DE102010032869A1

DE102010032869A1 - Method for operating production plant, involves arranging work stations in work areas for executing work process and transporting goods on predetermined path between work stations by transport system

Info

Publication number: DE102010032869A1
Application number: DE201010032869
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Klumpp Willi; Dipl.-Ing. Reichenbach Matthias; Dipl.-Ing. Schreiber Matthias; Volker Zipter; Dr. Zürn Michael
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-02

Abstract

The method involves arranging work stations (14) in work areas (12) for executing work process and transporting goods on a predetermined path between work stations by transport system (22). A production requirement criterion is selected by the work station.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen.The invention relates to a method for operating a production plant with a plurality of work areas.

Aus dem Stand der Technik bekannte Produktionsanlagen sind üblicherweise starr und unflexibel aufgebaut. Insbesondere die verwendete Fördertechnik ist fest installiert und erlaubt daher keine auslastungsabhängige Anpassung der Produktionsanlage.From the prior art known production facilities are usually rigid and inflexible. In particular, the conveyor system used is permanently installed and therefore does not allow capacity-dependent adjustment of the production plant.

Aus der DE 10 2004 029 665 A1 ist ein modulares Transfersystem für Werkstücke bekannt, welches den vollständigen Verzicht auf separate Förderanlagen möglich macht. Das Transfersystem umfasst eine Mehrzahl von CNC-Maschinen, die unmittelbar benachbart angeordnet sind und deren Servomotorantriebe dazu ausgelegt sind, Werkstücke zwischen den einzelnen Maschinen zu transferieren.From the DE 10 2004 029 665 A1 is a modular transfer system for workpieces known, which makes the complete abandonment of separate conveyor systems possible. The transfer system includes a plurality of CNC machines arranged immediately adjacent to each other and having servo motor drives configured to transfer workpieces between the individual machines.

Ferner ist aus der DE 10 2007 07 279 A1 eine Fertigungsanlage bekannt, die ein fest installiertes Transportsystem umfasst, welches mehrere Bearbeitungsstationen miteinander verbindet. in den Bearbeitungsstationen können dabei auslastungsabhängig unterschiedliche Arbeitsaufgaben durchgeführt werden, um die Flexibilität der Fertigungsstraße zu erhöhen.Furthermore, from the DE 10 2007 07 279 A1 a manufacturing plant, which includes a fixed transport system, which connects several processing stations together. Depending on the load, different work tasks can be carried out in the processing stations in order to increase the flexibility of the production line.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine besonders flexible Anpassung der Produktionsanlage an unterschiedliche Produktionsanforderungen ermöglicht.The present invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which allows a particularly flexible adaptation of the production plant to different production requirements.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Ein derartiges Verfahren dient zum Betreiben einer Produktionsanlage mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen, in welchen jeweilige Arbeitsstationen zum Durchführen wenigstens eines jeweiligen Arbeitsschritts angeordnet werden. Ferner umfasst eine derartige Produktionsanlage wenigstens ein Transportsystem, mittels welchem zu bearbeitende Güter auf wenigstens einem vorgegebenen Pfad zwischen den Arbeitsstationen transportiert werden. Die Anordnung der Arbeitsstationen, der durch die jeweilige Arbeitsstation durchführbare Arbeitsschritt sowie der wenigstens eine vorgegebene Pfad wird hierbei gemäß einem vorbestimmten, eine Produktionsanforderung betreffenden Kriterium gewählt und bei einer Änderung des wenigstens einen Kriteriums angepasst.Such a method is for operating a production plant having a plurality of work areas in which respective work stations are arranged to perform at least one respective work step. Furthermore, such a production system comprises at least one transport system, by means of which goods to be processed are transported on at least one predetermined path between the workstations. The arrangement of the workstations, the work step that can be carried out by the respective workstation, and the at least one predetermined path are selected here according to a predetermined criterion relating to a production request and adapted when the at least one criterion changes.

Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben von Produktionsanlagen wird dem erfindungsgemäßen Verfahren eine flexible Anpassung des Betriebs der Produktionsanlage an jeweils aktuelle Produktionserfordernisse ermöglicht. In Reaktion auf sich ändernde Produktionsanforderungen kann tagesaktuell die Anordnung und Anzahl der Arbeitsstationen, die durchzuführenden Arbeitsschritte und die Verknüpfung der Arbeitsstationen untereinander mittels eines Transportsystems angepasst werden. Um dies zu ermöglichen, sind die Komponenten der Produktionsanlage vorzugsweise alle beweglich ausgelegt, so dass neue Anordnungen und Transportwege in kürzester Zeit geschaffen werden können. Es ist dabei zweckmäßig, mobile Leichtbauroboter einzusetzen, welche schnell umkonfiguriert werden können. Als Transportsystem eignen sich insbesondere fahrerlose, Flurförderzeuge, die beispielsweise autonom navigieren oder einer von außen vorgegebenen, beispielsweise auf dem Boden verlegten Spur folgen. Diese ermöglichen eine besonders schnelle Anpassung des Transportwegs innerhalb der Produktionsanlage, beispielsweise durch einfaches Aufspielen neuer Befehle. Insgesamt wird so ein besonders flexibles Verfahren zum Betreiben der Produktionsanlage geschaffen, welches es ermöglicht, die Anlage sehr schnell, ohne größere Umbauten vornehmen zu müssen, an sich ändernde Stückzahlanforderungen oder Variantenanforderungen anzupassen.In contrast to methods known from the prior art for operating production plants, the method according to the invention enables a flexible adaptation of the operation of the production plant to respectively current production requirements. In response to changing production requirements, the arrangement and number of workstations, the work steps to be performed and the linking of the workstations to each other by means of a transport system can be updated on a daily basis. To make this possible, the components of the production plant are preferably all designed to be movable, so that new arrangements and transport routes can be created in the shortest possible time. It is expedient to use mobile lightweight robots, which can be quickly reconfigured. In particular, driverless, industrial trucks that, for example, navigate autonomously or follow a track specified from outside, for example, laid on the ground, are suitable as the transport system. These allow a particularly fast adaptation of the transport path within the production plant, for example by simply loading new commands. Overall, a particularly flexible method for operating the production plant is created, which makes it possible to adapt the system very quickly, without having to undertake major conversions, to adapt to changing unit quantity requirements or variant requirements.

Vorzugsweise werden im Rahmen des Verfahrens Arbeitsstationen verwendet, welche als im Wesentlichen identische Module ausgebildet sind. Bei derartigen Modulen kann es sich um Montageroboter handeln, die bezüglich ihrer Hardware übereinstimmen. In Reaktion auf die jeweils aktuelle Produktionsanforderung erhalten diese Roboter eine jeweils aktualisierte Programmierung. Neben der flexiblen Anpassung an die Produktionsanforderungen kann die Verwendung solcher Module insbesondere zum schnellen Austausch ausgefahrener Stationen Anwendung finden. Die Module können ferner auch komplexer aufgebaut sein und jeweils mehrere Werkzeugmaschinen, Regale, Roboter oder dergleichen umfassen. In solchen komplexeren Modulen kann jeweils eine Mehrzahl von Arbeitsschritten durchgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, für jede zu fertigende Variante eines Produkts ein eigenes derartiges Modul vorzusehen oder auch mehrere Module für die gleiche Variante zu installieren, wenn eine besonders hohe Stückzahl gefertigt werden soll. Vorzugsweise arbeiten solche Module dann parallel, um besonders hohe Produktdurchsätze zu ermöglichen. Die Produkte solcher parallel arbeitender Arbeitsstationen können durch das Transportsystem zu einer einzigen Arbeitsstation weitertransportiert werden, wo sie weiter bearbeitet werden. Solche Verzweigungen und Parallelisierungen im Güterfluss in der Produktionsanlage ermöglichen eine besonders flexible Anpassung des Betriebs der Produktionsanlage an die aktuellen Produktionserfordernisse.In the context of the method, workstations are preferably used which are designed as essentially identical modules. Such modules may be assembly robots that match their hardware. In response to the current production requirement, these robots receive updated programming. In addition to the flexible adaptation to production requirements, the use of such modules can be used in particular for the rapid replacement of extended stations application. The modules can also be constructed more complex and each include multiple machine tools, shelves, robots or the like. In such more complex modules, a plurality of work steps can be performed in each case. It is possible, for example, to provide a separate module of this type for each variant of a product to be produced, or to install several modules for the same variant, if a particularly high number of pieces is to be manufactured. Preferably, such modules then work in parallel to enable particularly high product throughputs. The products of such parallel workstations can be transported by the transport system to a single workstation, where they are further processed. Such branching and parallelization in the flow of goods in the production facility allow a particularly flexible adaptation of the operation of the production plant to the current production requirements.

Es ist weiterhin zweckmäßig, eine vorgegebene Anzahl unbestückter Arbeitsbereiche vorzuhalten, welche bei einer Erhöhung des Produktionsbedarfs mit einer Arbeitsstation bestückt werden. Durch das Hinzufügen weiterer Arbeitsstationen in solchen freigehaltenen Arbeitsbereichen können Überlastungen einzelner Arbeitsstationen ausgeglichen werden bzw. die Stückzahl auf Anforderung erhöht werden. It is further expedient to provide a predetermined number of unpopulated work areas, which are equipped with an increase in production demand with a workstation. By adding additional workstations in such kept workspaces, overloads of individual workstations can be compensated or the number of units can be increased on request.

Insgesamt wird somit durch die Flexibilität der Transportwege, durch die Möglichkeit der parallelen Bearbeitung mehrerer Produkte in parallel geschalteten Arbeitsstationen sowie durch die Möglichkeit, Transportwege zu verzweigen und wieder zusammenzuführen, ein Verfahren geschaffen, welches vergleichbare Taktzeiten zu bekannten fest installierten Fertigungsanlagen aufweist und gleichzeitig innerhalb kürzester Zeit an neue Anforderungen angepasst werden kann.Overall, thus created by the flexibility of the transport routes, by the possibility of parallel processing of multiple products in parallel workstations as well as the ability to transport routes and merge again, a method that has comparable cycle times to known permanently installed manufacturing facilities and at the same time within the shortest possible time Time can be adapted to new requirements.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es möglich sein, Montagearbeiten, für die bisher komplette Montagelinien inklusive der dazu benötigten Fördertechnik verwendet werden, in einer Arbeitsstation, die im Idealfall aus lediglich einem Montagetisch besteht, der von einem oder zwei menschlichen Arbeitern oder Montagerobotern bedient wird. Auf diese Weise wird eine deutlich kleinere Fläche für die Montageaufgabe benötigt. Weiterhin sinkt der Bedarf an fest installierter Fördertechnik auf das absolut notwendige Minimum, was die Investitionskosten sehr stark senkt.With the aid of the method according to the invention, it may be possible to carry out assembly work, for which hitherto complete assembly lines including the necessary conveyor technology are used, in a workstation which ideally consists of only one assembly table which is operated by one or two human workers or assembly robots. In this way, a much smaller area for the assembly task is needed. Furthermore, the need for permanently installed conveyor technology is reduced to the absolutely necessary minimum, which greatly reduces the investment costs.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden.In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine perspektivische Ansicht einer Produktionsanlage zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 a perspective view of a production plant for use with an embodiment of a method according to the invention and

2 bis 4 drei alternative Anordnungen von Arbeitsstationen zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 to 4 three alternative arrangements of workstations for use with an embodiment of a method according to the invention.

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Produktionsanlage zur Herstellung von Kraftfahrzeuggetrieben umfasst eine Mehrzahl von Arbeitsbereichen, in welche jeweilige Arbeitsstationen 14 angeordnet sind. Die Arbeitsstationen 14 umfassen mehrere Arbeitstische 16, die jeweils mit Leichtbaurobotern 18 bestückt sind, sowie mehrere Pressen 20 oder andere für die jeweilige Produktionsaufgabe benötigte Werkzeugmaschinen. Weiterhin kann eine Arbeitsstation auch Regale oder Vorratsbehälter für Bauteile umfassen.A total with 10 designated production plant for the production of motor vehicle transmissions comprises a plurality of work areas, in which respective workstations 14 are arranged. The workstations 14 include several work tables 16 , each with lightweight robots 18 are equipped, as well as several presses 20 or other machine tools required for the respective production task. Furthermore, a workstation may also include shelves or reservoirs for components.

Zum Transport von Gütern zwischen den Arbeitsstationen 14 sind selbstfahrende und selbstnavigierende Flurförderzeuge 22 vorgesehen. Weitere Arbeitsstationen 24 mit fest installierten Robotern 26 dienen der Teilebereitstellung. Um ein paralleles Arbeiten von Menschen und Robotern zu ermöglichen, sind die Roboter 18, 26 in diesem Ausführungsbeispiel durch schematisch angedeutete Laserkegel 28 geschützt. Bewegt sich ein Mensch in dem Bereich der Laserkegel 28, so werden die Roboter 18, 26 automatisch deaktiviert, um den Arbeiter so zu schützen. Alternativ zu den Laserkegeln können auch Roboter 18, 26 eingesetzt werden, die über Kraft-/Momentensensoren verfügen, mit deren Hilfe Kollisionen der Roboter 18, 26 untereinander, mit anderen Elementen der Arbeitsstation sowie insbesondere mit Arbeitern vermieden werden können.For transporting goods between workstations 14 are self-propelled and self-navigating industrial trucks 22 intended. Other workstations 24 with fixed robots 26 serve the parts supply. To enable a parallel work of humans and robots, the robots are 18 . 26 in this embodiment by schematically indicated laser cone 28 protected. If a person moves in the area of the laser cones 28 That's how the robots become 18 . 26 automatically disabled to protect the worker this way. As an alternative to laser cones, robots can also be used 18 . 26 be used, which have force / moment sensors, with the help of which collisions of the robot 18 . 26 can be avoided with each other, with other elements of the workstation and in particular with workers.

Sowohl die Leichtbauroboter 18 als auch die Tische 16 sind in den verschiedenen Arbeitsbereichen 12 frei anordnenbar. In Abhängigkeit eines Produktionserfordernisses, beispielsweise einer Stückzahl oder Variantenanzahl der zu fertigenden Güter können die Arbeitsstationen 14 daher problemlos umkonfiguriert werden. Dies betrifft sowohl deren Anordnung im Raum als auch die von den jeweiligen Arbeitsstationen 14 durchgeführten Arbeitsaufgaben. Ändert sich die Aufgabe einer Arbeitsstation 14, so können die Leichtbauroboter 18 problemlos umprogrammiert werden. Um Überlastungen der Produktionsanlage 10 auszugleichen, können leere Arbeitsbereiche 12 vorgehalten werden, in welchen bei einem erhöhten Produktionserfordernis neue Arbeitsstationen 14 aufgebaut werden. Die Reihenfolge, in welcher die Arbeitsstationen 14 ihre Bearbeitungsschritte durchführen, kann ebenfalls frei angepasst werden, da keine festen Transportsysteme benötigt sind. Vielmehr können die Transportpfade zwischen den Arbeitsstationen 14 durch entsprechende Umprogrammierung der selbstfahrenden Flurförderzeuge 22 frei festgelegt werden.Both the lightweight robots 18 as well as the tables 16 are in different workspaces 12 freely arrangeable. Depending on a production requirement, such as a number of pieces or number of variants of the goods to be manufactured, the workstations 14 therefore easily reconfigured. This applies both to their arrangement in space and that of the respective workstations 14 carried out work tasks. Changes the task of a workstation 14 so can the lightweight robots 18 be easily reprogrammed. To overload the production plant 10 can balance, empty workspaces 12 be kept in which in an increased production requirement new workstations 14 being constructed. The order in which the workstations 14 Their processing steps can also be adapted freely, since no fixed transport systems are needed. Rather, the transport paths between the workstations 14 by appropriate reprogramming of the self-propelled industrial trucks 22 be set freely.

Die Arbeitsstationen 14 können identische oder unterschiedliche Fertigungsumfänge ausführen. Zwei Beispiele hierfür sind in den 2 und 3 gezeigt. Bei der Anordnung gemäß 2 wird in einer ersten Gruppe 30 von drei Arbeitsstationen 14 eine erste Variante eines Bauteils gefertigt. Parallel dazu wird bei einer zweiten Gruppe 32 von zwei Arbeitsstationen 14 eine zweite Variante des Bauteils gefertigt. Die Produkte der Arbeitsstationen 14 der Gruppen 30 und 32 werden dann von Transportsystemen gebündelt und gemeinsam zu einer Endmontagestation geführt. Durch die parallele Bearbeitung wird ein besonders hoher Durchsatz erzielt. Gleichzeitig kann die Produktion durch Hinzufügen einer neuen Gruppe 34 von Arbeitsstationen 14 problemlos und schnell an geänderte Bedürfnisse angepasst werden. Beispielsweise kann durch Hinzufügen der weiteren Gruppe 34 oder auch zusätzlicher, nicht gezeigter Gruppen eine weitere Variante des zu produzierenden Bauteils in den Fertigungsprozess aufgenommen werden. Dabei müssen keinerlei Änderungen an den bereits vorhandenen Arbeitsstationen der Gruppen 30, 32 vorgenommen werden, die ihre Produktion unverändert fortsetzen können. Auch das Hinzufügen von Arbeitsstationen 14, die eine bereits vorhandene Variante fertigen, ist möglich, um so die gefertigten Stückzahlen zu erhöhen.The workstations 14 can execute identical or different production scopes. Two examples of this are in the 2 and 3 shown. In the arrangement according to 2 will be in a first group 30 of three workstations 14 made a first variant of a component. Parallel to this is a second group 32 from two workstations 14 made a second variant of the component. The products of the workstations 14 of the groups 30 and 32 are then bundled by transport systems and brought together to a final assembly station. The parallel processing achieves a particularly high throughput. At the same time, production can be done by adding a new group 34 workstations 14 easily and quickly adapted to changing needs. For example, adding the other group 34 or additional, not shown groups Another variant of the component to be produced are included in the manufacturing process. There must be no changes to the existing workstations of the groups 30 . 32 which can continue their production unchanged. Also adding workstations 14 , who manufacture an existing variant, is possible in order to increase the manufactured quantities.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 4 gezeigt ist, besteht eine Arbeitsstation 14 auch nur, wie in 4 gezeigt, aus einem einzigen Arbeitstisch 16 mit zugeordneten Regalen oder Vorratsbehältern. Dieser kann dann von einem oder mehreren Montagerobotern 18 oder menschlichen Arbeitern bedient werden. Im Idealfall ersetzt ein solcher einzelner Arbeitstisch 16 eine komplette Montagelinie und schafft daher große freie Montageflächen, wie in 4 exemplarisch dargestellt. Ferner ermöglicht die Reduktion der Montagelinie auf einen einzelnen Arbeitstisch 16 den Entfall von teurer und unflexibler fest installierter Fördertechnik.In a further embodiment, which is in 4 is shown, there is a workstation 14 even only, as in 4 shown from a single work table 16 with associated shelves or storage containers. This can then be from one or more assembly robots 18 or human workers. Ideally, such a single work table replaces 16 a complete assembly line and therefore creates large free mounting surfaces, as in 4 exemplified. Furthermore, the reduction of the assembly line allows for a single work table 16 the elimination of expensive and inflexible permanently installed conveyor technology.

Vorzugsweise sind alle Arbeitsstationen 14 so ausgelegt, dass alle in ihnen durchgeführten Arbeiten sowohl von den Leichtbaurobotern 18 als auch von menschlichen Arbeitern durchgeführt werden können. Sollen beispielsweise nur sehr geringe Stückzahlen in einer bestimmten Variante gefertigt werden, so kann eine Arbeitsstation 14 zur Produktion dieser Variante mit menschlichen Arbeitern anstelle von Robotern ersetzt werden, während hohe Stückzahlen rein robotisch gefertigt werden. Die Anpassung der Fertigung an neue Varianten ist durch Abänderung einzelner Arbeitsstationen problemlos möglich, so dass auch diese Produktionsanforderung im Rahmen des geschilderten Verfahrens auf einfachste Weise erfüllt werden kann. Durch die Beweglichkeit aller Komponenten der Produktionsanlage 10 ist eine tagesaktuelle oder sogar noch schnellere Anpassung der Produktionsanlage an die aktuellen Bedürfnisse möglich, was dieser eine wesentlich höhere Flexibilität verleiht als bei aus dem Stand der Technik bekannten fest installierten Produktionsanlagen.Preferably, all workstations are 14 designed so that all work done in them both from the lightweight robots 18 as well as by human workers. For example, if only very small quantities are to be produced in a specific variant, then a workstation can be used 14 For the production of this variant with human workers instead of robots are replaced, while high quantities are manufactured purely robotic. The adaptation of production to new variants is easily possible by modifying individual workstations, so that this production requirement can be met in the simplest way in the context of the described method. Due to the mobility of all components of the production plant 10 is an up-to-date or even faster adaptation of the production plant to the current needs possible, which gives this much greater flexibility than in the prior art known permanently installed production facilities.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004029665 A1 [0003]
DE 10200707279 A1 [0004]

Claims

Method for operating a production plant ( 10 ) with a plurality of work areas ( 12 ), in which respective workstations ( 14 ) are arranged for performing at least one respective work step, and with at least one transport system ( 22 ), by means of which goods to be processed on at least one predetermined path between the workstations ( 14 ), the arrangement of the workstations ( 14 ), through the respective workstation ( 14 ) and the at least one predetermined path are selected according to at least one predetermined criterion relating to a production request and are adapted when the at least one criterion changes.

Method according to claim 1, characterized in that workstations ( 14 ), which are designed as substantially identical modules.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that each workstation ( 14 ) with at least one mobile robot ( 18 ) is fitted.

Method according to claim 3, characterized in that when a workstation ( 14 ) with a robot ( 18 ) and / or when changing the workstation ( 14 ) by a robot ( 18 ) and / or when changing the workstation ( 14 ) a program of the robot ( 18 ) will be changed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in each workstation ( 14 ) a plurality of operations is performed.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a number of workstations selected as a function of a quantity of goods to be produced ( 14 ) the same steps are carried out in parallel.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in a selected depending on an amount to be produced and number of product variants number of workstations ( 14 ) the same work steps are carried out in parallel for different product variants.

Method according to claim 6 or 7, characterized in that the products of the parallel working stations ( 14 ) by the transport system ( 22 ) to a single workstation ( 14 ), where they are processed further.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a predetermined number of unpopulated work areas ( 12 ), which increases the production demand with workstations ( 14 ).