammenbaueinheit nicht
ein starrer Ablauf von diesem Bearbeitungsmodul für den
entsprechenden Typ der Zusammenbaueinheit zugeordneten Bearbeitungsschritten
durchgeführt werden muss, sondern nach einer Durchführung
von Minimalarbeitsschritten, z. B. minimal erforderlichen Heftschweißungen,
ein Transport in ein nachgeordnetes Bearbeitungsmodul mit gerade
freier Kapazität zur Durchführung der verbleibenden
Arbeiten, z. B. Ausschweißarbeiten, erfolgen kann. Umgekehrt
können z. B. bei einer verlangsamten Prozessdurchführung in
nachfolgenden Bearbeitungsmodulen zusätzlich Arbeitsschritte
in einem flussaufwärtigen Bearbeitungsmodul erfolgen.
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Die
Erfindung ermöglicht die Aufsplittung von üblicherweise
einem Bearbeitungsmodul zugewiesenen Arbeitsgängen auf
unterschiedliche, gerade verfügbare Bearbeitungsmodule
einer Fertigungsanlage, womit deren Auslastung und Produktivität
optimiert wird.
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Die
Steuervorrichtung kann einen zentralen, primären Host-Computer
aufweisen, welcher zum Generieren von Arbeitsaufgaben und Transportaufgaben
Arbeitsdaten in Abhängigkeit der Bestimmung der Klassifizierung
des Typs der Zusammenbaueinheit und des Ist-Fertigungszustandes
enthält, und die generierten Arbeitsaufgaben über
Kommunikationsmittel zum Datenaustausch an die Bearbeitungsmodule
ausgibt.
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Die
Steuervorrichtung kann jedoch auch dezentral organisiert sein, so
dass im weitesten Sinn Roboter untereinander Informationen über
Arbeitsaufgaben für eine betreffende Zusammenbaueinheit austauschen
können.
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Entsprechend
unterschiedlich kann ein Kommunikationsnetz der Steuervorrichtung
zum Datentransfer zwischen lokalen Datenverarbeitungseinheiten an
den Bearbeitungsmodulen und/oder zu bearbeitenden Zusammenbaueinheiten
und/oder Elementen des Transportsystems mit einem primären Host-Computer
und/oder untereinander ausgestaltet sein.
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Wenn
die Steuervorrichtung von den einzelnen Bearbeitungsmodulen bzw.
den Zusammenbaueinheiten Informationen über übliche
Rückmeldefunktionen zum Ist-Zustand der Zusammenbaueinheiten
und der Bearbeitungsmodule erhält, können die
Anforderungen seitens der Zusammenbaueinheiten verglichen werden
mit den Kapazitäten der Bearbeitungsstationen, so dass über
variable Arbeitsaufgaben und deren Arbeitsinhalte ein auslastungsnivellierender
Ausgleich zwischen den Bearbeitungsmodulen erfolgen kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen
Fertigungsanlagen sind die Bearbeitungsgeräte der Bearbeitungsmodule
als Roboter ausgebildet, zu deren Ansteuerung die Steuervorrichtung
eine Vielzahl von Robotersteuerdatensätzen, welche Positionsdaten
und Bewegungsdaten der Roboter in Bezug auf einen bestimmten Typ
einer Zusammenbaueinheit enthalten, aufweist.
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Bezüglich
der Zusammenbaueinheiten selbst können diesen Identifikationsdaten
bzw. – signale zugewiesen sein, in Abhängigkeit
von denen eine Auswahl zugeordneter Datensätze für
eine Transportmittelsteuerung und/oder Robotersteuerung erfolgt.
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Von
einem Roboter, insbesondere einem Schweißroboter anzusteuernde
Positionen können bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung auch in einem Grafikmodell der zu bearbeitenden Zusammenbaueinheit
abgelegt sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Grafikmodell
und der Ist-Zustand hinsichtlich der bereits von einem Schweißroboter
angesteuerten und gesetzten Schweißpunkte sowie der noch
zu setzenden Schweißpunkte beispielsweise mittels unterschiedlicher
Farben an einer Anzeigeeinrichtung wie einem Monitor einer Bedienperson
sichtbar gemacht wird. Zum Beispiel können bereits gesetzte
Schweißpunkte an einem wiedergegebenen CAD-Grafikmodell
mit roter Farbe und noch zu setzende Schweißpunkte mit
grüner Farbe kenntlich gemacht sein.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung
kann die Steuervorrichtung der Fertigungsanlage ein RFID(Radio Frequency
Identification)-System umfassen, wobei den Zusammenbaueinheiten
jeweils ein RFID-Transponder zugeordnet ist, mit dem sich die jeweilige
Zusammenbaueinheit durch die Fertigungsanlage bewegt. Vor der Zuführung
in den Fertigungsprozess der Fertigungsanlage können dem
RFID-Transponder die Zusammenbaueinheit identifizierende sowie Fertigungs-
oder Montagebedingungen kennzeichnende Daten eingegeben werden,
so dass die Daten über Radiowellen und eine Empfangseinheit
der Steuervorrichtung während des gesamten Fertigungsprozesses
zur Verfügung stehen.
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Ein
solcher RFID-Transponder kann im Einzelnen beispielsweise wie ein
in der
DE 10 2005
047 638 A1 beschriebener RFID-Transponder ausgebildet sein.
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In
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Steuervorrichtung
als ein agentenbasiertes Steuerungssystem ausgebildet, welches sich kontinuierlich
an die aktuelle Situation der Fertigungsanlage anpasst und durch
vorausschauende Planung und Zuweisung der Zusammenbaueinheiten zu
geeigneten Bearbeitungsmodulen eine optimale Auslastung der Fertigungsanlage
und einen optimalen Prozessablauf gewährleistet.
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Vorzugsweise
wird dabei jedem Bearbeitungsmodul und jedem Bearbeitungsgerät
ein Agent einer Agentensoftware zugeordnet. Die Agenten können
dann untereinander nach vorgegebenen Regeln den nächsten
Prozessschritt, beispielsweise einen Transportschritt oder Bearbeitungsschritt,
auswählen und ausführen. Indem Agenten typischerweise
die Verfügbarkeit oder Nicht-Verfügbarkeit der
ihnen zugeordneten Einheit signalisieren, kann ein Fertigungsabschnitt
aufgesplittet auf mehrere Bearbeitungsmodule unter Ausnutzung kürzester
Transportrouten zwischen den Bearbeitungsmodulen ausgeführt
werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungen einer Fertigungsanlage
nach der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen,
der Zeichnung und der Beschreibung.
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Nachfolgend
sind mehrere Ausführungen einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Fertigungsanlage anhand der Zeichnung prinzipmäßig
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Abschnitts einer ersten Ausführung
einer Fertigungsanlage zur Fertigung von Karosserieeinheiten eines Kraftfahrzeuges,
wobei die Fertigungsanlage mehrere entlang einer geraden Transferlinie
angeordnete Bearbeitungsmodule aufweist;
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Abschnitts einer zweiten Ausführung
einer Fertigungsanlage zur Fertigung von Karosserieeinheiten eines Kraftfahrzeuges,
wobei die Fertigungsanlage mehrere in einer Hauptlinie und Nebenlinien
angeordnete Bearbeitungsmodule aufweist;
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3 eine
Prinzipdarstellung eines Abschnitts einer dritten Ausführung
einer Fertigungsanlage zur Fertigung von Karosserieeinheiten eines Kraftfahrzeuges,
wobei die Fertigungsanlage mehrere schachbrettartig angeordnete
Bearbeitungsmodule aufweist; und
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4 eine
Prinzipdarstellung eines Abschnitts einer vierten Ausführung
einer Fertigungsanlage zur Fertigung von Karosserieeinheiten eines Kraftfahrzeuges,
wobei die Fertigungsanlage mehrere schachbrettartig und zu Reihen
zusammengeschlossene Bearbeitungsmodule aufweist.
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In
den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ist
jeweils ausschnittsweise und stark vereinfacht eine Fertigungsanlage 101, 201, 301, 401 dargestellt,
die zum Zusammenfügen und Bearbeiten von Karosserieeinheiten
von Kraftfahrzeugen im Kastenrohbau dient.
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Die
in 1 gezeigte Fertigungsanlage 101 weist
mehrere Bearbeitungsmodule 104 bis 120 auf, in
denen Karosserieeinheiten 130, 132 unterschiedlicher
Fahrzeugtypen in beliebiger Reihenfolge taktungebunden oder in zeitlich
versetzten und/oder ungleichen Takten bearbeitet werden können.
Die Be arbeitungsmodule 104 bis 120 sind dabei
in der Art einer Fertigungsstraße entlang einer geraden
Transferlinie angeordnet, die den Transportweg der Karosserieeinheiten 130, 132 darstellt.
Zum Transport der Karosserieeinheiten 130, 132 zwischen
den Bearbeitungsmodulen 104 bis 120 dient ein
gemeinsames Transportsystem 140.
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Innerhalb
der Bearbeitungsmodule 106 bis 118 werden die
einzelnen Karosserieeinheiten 130, 132 in geeigneter
Weise durch Schweißverbindungen geometrisch bestimmt und
formstabil dauerhaft miteinander verbunden und/oder ausgeschweißt.
In abweichenden Ausführungen kann die Geometriefestlegung
der Karosserieeinheiten 130, 132 auch durch Klebeverbindungen
oder dergleichen andere Fügeverbindungen erfolgen.
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Bei
der gezeigten Ausführung ist die Transferlinie der Fertigungsanlage 101 stellenweise
verzweigt. So sind seitlich einer Hauptlinie 142 mit hieran
angeordneten Bearbeitungsmodulen 108, 112, 116, 120 mehrere
Stichlinien 144 bis 152 mit weiteren Bearbeitungsmodulen 104, 106, 110, 114 und 118 vorgesehen.
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Die
an den seitlichen Stichlinien 144 bis 152 angeordneten
Bearbeitungsmodule 104, 106, 110, 114 und 118 dienen
bevorzugt als sogenannte Geostationen oder Framingstationen, in
der die Fahrzeugkarosserieeinheiten 130 bzw. 132 ihre
geometrisch bestimmte Form erhalten.
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Die
in der Hauptlinie 142 angeordneten Bearbeitungsmodule 108, 112, 116 stellen
vorzugsweise Ausschweißstationen dar, in denen die gefügten Karosserieeinheiten 130, 132 ihre
endgültige Steifigkeit und ihre restlichen Fügeverbindungen
erhalten.
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Das
in der Transportfolge letzte gezeigte Bearbeitungsmodul 120 in
der Hauptlinie 142 stellt eine Messstation zur Inline-Messung
dar.
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Für
die einzelnen Arbeitsschritte können in den Bearbeitungsmodulen 106 bis 118 ein
oder mehrere geeignete Bearbeitungsgeräte 160 mit
ein oder mehreren, gegebenenfalls wechselbaren Schweißwerkzeugen
eingesetzt werden. Die Bearbeitungsgeräte 160 sind
vorzugsweise als mehrachsige Schweißroboter ausgebildet,
z. B als sechsachsige Gelenkarmroboter. Gegebenenfalls können
die vorzugsweise an zwei oder mehr Seiten der Karosserieeinheiten 130, 132 angeordneten
Schweißroboter 160 translatorische und/oder rotatorische
Zusatzachsen aufweisen.
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Sämtliche
hier als Schweißstationen ausgebildeten Bearbeitungsmodule 104 bis 118 sind
nicht nur zur Bearbeitung der typverschiedenen Karosserieeinheiten 130, 132,
welche in den seitlich der Hauptlinie 142 liegenden Bearbeitungsmodulen 104 und 108 unterschiedliche
Unterbodengruppen bilden und in den nachgeordneten seitlichen Bearbeitungsmodulen 110, 114 mit
Aufbauten verbunden werden, ausgelegt, sondern auch zur Durchführung
aller erforderlichen Schweißvorgänge, so dass
die Bearbeitungsmodule neben ihrer bevorzugten Aufgabe als Geostation
oder Ausschweißstation z. B. je nach Kapazitätsverteilung
in der Fertigungsanlage 101 für beiderlei Schweißvorgänge
oder eine beliebige andere Funktion genutzt werden können.
Neben Schweißvorgängen sind weitere beliebige
andere Techniken für den Karosserieaufbau vor oder in den jeweiligen
Bearbeitungsmodulen, denen die Karosserieeinheiten 130, 132 je
nach Ausgestaltung in beliebiger Art, Zahl und Anordnung zugeführt
werden können, denkbar.
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Des
Weiteren können die Bearbeitungsmodule auch als Pufferstationen
bei einer Taktung dienen, wobei in weiteren Ausführungen
zur transporttechnischen und taktmäßigen Entkopplung der
Bearbeitungsmodule entlang der Transferlinie weitere Puffer einfacher,
bekannter Art parallel zur Hauptlinie 142 oder einer oder
mehrerer der Stichlinien 144, 146, 148, 150, 152 vorgesehen
sein können.
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Zum
Transport und zur Durchführung der einzelnen Bearbeitungsschritte
werden die Bearbeitungsmodule 104 bis 120 über
eine zentrale Steuervorrichtung 170, welche nur symbolisch
dargestellt ist, angesteuert.
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Die
Karosserieeinheiten 130, 132 können in beliebig
geeigneter Weise den bevorzugt als Geostation dienenden Bearbeitungsmodulen 104, 106, 110, 114, 118 zugeführt
werden. Dies ist zum einen in Form einer bereits zusammengestellten
und mit ihren einzelnen Bauteilen lose zusammengeklammerten Rohkarosserie
auf einer entsprechenden Trägereinheit, z. B. einer Palette,
möglich. Alternativ können die einzelnen Karosserieeinheiten 130, 132 der
jeweiligen Geostation auf getrennten Wegen zugeführt und
erst in dem hierfür bestimmten Bearbeitungsmodul zusammengefügt
werden.
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Beispielsweise
können den seitlichen Bearbeitungsmodulen 110, 114 über
die Hauptlinie 142 eine Bodengruppe 130 oder 132 auf
einer entsprechenden Trägereinheit zugeführt werden,
während über seitliche und obere Spannrahmen z.
B. Seitenwände und Dachteile als Aufbauten den als Geostation
fungierenden Bearbeitungsmodulen 110, 114 getrennt
zugeführt und hier an die Bodengruppe gefügt werden.
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Das
Transportsystem 140 weist für die Hauptlinie 142 und
die hiervon weggehenden bzw. zu dieser hinführenden Stichlinien 144, 146, 148, 150, 152 mehrere
geeignete Transporteinrichtungen auf, welche mit der gemeinsamen
Steuervorrichtung 150 der Fertigungsstraße 101 verbunden
und in ihrer Funktion aufeinander abgestimmt sind. Somit ist das Transportsystem 140 in
einzelne eigenständig steuerbare Abschnitte unterteilt,
was zur Erhöhung der Flexibilität der Fertigungsstraße 101 beiträgt.
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Das
Transportsystem 140 ist vorliegend entlang der Hauptlinie 142 und
der Stichlinien 144 bis 152 als Rollenbahn mit
einzelnen steuerbaren Rollenabschnitten ausgebildet, welche über
Drehweichen 153 miteinander verbunden sind und zum Transport
von Paletten bzw. Skids ausgelegt sind.
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Das
Transportsystem 140 ist damit einfach, kostengünstig,
wartungsfreundlich, da bodenstehend, sowie skalierbar und typflexibel,
wobei die Skids mit entsprechender Spanntechnik auch für eine
Variantenbildung nutzbar sind.
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Des
Weiteren ist es möglich, den Transport der Karosserieeinheiten 130, 132 und
gegebenenfalls von Spannrahmen mit Karosserieteilen durch Transferroboter
zwischen den einzelnen Bearbeitungsmodulen 104 bis 120 und
innerhalb der Bearbeitungsmodule durchzuführen. In einer
weiteren Variante können mehrere getrennt voneinander steuerbare
Hubshuttle und/oder andere Transportmittel sowie Mischformen hieraus
vorgesehen sein.
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Die
zentrale Steuervorrichtung 170 steuert mit Hilfe eines
nachfolgend näher beschriebenen Agentensystems nicht nur
das Transportsystem 140, sondern insbesondere auch die
Arbeitsinhalte der jeweiligen Bearbeitungsmodule 106 bis 120.
Die Steuervorrichtung 170 steuert dabei insbesondere die Auswahl
der vorzunehmenden Prozesse, den Ablauf der Prozesse sowie die Prozess-
und Nebenzeiten in den Bearbeitungsmodulen und die zugehörigen Transportfunktionen.
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Die
Prozess- und Nebenzeiten können je nach Ausgestaltung der
Fertigungsanlage 101 eine im Wesentlichen gleiche Länge
ha ben. Sie können aber auch unterschiedlich lang sein.
So können die Nebenzeiten länger als die Prozesszeiten
oder umgekehrt sein.
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Die
Steuervorrichtung 170 kann mit Steuermodulen, welche einzelnen
oder mehreren Bearbeitungsmodulen und/oder dem Transportsystem 140 zugeordnet
sind, ausgebildet sein sowie selbst ein Modul einer übergeordneten
Steuerung bilden.
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Die
im Wesentlichen eine gerade Transferlinie beschreibende Fertigungsanlage 101 nach 1 ist
bezüglich der Anlagenkapazität, insbesondere der Ausschweißkapazität, über
eine Vorhaltung von Transportlänge gegebenenfalls mit Leerplätzen
skalierbar.
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Prozesstechnisch
zeichnet sich die Fertigungsanlage 101 durch eine geringe
vorzuhaltende Überkapazität an Schweißzangen
aus. Sonderprozesse können in die Prozesslinie integriert
oder als Sonderzellen angehängt werden.
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Die
in der 2 gezeigte Fertigungsanlage 201 zum Zusammenbau
von Karosserieeinheiten 230, 232 unterschiedlichen
Typs ist gegenüber der Fertigungsanlage 101 nach 1 dahingehend
modifiziert, dass mehrere über ein Transportsystem 240 verbundene
Bearbeitungsmodule 204 bis 222 entlang einer Hauptlinie 242 als
auch an seitlich zuführenden Stichlinien 244, 246 und
seitlichen Schleifen 248, 250 angeordnet sind.
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Sämtliche
gezeigten Bearbeitungsmodule 204 bis 222 sind
zur Ausführung von Schweißarbeiten ausgelegt und
weisen entsprechend als Schweißroboter ausgeführte
Bearbeitungsgeräte 260 auf.
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Über
die Stichlinien 244, 246 werden der Hauptlinie 242 Unterbaueinheiten
der jeweiligen Karosserieeinheiten 230, 232 zugeführt,
wobei ein erstes Bearbeitungsmodul 204 bzw. 206 in
der jeweiligen Stichlinie 244, 246 als eine Geostation
für die Unterbaueinheit mit vier Schweißzangen
zum Heftschweißen bei dem ersten Bearbeitungsmodul 204 der
ersten Stichlinie 244 und acht Schweißzangen zum
Heftschweißen bei dem ersten Bearbeitungsmodul 206 der
zweiten Stichlinie 246 ausgeführt ist. Zum Handling
sind dabei zwei Werker 265 an dem ersten Bearbeitungsmodul 204 der
ersten Stichlinie 244 und vier Werker an dem ersten Bearbeitungsmodul 206 der
zweiten Stichlinie 246 vorgesehen.
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Bei
der ersten Stichlinie 244 zur Bearbeitung eines Unterbaus
der Karosserieeinheit 230 eines ersten Typs ist nach der
Geostation 204 ein als Ausschweißstation vorgesehenes
Bearbeitungsmodul 205 mit sechs Schweißzangen 261 angeordnet,
während dem als Geostation dienenden ersten Bearbeitungsmodul 206 der
zur Bearbeitung des Unterbaus der Karosserieeinheit 232 eines
zweiten Typs fungierenden zweiten Stichlinie 246 zwei als
Ausschweißstationen ausgebildete Bearbeitungsmodule 207, 208 mit
jeweils vier Schweißzangen nachgeordnet sind.
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Flußabwärts
der Stichlinien 244, 246 erfolgt in Bearbeitungsmodulen 209, 214, 212 ein
Heftschweißen von Aufbauelementen an die Karosserieeinheiten 230, 232,
wobei anzubringende Karosserieelemente in den ersteren Bearbeitungsmodulen 209, 214 über
Spannrahmenwechselspeicher 262 bereitgestellt werden.
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Zwischen
den als flexible Framingstationen ausgeführten Bearbeitungsmodulen 209, 214, 221 in der
Hauptlinie 242 ist jeweils eine skalierbare Bearbeitungsschleife 248 bzw. 250 angeordnet,
deren Bearbeitungsmodule als Ausschweißzentren vorgesehen
sind.
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Die
Bearbeitungsschleifen 248, 250 werden dabei jeweils
durch parallele, in entgegengesetzte Richtung fördernde
Rollenbah nen 254, 255 für Skids und einen
diese verbindenden Querförderer 256 gebildet.
Die Anbindung an die Hauptlinie 242 erfolgt über
Drehscheiben.
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Das
in der Transportfolge letzte gezeigte Bearbeitungsmodul 222 in
der Hauptlinie 242 stellt ein letztes Ausschweißzentrum
dar.
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Auch
bei dieser Ausführung sind die Schweißroboter 260 aller
als Geo- bzw. Framingstationen vorgesehenen Bearbeitungsmodule grundsätzlich
auch zur Ausführung von Ausschweißarbeiten ausgelegt
und mit einer die Arbeitsaufgaben der Bearbeitungsmodule 204 bis 222 und
die Transportfunktionen der Transportvorrichtung 240 steuernden Steuervorrichtung 270,
welche im Wesentlichen die Aufgaben der Steuervorrichtung 170 der
Ausführung nach 1 wahrnimmt, verbunden.
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Bei
der Fertigungsanlage 201 nach 2 kann neben
einem flexiblen Fertigungsfluss auch ein Fertigungsfluss in der
Linie mit einer festen Taktzeit für den gesamten Kastenrohbau
vorgegeben werden. Eine Skalierbarkeit der Fertigungsanlage 201 kann über
vorgehaltene Leerplätze und eine entsprechend angepasste
Länge der Bearbeitungsschleifen 248 und 250 realisiert
werden. Neue Bearbeitungsmodule können dabei auf einer
Erweiterungsfläche voraufgebaut und in den laufenden Betrieb
integriert werden.
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Prozesstechnisch
betrachtet benötigt die Fertigungsanlage 201 eine
geringe vorzuhaltende Überkapazität an Schweißzangen.
Sonderprozesse können auch hier in die Prozesslinie integriert
oder als Sonderzellen angehängt werden. Neben relativ geringen
Investitionskosten hat die Fertigungsanlage 201 der 2 weiterhin
den Vorteil, dass diese eine dynamische Flächennutzung
ermöglicht.
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Aufgrund
vieler Bearbeitungsmodule mit einer höheren Einzelverfügbarkeiten
ist es vorteilhaft, wenn eine gezielte Überkapazität
bereitgehalten wird, um bei langen Ausfallzeiten Stückzahlverlusten durch
Rückschlageffekte und negative Auswirkungen auf die gesamte
Fertigungsanlage 201 zu vermeiden. Bei kurzen Stillständen
können Puffer einen Produktionsausfall reduzieren.
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Beim
Steuerungskonzept ist es vorteilhaft, wenn die Skids des Transportsystems 240 im
Verbund die Bearbeitungsmodule wechseln, das heißt, dass
sie wenigstens annähernd gleichzeitig aus der Basisspanntechnik
gehoben und in das nachfolgende Bearbeitungsmodul übergeben
werden. Auf diese Weise können gegebenenfalls wellenartige,
dynamische Rückschlageffekte vermieden werden.
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Die
in der 3 gezeigte Fertigungsanlage 301 ist gegenüber
den ein Linienkonzept verwirklichenden Fertigungsanlagen 101, 201 der 1 und 2 mit
einer zellen- bzw. wabenartigen Struktur ausgeführt, bei
der mehrere Bearbeitungsmodule 304 bis 316 in
einem Schachbrettmuster angeordnet sind. Sämtliche Bearbeitungsmodule 304 bis 316 sind
dabei über ein hochflexibles Transportsystem 340 miteinander
verbunden.
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Auch
die in der 3 gezeigte Fertigungsanlage 301 ist
zum Zusammenbau von Karosserieeinheiten 330, 332 unterschiedlichen
Typs geeignet, wobei für die Geometriefestlegung eines
Unterbaus der Karosserieeinheit 330 eines ersten Typs ein
in der 3 in einer mittleren Reihe von Bearbeitungsmodulen
links angeordnetes, eine Framingstation darstellendes Bearbeitungsmodul 308 vorgesehen
ist, und die Geometriefestlegung eines Unterbaus der Karosserieeinheit 332 eines
zweiten Typs in einem in der 3 parallel
darunter angeordneten Bearbeitungsmodul 312 erfolgt.
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Die
in der 3 in einer oberen Reihe dargestellten solitären
Bearbeitungsmodule 304, 305 und 306 stellen
flexible Framingstationen mit Spannrahmenwechsel zur Anbringung
von Aufbaukomponenten dar. Rechts hiervon sind in der 3 eine
sogenannte Soft-Touch-Station 307 und eine Station zur
Inline-Messung 316 gezeigt.
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Die
Ausschweißung der Karosserieeinheiten 330, 332 erfolgt
je nach freier Kapazität in jeglichem Bearbeitungszustand
und typunabhängig in den als Ausschweißzentren
ausgebildeten Bearbeitungsmodulen 309, 310, 311, 313, 314 und 315.
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Auch
bei dieser Ausführungsvariante können alle als
Framingstationen oder Ausschweißzentren vorgesehenen Bearbeitungsmodule 304 bis 307 und 308 bis 315 mit
Schweißrobotern 360 als Bearbeitungsgeräte
ausgestattet sein, welche sowohl zur Vornahme von Heftschweißungen
als auch zur Durchführung von Ausschweißungen
dienen können. Folglich können je nach Kapazität
auch in den Framingstationen Ausschweißvorgänge
erfolgen.
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Wie
im Falle der reinen Ausschweißstationen 309 bis 311 und 313 bis 315 können
einzelne Schweißroboter oder einzelne Bearbeitungsmodule auch
nur zur Ausführung von Heft- oder Ausschweißvorgängen
bestimmt sein.
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Die
Zuteilung der Karosserieeinheiten an die Bearbeitungsmodule, die
Ausgabe der entsprechenden Arbeitsinformationen über auszuführende
Bearbeitungsschritte und die Steuerung der erforderlichen Transportfunktionen
erfolgt über eine zentrale Steuervorrichtung 370.
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Bei
dem in der 3 gezeigten Konzept einer schachbrettartigen
Anordnung der Bearbeitungsmodul in der Fertigungsanlage 301 kann
eine Vergrößerung oder Verringerung der Gesamtkapa zität durch
ein einfaches Hinzufügen oder Entfernen von Bearbeitungsmodulen
erfolgen.
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Die
in der 3 ersichtlichen Freiräume 317, 318 können
beispielsweise bei Bedarf zur Addition weiterer Bearbeitungsmodule
zur Erhöhung der Ausschweißkapazitäten,
zur Durchführung von Sonderverfahren oder für
sonstige Prozesse genutzt werden.
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In
der Fertigungsanlage 301 gemäß 3 ist mit
einem entsprechend flexiblen, beispielsweise mit einer Einschienenhängebahn
mit sogenannten Varioliftern ausgebildeten Transportsystem 340 ein
taktfreier Fertigungsfluss realisierbar, wobei durch flexible Fertigungszeiten
pro Operation Überkapazitäten vermieden werden
können.
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Die
Anlagenkapazität ist durch die Zellen- bzw. Bearbeitungsmodulanzahl
und deren Ausstattung optimal skalierbar, wobei es vorteilhaft ist,
Puffer vor und hinter bzw. in den Bearbeitungsmodulen vorzusehen.
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Des
Weiteren bietet eine gemäß 3 ausgestaltete
Fertigungsanlage 301 den Vorteil, dass diese eine gebäudefreundliche
Flächenform aufweist und eine dynamische Flächennutzung
optimal ermöglicht.
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Die 4 zeigt
eine weitere Variante einer Fertigungsanlage 401 zur Bearbeitung
von Karosserieeinheiten 430, 432 von unterschiedlichem
Typ, wobei in einer Abwandlung des in 3 gezeigten
Konzepts einer schachbrettartigen Anordnung von Bearbeitungsmodulen
bei einer Fertigungsanlage jeweils in einer Reihe angeordnete Bearbeitungsmodule 404 bis 410 bzw. 411 bis 416 als
geschlossenen Zeile ohne Transportwege zwischen den einzelnen Bearbeitungsmodulen
einer Reihe ausgebildet sind.
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Dabei
sind bei der Darstellung der 4 die oberen
Bearbeitungsmodule 404 bis 408 als Geostationen
mit Spannrahmenwechsel und geeigneten Schweißrobotern 460 als
Bearbeitungsgeräte ausgebildet, an die sich rechts eine
Soft-Touch-Station 409 und eine Station zur Inline-Messung 410 anschließen.
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Die
Bearbeitungsmodule 411 bis 416 der unteren Reihe
stellen Ausschweißungszentren dar. Zwischen den Reihen
der Bearbeitungsmodule 404 bis 408 bzw. 411 bis 416 ist
ein alle Bearbeitungsmodule verbindendes Transportsystem 440 vorgesehen.
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Die
Ansteuerung der Bearbeitungsmodule und des Transportsystems 440,
welches wie bei der Ausführung nach 3 mit einer
Einschienenhängebahn ausgebildet sein kann, erfolgt analog
der Ausführung gemäß 3 über
eine zentrale Steuervorrichtung 470.
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Vorliegend
stehen für Ausschweißoperationen zwei oder drei
alternative Bearbeitungsmodule zur Verfügung. Die Erhöhung
von Ausschweißkapazitäten, die Durchführung
von Sonderverfahren und sonstige Erweiterungen sind auch bei der
Ausführung der Fertigungsanlage 401 gemäß 4 über eine
einfache Addition weiterer Bearbeitungsmodule möglich.
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Alle
gezeigten Fertigungsanlagen 101, 201, 301 und 401 eignen
sich insbesondere zur Realisierung eines dynamischen Karosseriebaus
und eines Zusammenbaus von Großmodulen, wie z. B. Fahrerhäusern
eines LKW oder großen Zusammenbaueinheiten wie Fahrzeugseitenwänden,
als auch zur Anbauteilfertigung, wie z. B. von Heckklappen, Frontklagen
oder sonstiger Anbauteile eines Kraftfahrzeuges. Dabei erfolgt eine
Bestimmung der Ressourcen z. B. hinsichtlich Schweißpunktumfängen,
Mehrkapazitaten für Kleber, MAG und Bolzen etc., wobei
die Erstellung der minimalen Prozessumfänge vorzugsweise
den Framingstatio nen zugewiesen wird, während Ausschweißoperationen
nach Möglichkeit in gesonderte Kapazitäten bei
vorzugsweise Ausschweißzentrum darstellenden Bearbeitungsmodulen
verlagert werden.
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Die
Steuervorrichtungen 170, 270, 370, 470 aller
gezeigter Fertigungsanlagen 101, 201, 301, 401 sind
hinsichtlich einer optimalen Anlagenauslastung derart gestaltet,
dass sie an die Bearbeitungsmodule 104–120, 204–222, 304–316, 404–416 Arbeitsinformationen
ausgibt.
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Dabei
werden die Arbeitsinformationen von der Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 in
einer Datenverarbeitungseinrichtung 172, 272, 372, 472 in Abhängigkeit
eines Ist-Status der Bearbeitungsschritte in den Bearbeitungsmodulen 104–120, 204–222, 304–316, 404–416 generiert,
wobei wenigstens eine von einem nachgeordneten Bearbeitungsgerät 160, 260, 360, 460 in
dem Bearbeitungsmodul oder in einem nachgeordneten Bearbeitungsmodul
ausführbar vordefinierte und als solche in einem Speicher
der Datenverarbeitungseinrichtung 172, 272, 372, 472 hinterlegte
Arbeitsaufgabe variabel wenigstens einem nachgeordneten Bearbeitungsgerät
in dem Bearbeitungsmodul oder nachgeordneten Bearbeitungsmodul mit
eine Kapazität zur Durchführung dieser Arbeitsaufgabe
zugeordnet wird.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung 172, 272, 372, 472 stellt
bei den gezeigten Ausführungen einen primären
Host-Computer dar, in dem zum Generieren von Arbeitsaufgaben, wie
Arbeitssequenzen mit Positions- und Bewegungsdaten und Arbeitszeiten, und
Transportaufgaben zahlreiche Arbeitsdaten in Abhängigkeit
der Bestimmung der Klassifizierung des Typs der Karosserieeinheiten 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 und
deren Ist-Fertigungszustandes sowie gegebenenfalls weiterer Parameter
und Kenndaten hinterlegt sind.
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Die
Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 umfasst
jeweils ein nicht näher dargestelltes Kommunikationsnetz
herkömmlicher Art zum Datentransfer zwischen lokalen Datenverarbeitungseinheiten
an den Bearbeitungsmodulen 104–120, 204–222, 304–316, 404–416 und/oder
zu bearbeitenden Zusammenbaueinheiten 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 und/oder
Elementen des Transportsystems 140, 240, 340, 440 mit
dem primären Host-Computer 172, 272, 372, 472 und/oder
untereinander.
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Bei
den gezeigten Ausführungen ist die Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 jeweils
als ein agentenbasiertes Steuersystem mit einer Agentensoftware
nach der einleitend näher beschriebenen Art ausgebildet.
Mit Hilfe des Agentensystems kann eine Kapazität zur Durchführung
einer Arbeitsaufgabe an einem Bearbeitungsmodul 104–120, 204–222, 304–316, 404–416 auf
einfache Weise an dessen Ist-Status von der Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 erkannt
werden.
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Zur
Verbesserung der Steuerungsqualität weist die jeweilige
Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 weiterhin
ein RFID-System 174, 274, 374, 474 auf,
welches eine Sende-/Empfangseinheit umfasst, die mit an den Karosserieeinheiten 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 befestigten
RFID-Transpondern kommuniziert.
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Um
den Zustand der jeweiligen Karosserieeinheiten 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 einer
Bedienperson schnell erfassbar anzeigen zu können, weist
die Steuervorrichtung 170, 270, 370, 470 eine
Umwandlungsvorrichtung auf, mittels der Ist-Zustandsdaten einer
Karosserieeinheit 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 in
Daten eines CAD-Grafikmodells umgewandelt werden. Auf diese Weise
können in unterschiedlichen Farben gekennzeichnet bereits
gesetzte und noch zu setzende Schweißpunkte einer Zusammenbaueinheit 130, 132, 230, 232, 330, 332, 430, 432 in
einer CAD-Grafik an einer als Monitor ausgebildeten Anzeigeeinrichtung 173, 273, 373, 473 ausgegeben
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4192274
A1 [0006]
- - DE 102005034079 A1 [0012]
- - DE 102005047638 A1 [0027]