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Die Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung, eine Fertigungsanlage und ein Verfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff der Verfahrens- und Vorrichtungshauptansprüche.
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Aus der Praxis sind Fertigungsanlagen für den Rohbau von Fahrzeugkarosserien bekannt, bei denen der Fertigungsbereich sich in zwei oder mehr getrennte Linien gliedert, in denen Fertigungszellen fördertechnisch fest miteinander verkettet sind. Die Abfolge der Fertigungsschritte und der daran beteiligten Fertigungszellen ist fest vorgegeben. Der Werkstücktransport von Zelle zu Zelle erfolgt meist über Handlingroboter. Diese Fertigungsanlagen können für verschiedene Typen von Fahrzeugkarosserien flexibel gestaltet werden, wobei die feste Verkettung erhalten bleibt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fertigungstechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Vorrichtungshauptanspruch. Die beanspruchte automatisierte Fertigungstechnik, d.h. die Fertigungseinrichtung, die Fertigungsanlage und das Fertigungsverfahren, zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus. Zudem ergeben sich verbesserte Auslastungs- und Optimierungsmöglichkeiten sowie eine gesteigerte Wirtschaftlichkeit.
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Die in der Fertigungsanlage angeordneten ein oder mehreren Fertigungseinrichtungen können eigenständig einen Bearbeitungsprozess anhand einer lokal erfassten Typenkennung eines Lastaufnahmemittels durchführen. Sie sind dabei in der Lage, je nach Typ des Lastaufnahmemittels unterschiedliche Bearbeitungsprozesse auszuführen. Hierfür können auch unterschiedliche applikationsspezifische Werkzeuge eingesetzt werden. Die Fertigungseinrichtungen und die dort ausgeführten Bearbeitungsprozesse können ferner bedarfsweise schnell umgerüstet werden.
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Die verschiedenen Typenkennungen können mit den unterschiedlichen Werkstücken korellieren. Die Zuordnung ist frei wählbar und kann geändert werden. Anhand des erfassten Typs von Lastaufnahmemittel kennt die Steuerung auch das jeweilige Werkstück. Über das Lastaufnahmemittel kann das Werkstück exakt und bearbeitungsgerecht positioniert werden. Innerhalb einer Fertigungsanlage können mindestens zwei verschiedenartige Lastaufnahmemittel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Vielzahl unterschiedlicher Typen verwendet. Innerhalb einer größeren Fertigungsanlage können gleiche Typen an unterschiedlichen und räumlich sowie funktional getrennten Anlagenbereich eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung kann eine Typenkennungen als Codierung ausgebildet sein und außer der Typangabe weitere Informationen und Daten enthalten. Hierfür können mehrere Kennfelder vorhanden sein. Die zusätzlichen Informationen und Daten können eine Identitätsangabe des Lastaufnahmemittels und/oder eine Werkstück- oder Baumusterangabe und/oder eine Kennung der zuletzt besuchten Fertigungseinrichtung bzw. Fertigungszelle beinhalten.
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In den Fertigungseinrichtungen kann eine Bearbeitung und eine Handhabung von mehrteiligen Werkstücken bzw. Baugruppen erfolgen. Dies kann ein Assemblieren von Werkstückteilen, ein Anheben und Lösen eines Werkstücks vom Lastaufnahmemittel zur weiteren Bearbeitung in Schwebelage beinhalten. Die Werkstückbearbeitung kann auch auf dem Lastaufnahmemittel stattfinden, das hierfür in geeigneter Weise mitsamt Werkstück in einer vorgegebenen Position positioniert werden kann. Das Lastaufnahmemittel kann dabei mit dem Fördermittel verbunden bleiben oder von diesem getrennt werden.
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Ferner kann ein Umladen eines Werkstücks von einem Lastaufnahmemittel auf ein anderes, im Typ gleiches oder unterschiedliches Lastaufnahmemittel erfolgen. Die verbindende Fördertechnik kann in die Fertigungseinrichtung verlagert und vereinfacht sowie im Aufwand reduziert werden. Die Lastaufnahmemittel können im Fertigungsablauf gewechselt werden, wobei zusammen mit dem zweiten oder weiteren Lastaufnahmemittel ein weiteres bereits bearbeitetes Werkstück oder neue Werkstückteile zugeführt werden können. Zudem können die Lastaufnahmemittel bzw. die Fördereinrichtung vom Bearbeitungsprozess zumindest zeitweise entkoppelt und besser ausgelastet werden. Das Umladen von Werkstücken zwischen gleichen oder verschiedenartigen Lastaufnahmemitteln in einer Fertigungseinrichtung, insbesondere an einem dortigen Bearbeitungsbereich und mit dem oder den dort vorhandenen Fertigungsmittel(n), hat eine eigenständige erfinderische Bedeutung. Dies kann auch ohne eine Typenkennung und deren Erfassung eingesetzt werden.
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Die beanspruchte Fertigungstechnik erlaubt eine dezentrale Steuerung einer Fertigungsanlage und eine Reduzierung und Flexibilisierung des Steuerungsaufwands. Zudem können Umrüstungen der Fertigungsanlage und eines Fertigungsablaufs sowie die Integration weiterer Werkstücke, Bearbeitungsprozesse und Fertigungsabläufe schnell und aufwandsarm erfolgen. Eine bisher übliche alle Prozesse umfassende Gesamt-Anlagensteuerung kann entfallen.
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Die Fertigungseinrichtungen, vorzugsweise in Form von Fertigungszellen, sind selbst hochflexibel und können für unterschiedlichste Werkstücke und Applikationen, z.B. Fügeprozesse, insbesondere Schweiss-, Löt- oder Klebeprozesse, Umformprozesse, Montageprozesse, Auftragprozesse oder dgl., eingesetzt werden. Die hierfür erforderlichen applikationsspezifischen Werkzeuge können in einer externen Bereitstellung vorgehalten und mittels einer Fördereinrichtung bedarfsweise zu den Fertigungseinrichtungen für deren automatische werkzeugtechnische Ausrüstung und Umrüstung gebracht werden. Die gleiche Fördereinrichtung kann auch zum Transport der Werkstücke benutzt werden.
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Die automatisierte Fertigungsanlage hat eine flexible und bedarfsweise umgestaltbare fördertechnische Verkettung der Fertigungseinrichtungen einerseits untereinander und andererseits mit Bereitstellungen, insbesondere für verschiedene applikationsspezifische Werkzeuge und für unterschiedliche Werkstücke.
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Die hochflexible Fördereinrichtung kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst sie eine Vielzahl von autonomen und individuell steuerbaren Fördermitteln, die sich auf einer Vielzahl von verschiedenen Förderwegen bewegen. Vorzugsweise ist ein Netz von Förderwegen vorhanden, auf denen die Fördermittel auf vorgegebenen Förderbahnen zwischen den Fertigungseinrichtungen und den Bereitstellungen verkehren, wobei die Förderbahnen frei wählbar und programmierbar sind. Die Fördereinrichtung ist außerdem hinsichtlich der Transportmöglichkeiten für applikationsspezifische Werkzeuge und für Werkstücke flexibel. Hierfür sind adaptierte Lastaufnahmemittel vorgesehen, die mit den Fördermitteln fest oder wechselbar verbunden sind. Die Fördermittel und/oder die Lastaufnahmemittel können ebenfalls in einer oder mehreren Bereitstellungen magaziniert werden und bei Bedarf abgerufen und eingesetzt werden.
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Das Bearbeiten eines ein- oder mehrteiligen Werkstücks kann in einem Fertigungsablauf und einer Abfolge von mehreren Fertigungsschritten bzw. Fertigungssegmenten erfolgen, wobei die Fertigungsschritte jeweils autonom in den Fertigungseinrichtungen einer Fertigungsanlage vom jeweils ausgewählten Steuerprogramm gesteuert werden und der Fertigungsablauf von einem Warehouse-Manager der Fertigungsanlage über die Verlagerung der Lastaufnahmemittel bzw. die Fördereinrichtung gesteuert wird.
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Vorzugsweise ist die Vielzahl der Steuerprogramme in einem Speichermittel der Steuereinrichtung gespeichert, insbesondere in genau einem Speichermittel. Weiter vorzugsweise umfasst die Vielzahl der Steuerungsprogramme für zumindest zwei Typen der Lastaufnahmemittel zumindest ein Steuerungsprogramm. Mit anderen Worten enthält das Speichermittel zumindest zwei Steuerungsprogramme und zwar für jedes der zumindest zwei Typen der Lastaufnahmemittel zumindest ein Steuerungsprogramm. Beispielsweise kann ein erstes Steuerungsprogramm vorgesehen sein, um das zumindest eine Fertigungsmittel zur Bearbeitung bzw. Behandlung eines ersten Typen von Lastaufnahmemittel zu steuern und ein zweites Steuerungsprogramm ist vorgesehen, um das zumindest eine Fertigungsmittel zur Bearbeitung bzw. Behandlung eines zweiten Typen von Lastaufnahmemittel zu steuern. Es versteht sich, dass das Speichermittel auch zwei oder mehr Steuerungsprogramme zur Bearbeitung bzw. Behandlung bzw. Handhabung eines einzelnen Typen eines Lastaufnahmemittels aufweisen kann. Des Weiteren kann das Speichermittel zu allen Typen des Lastaufnahmemittels zumindest ein Steuerungsprogramm aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest einer Fertigungseinrichtung ein Parkbereich für Lastaufnahmemittel zugeordnet und vorgeschaltet ist. Der Parkbereich kann als Pufferspeicher und außerdem für eine Sequenzheilung eingesetzt werden, wenn mehrere verschiedenartige Lastaufnahmemittel die Fertigungseinrichtung in einer vorgegebenen Sequenz ansteuern sollen und in der falschen Reihenfolge ankommen. Dies ist insbesondere bei einem Umladen eines Werkstücks am Bearbeitungsbereich vom einen auf das andere Lastaufnahmemittel von Vorteil.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die verschiedenartigen Lastaufnahmemittel jeweils in einem eigenen Fertigungs-Loop auf einer programmierten, vorzugsweise ringförmigen Förderbahn transportiert werden. Der Fertigungs-Loop kann sich über eine oder mehrere zugeordnete Fertigungseinrichtungen und ggf. über eine Bereitstellung für Werkstücke und/oder Werkzeuge und/oder LAM erstrecken. Der Fertigungs-Loop kann z.B. mit einem Fertigungsablauf für ein Werkstück und den hierbei vorgesehenen Fertigungsschritten zur Herstellung eines Fertigungs- oder Zwischenprodukts korrespondieren. Eine Loop-Bildung vereinfacht den fördertechnischen und programmiertechnischen Aufwand und verkürzt die Förderstrecken. Auf einem Fertigungs-Loop können ein oder mehrere Fördermittel verkehren. Einer Bereitstellung für Werkstücke kann ein Pufferspeicher für beladene Lastaufnahmemittel zugeordnet und ggf. in einen Fertigungs-Loop eingebunden sein. Die Bearbeitungs- und Ladezeiten können entkoppelt und die Zahl der Fördermittel für den Transport der Lastaufnahmemittel reduziert werden.
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Die automatische Fertigungstechnik hat besondere Vorteile für der Rohbau von Fahrzeugkarosserien. Sie lässt sich auch in anderen technischen Bereichen mit Erfolg einsetzen. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen
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1: eine Schemadarstellung einer Fertigungsanlage mit einem Fertigungsbereich und mehreren Bereitstellungen,
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2: eine Schemadarstellung einer Steuerungshierarchie,
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3: eine Schemadarstellung einer Fertigungseinrichtung,
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4: eine beispielhafte Darstellung eines Fertigungsbereichs mit mehreren Fertigungseinrichtungen und Bereitstellungen,
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5: ein anderes Beispiel eines Fertigungsbereichs mit Bereitstellungen für die werkzeugtechnische Aus- und Umrüstung von Fertigungseinrichtungen,
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6: eine andere ausschnittsweise Darstellung des Fertigungsbereichs von 5 für den Bearbeitungsbetrieb mit einer Bereitstellung für Werkstücke,
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7: eine weitere Variante einer Fertigungsanlage,
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8: einen Fertigungsablauf mit Segmentierung, Sequenz und Dezentralisierung
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9: ein Steuerkonzept zum Fertigungsablauf von 8,
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10: das Steuerkonzept von 9 mit einer Werkzeugversorgung,
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11: eine weitere Variante einer Fertigungsanlage,
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12: einen Baustein in einem Steuer- und Fertigungsablauf und
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13: einen anderen Baustein in einem Steuer- und Fertigungsablauf mit einem Parkbereich.
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Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage (1) und ein Fertigungsverfahren für Werkstücke (2, 2'). Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungseinrichtung (18–22) für Werkstücke (2, 2') und dort ablaufende Fertigungsprozesse.
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Die Fertigungsanlage (1) und ihre Komponenten, insbesondere die Fertigungseinrichtungen (18–22), sind automatisiert und programmgesteuert.
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Die Werkstücke (2, 2') können von beliebiger Art und Größe sein. Sie können einteilig oder mehrteilig sein. Vorzugsweise handelt es sich um Karosseriebauteile von Fahrzeugkarosserien. Die Fertigungsanlage (1) kann z.B. für den Rohbau von Fahrzeugkarosserien eingesetzt werden. Die Werkstücke (2) und (2') sind unterschiedlich ausgebildet.
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Im Zuge des automatischen Fertigungsverfahrens können gemäß 8 bis 10 ein oder mehrere Werkstücke (2, 2') in einer Folge von Fertigungsschritten (44–47) mit unterschiedlichen Fertigungsprozessen bearbeitet werden. Die Schrittzahl richtet sich nach dem Prozessvolumen, der Auslastung, Taktvorgaben und anderen Kriterien. Hierbei wird z.B. im Rohbau durch Assemblieren und Fügen von Werkstückteilen ein Fertigungs-Produkt (43), insbesondere eine Karosserie-Baugruppe, erzeugt. Dies kann ein Zwischenprodukt sein, aus dem mit weiteren Prozessen, z.B. Verbindung mit weiteren Werkstückteilen oder anderweitig gefertigten Zwischenprodukten, ein Endprodukt erzeugt wird. Die Fertigungsschritte (44–47) werden bevorzugt in einer Abfolge nacheinander in mehreren Fertigungseinrichtungen (18–22) durchgeführt. Hierbei werden gemäß 8 und 9 in einem Fertigungsschritt (44–47) jeweils ein oder mehrere Prozess-Segmente ausgeführt.
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Diese Fertigungsprozesse können unterschiedliche Techniken betreffen, z.B. Fügen, insbesondere Schweissen, Löten oder Kleben, Auftragen und Abtragen von Materialien, Wärmebehandlungen, Umformen, spanabhebende Bearbeitung, Assemblier- und Montagevorgänge oder dgl..
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Die Fertigungsanlage (1), das Fertigungsverfahren und die Fertigungseinrichtungen (18–22) sind flexibel und applikationsspezifisch adaptierbar. Mit einer Applikationsspezifizierung wird eine Anpassung an unterschiedliche Fertigungsprozesse und/oder an unterschiedliche Werkstücke (2, 2') bezeichnet.
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Für diese verschiedenen Prozesse werden verschiedene applikationsspezifische Werkzeuge (8) benötigt. Die applikationsspezifischen Werkzeuge (8) können Einzelwerkzeuge oder Satzwerkzeuge sein. Sie können gemäß 8 aus mehreren Toolsegmenten (41) bestehen.
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Nachfolgend werden die applikationsspezifischen Werkzeuge (8) der Einfachheit halber als Werkzeuge (8) bezeichnet.
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1 zeigt eine Schemadarstellung einer Fertigungsanlage (1) und ihrer Komponenten. Die Fertigungsanlage (1) weist einen Fertigungsbereich (3) mit mehreren darin angeordneten Fertigungseinrichtungen (18–22) auf. Ferner besitzt die Fertigungsanlage (1) eine Bereitstellung (10) für Werkstücke (2, 2') und eine Bereitstellung (11) für verschiedene besagte Werkzeuge (8) auf. Ferner ist eine Fördereinrichtung (4) vorhanden, welche die Fertigungseinrichtungen (18–22) untereinander und mit den bevorzugt externen Bereitstellungen (10, 11) flexibel verbindet. Die Bereitstellungen (10, 11) werden auch als Warehouse (10) und als Toolstore (11) bezeichnet.
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Die Fördereinrichtung (4) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsformen weist sie eine Vielzahl von autonomen und individuell steuerbaren Fördermitteln (5) sowie eine Vielzahl von Förderwegen (7) auf, auf denen die Fördermittel (5) verkehren. Die Förderwege (7) sind vorzugsweisen in einem Netz angeordnet und kreuzen sich mehrfach. Die Fördermittel (5) sind bevorzugt als flurgebundene fahrerlose Transportfahrzeuge, sog. AGV oder FTF, ausgebildet. Die Fördermittel (5) verkehren im Netz der Förderwege (7) auf frei programmierbaren Förderbahnen. Alternativ können die Fördermittel (5) hängend angeordnet sein und z.B. an aufgeständerten Förderschienen mit Weichen fahren. Sie können ferner als Rollen- oder Bandförderer ausgebildet sein. Die Fördereinrichtung (4) kann mehrere unterschiedliche Fördermittel (5) aufweisen.
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Die Fördermittel (5) haben in den verschiedenen Ausführungsformen vorzugsweise jeweils einen eigenen individuell steuerbaren Antrieb und eine eigene programmierbare Steuerung. Die Energieversorgung kann auf beliebig geeignete Weise erfolgen, z.B. durch eine stationäre oder instationäre Energieversorgungseinrichtung (33).
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Für den Transport von Werkstücken (2, 2') und/oder Werkzeugen (8) von den Bereitstellungen (10, 11) zum Fertigungsbereich (3) und zurück sowie im Fertigungsbereich (3) zwischen den Fertigungseinrichtungen (18–22) tragen die Fördermittel (5) jeweils ein oder mehrere adaptierte Lastaufnahmemittel (6). Diese werden nachfolgend abgekürzt als LAM bezeichnet.
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Die LAM (6) können fest oder wechselbar auf einem Fördermittel (5) angeordnet sein. Die LAM (6) können eine feste Adaption für bestimmte Werkstücke (2, 2') und/oder Werkzeuge (8) aufweisen. Sie können alternativ flexibel bzw. verstellbar und unterschiedlich adaptierbar ausgebildet sein. Die LAM (6) können unterschiedliche angepasste Aufnahmen und Haltemittel für die Werkstücke (2, 2') und/oder Werkzeuge (8) aufweisen und diese in einer definierten Position halten. Die LAM (6) können z.B. als Basis einen platten- oder rahmenförmigen Träger aufweisen.
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Mehrere LAM (6) sind verschiedenartig ausgebildet und bilden verschiedene Typen (A, B, C, D). Sie können dabei an unterschiedliche Werkstücke (2, 2') adaptiert sein. Ein verstellbares LAM (6) kann zwei oder mehr verschiedene Typen bilden. Die Zahl der verschiedenen LAM-Typen (A, B, C, D) kann beliebig hoch sein. Sie beträgt zwei, drei, vier oder mehr. Die Zahl kann von dem in der Fertigungsanlage (1) zu fertigenden Prozessvolumen abhängen, insbesondere von der Zahl der unterschiedlichen Werkstücke (2, 2'). Für die Werkzeuge (8) können weitere LAM-Typen vorhanden sein.
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Die typverschiedenen LAM (6) haben eine Typkennung (37) für ihren jeweiligen Typ (A, B, C, D). Diese kann fest vorgegeben oder veränderbar sein. Ein verstellbares LAM (6) kann auch eine verstellbare Typkennung (37) aufweisen. Die Typkennung (37) kann informations- und steuertechnisch mit einem bestimmten Werkstück (2, 2') verknüpft sein. Sie kann die Art des Werkstücks (2, 2') und/oder Werkzeugs (8) repräsentieren. Vorzugsweise ist die Typkennung (37) unabhängig vom Zustand des Werkstücks (2, 2') und/oder Werkzeugs (8) auf dem LAM (6). Bei einem Fertigungsablauf über mehrere Fertigungsschritte (44–47) ändert sich daher die Typkennung (37) nicht. Die Typkennung (37) kann allerding aus anderen Gründen geändert werden, z.B. bei einer technischen Umrüstung des LAM (6).
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Die Typkennung (37) kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Sie kann z.B. aus einer am LAM (6) angebrachten Codierung bestehen, die in beliebiger Weise ausgebildet sein kann, z.B. mechanisch, magnetisch, elektrisch, induktiv, insbesondere als RFID-Chip. Eine Codierung kann weitere Informationen enthalten, z.B. eine Identifizierungsnummer des LAM (6). Eine Typkennung (37) kann alternativ oder zusätzlich von einem Farb- oder Formmerkmal des LAM (6) gebildet werden. 3 zeigt diese Anordnung.
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Die Fertigungsanlage (1) weist eine mit der Fördereinrichtung (4) verbundene Bereitstellung (9) für die verschiedenen LAM (6) auf. Die Bereitstellungen (9, 10, 11) können gleichartig ausgebildet sein. Eine solche Bereitstellung (9, 10, 11) kann z.B. einen Lagerbereich (32) für Werkstücke (2, 2') und/oder Werkzeuge (8) und/oder LAM (6) und einen mit der Fördereinrichtung (4) verbundenen Beladebereich (30) mit einer Beladeeinrichtung (31) aufweisen. Die Beladeeinrichtung (31) umfasst z.B. einen oder mehrere Laderoboter, die stationär angeordnet sind oder mittels einer Fahrachse entlange eines einzelnen oder einer Reihe von Fördermitteln (5) mit LAM (6) verfahrbar angeordnet sind.
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Im Fertigungsbereich (3) sind die mehreren Fertigungseinrichtungen (18–22) in einer linienförmigen oder flächigen Verteilung angeordnet. Die Fördereinrichtung (4) ist dafür ausgelegt, zumindest einen Typ, insbesondere alle Typen (A, B, C, D), von Lastaufnahmemitteln (6) zu und von der oder den Fertigungseinrichtungen (18–22) zu verlagern. Die Fertigungseinrichtungen (18–22) sind mehrseitig von Förderwegen (7) umgeben. Ein Förderweg (7) erstreckt sich jeweils in und bevorzugt durch eine Fertigungseinrichtung (18–22). Die Fördermittel (5) mit den LAM (6) können dadurch in und vorzugsweise durch die einzelnen Fertigungseinrichtungen (18–22) fahren. Vorzugsweise sind die Fertigungseinrichtungen (18–22) in einer gleichmäßigen, insbesondere kartesischen Matrix verteilt angeordnet.
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Zumindest mehrere Fertigungseinrichtungen (18–22) sind untereinander gleich ausgebildet. Vorzugsweise sind sie als einzelne Fertigungszellen (23) gestaltet. Alternativ ist eine andere, z.B. mehrzellige Ausbildung möglich. In 3 ist eine zellenartige Fertigungseinrichtung (18–22) beispielhaft dargestellt.
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Die gezeigte Fertigungseinrichtung (18–22), insbesondere Fertigungszelle (23), arbeitet automatisch. Sie weist eine einzelne, bevorzugt zentrale Arbeitsstelle bzw. einen Bearbeitungsbereich (26) und ein oder mehrere applikationsflexible Fertigungsmittel bzw. Fertigungsgeräte (28, 29) auf. Alternativ können mehrere Arbeitsstellen bzw. Bearbeitungsbereiche (26) vorhanden sein. Der Bearbeitungsbereich (26) dient zur sequenziellen Aufnahme von zumindest zwei verschiedenartigen bzw. typverschiedenen LAM (6) und des jeweils mitgeführten Werkstücks (2, 2') und/oder Werkzeugs (8).
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Der Bearbeitungsbereich (26) befindet sich auf einem Förderweg (7), der sich in oder durch die Fertigungseinrichtung (18–22) (Sackgasse oder Durchfahrgasse) erstreckt. Dieser vorzugsweise gerade Förderweg (7) kann nur in einer oder bevorzugt in beiden Richtungen befahren werden. Der Bearbeitungsbereich (26) weist eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung zur prozessgerechten Positionierung des LAM (6) und/oder des Fördermittels (5) auf. Hiermit erfolgt auch eine exakte Positionierung von ein oder mehreren mitgeführten Werkstücken (2) und/oder von ein oder mehreren mitgeführten Werkzeugen (8).
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Die Fertigungsmittel (28, 29) können gleich oder unterschiedlich ausgebildet und jeweils einzeln oder mehrfach vorhanden sein. Zumindest ein Fertigungsmittel (29) dient zur Bearbeitung eines Werkstücks (2, 2') im Bearbeitungsbereich (26), insbesondere auf dem LAM (6). Das Fertigungsmittel (29) kann zusätzlich auch ein Werkstück (2, 2') handhaben. Vorzugsweise wird ein anderes zusätzliches Fertigungsmittel (28) zum Handhaben eines Werkstücks (2, 2') eingesetzt.
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Die Fertigungsmittel (28, 29) sind z.B. um den Bearbeitungsbereich (26) verteilt angeordnet. Insbesondere befinden sie sich zu beiden Seiten des Bearbeitungsbereichs (26) und des Förderwegs (7). Die Fertigungsmittel (28, 29) können stationär oder mittels einer Zusatzachse verfahrbar angeordnet sein. Die applikationsflexiblen Fertigungsmittel (28, 29) sind vorzugsweise als mehrachsige und programmierbare Industrieroboter ausgebildet. Sie weisen an ihren Abtriebselementen, insbesondere ihren Handflanschen, eine automatische Wechselkupplung auf. Sie können hierdurch automatisch das benötigte Werkzeug (8) bzw. Toolsegment (41) aufnehmen, benutzen und bedarfsweise automatisch abgeben und wechseln. Alternativ kann ein Fertigungsmittel (29) in anderer Weise, z.B. als Werkzeugmaschine ausgebildet sein.
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Die applikationsflexiblen Fertigungsmittel (28, 29) sind vorzugsweise für verschiedene Aufgaben vorgesehen. Die Fertigungsmittel (29) weisen z.B. austauschbare applikationsspezifische Werkzeuge (8) für die Durchführung des jeweiligen Fertigungsprozesses auf, die z.B. als Fügewerkzeug, Umformwerkzeug oder dgl. ausgebildet sind. Diese Fertigungsmittel (29) sind z.B. als Schweissroboter ausgebildet. Die anderen Fertigungsmittel (28) tragen ebenfalls austauschbare applikationsspezifische Werkzeuge (8), die z.B. zum Handhaben der ein oder mehreren Werkstücke (2) beim Fertigungsprozess ausgebildet sind. Diese Werkzeuge (8) können Greifwerkzeuge sein. Die Fertigungsmittel (28) sind z.B. als Handlingroboter ausgebildet.
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Beim Handhaben können Werkstückteile bewegt und z.B. assembliert werden. Ferner kann das Werkstück (2, 2') vom LAM (6) gelöst werden. Es kann dabei abgehoben und in Schwebelage gehalten werden, wobei ggf. die Bearbeitung fortgesetzt wird. Das vom Werkstück (2, 2') getrennte LAM (6) kann während der Weiterbearbeitung bewegt und aus der Fertigungseinrichtung (18–22) abtransportiert werden. Ferner kann das gelöste Werkstück (2, 2') auf ein zweites, in den Bearbeitungsbereich (26) transportiertes LAM (6) abgelegt und umgeladen werden. Das zweite LAM (6) kann vom gleichen Typ oder von einem anderen Typ sein. Auf dem zweiten LAM (6) kann auch ein weiteres Werkstück zugeführt werden.
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Die Fertigungseinrichtung (18–22), insbesondere die Fertigungszelle (23), weist einen oder mehrere Speicher (27) für die besagten Werkzeuge (8) auf. Die Speicher (27) können mehrere Aufnahmeplätze für verschiedene Werkzeuge (8) aufweisen. Sie können angetrieben und steuerbar sein. Sie können z.B. als Drehspeicher ausgeführt sein. Die Speicher (27) befinden sich jeweils im Arbeitsbereich eines Fertigungsmittels (28, 29). Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Speicher (27) an den Eckbereichen angeordnet, die jeweils einem Fertigungsmittel (28) bzw. Handlingroboter, zugeordnet sind.
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Ferner weist die Fertigungseinrichtung (18–22) gemäß 3 eine Steuereinrichtung (38) mit einem Speichermittel (39) für eine Vielzahl von applikationsspezifischen und auf verschiedene LAM-Typen (A, B, C, D) adaptierten Steuerprogrammen (40) auf. Zumindest für zwei Typen (A, B), vorzugsweise für alle Typen (A, B, C, D) der LAM (6) sind Steuerprogramme vorhanden und gespeichert. Die Steuereinrichtung (38) ist an sich neutral und wird durch Zuweisung von nachfolgend erläuterten applikationsspezifischen Prozess-Segmenten zum Prozessmanager.
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Die Fertigungseinrichtung (18–22) hat außerdem eine Erfassungsvorrichtung (36) für die Typenkennung (37). Die Erfassungsvorrichtung (36) kann Teil der Steuereinrichtung (38) sein. Die Erfassungsvorrichtung (36) kann innerhalb der Fertigungseinrichtung (18–22), bevorzugt am Eingangsbereich, angeordnet sein. Alternativ kann sie außerhalb und z.B. an einem Förderweg (7) angeordnet sein.
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Die Steuereinrichtung (38) bestimmt anhand der durch die Erfassungsvorrichtung (36) erfassten Typenkennung (37) den Typ (A, B, C, D) des am Bearbeitungsbereich (26) befindlichen LAM (6). Die Erfassungsvorrichtung (36) kann einen optischen Sensor, einen elektromagnetischen Sensor, einen taktilen Sensor, einen elektrischen Sensor und/oder einen magnetischen Sensor aufweisen. Ein Sensor kann insbesondere als Antenne, als near field communication, als kapazitiver oder induktiver Sensor ausgebildet sein.
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Die Fertigungseinrichtung (18–22) und ihre Fertigungsmittel (28, 29) sowie evtl. weitere Einrichtungskomponenten haben eine applikationsneutrale Grundausbildung und werden durch Bestückung mit applikationsspezifischen Werkzeugen (8) und durch Umprogrammierung bzw. durch ein Steuerprogramm (40) an die jeweilige Applikation adaptiert. Durch diese Grundausbildung und die Bestückungs- und Adaptionsmöglichkeit sind sie applikationsflexibel.
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Die Steuereinrichtung (38) wählt anhand des erfassten und bestimmten LAM-Typs (A, B, C, D) ein Steuerprogramm (40) aus der gespeicherten Programmvielzahl und führt es aus. Die Steuereinrichtung (38) ist hierzu mit dem mindestens einen Fertigungsmittel (28, 29) verbunden und steuert dieses. Der Typenkennung (37) bzw. dem LAM-Typ ist ein bestimmtes Werkstück (2, 2') zugeordnet. Das ausgewählte Steuerprogramm (40) ist auf die Bearbeitung dieses Werkstücks (2, 2') adaptiert.
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Die Fertigungseinrichtung (18–22), insbesondere die Fertigungszelle (23) kann ferner eine oder mehrere Versorgungseinrichtungen für Betriebsmittel, insbesondere elektrischen Strom, fluidische Medien oder dgl., sowie Hilfsvorrichtungen aufweisen. Ferner kann eine umgebende Schutzabtrennung (24), z.B. in Form eines Zaunes, vorhanden sein. In der Schutzabtrennung (24) können eine oder mehrere Schleusen (25) für den gesicherten Einlass und Auslass eines Fördermittels (5) mit LAM (6) auf dem Förderweg (7) vorhanden sein.
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Die Fertigungsanlage (1) weist eine Steuerung (13) auf, die mit Steuereinheiten (14–17) für die Fertigungseinrichtungen (18–22), die Fördereinrichtung (4) und die Bereitstellungen (9, 10, 11) verbunden ist. 2 zeigt beispielhaft eine solche Steuerungsarchitektur. Die zentrale Anlagensteuerung (13) ist einerseits mit einer Steuereinheit (14), einem sog. Warehouse-Manager, für das Warehouse (10) und die Fertigungseinrichtung (18–22) sowie gegebenenfalls auch die Fördereinrichtung (4) verbunden.
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Der Warehouse-Manager (14) steuert den Aufenthalt und die Verlagerung der LAM (6) in der Fertigungsanlage (1). Er erteilt insbesondere der Fördereinrichtung (4) Aufträge das jeweilige LAM (6) zur richtigen Adresse, z.B. Fertigungseinrichtung oder Bereitstellung, zu transportieren. Er steuert auch das Routing, d.h. die Reihenfolge der von einem LAM (6) angefahrenen Fertigungseinrichtungen (18–22). Letztere müssen nicht direkt aufeinander folgen, sondern können irgendwo in der Fertigungsanlage angeordnet sein. Beim Routing bzw. der verfolgten Förderbahn können Fertigungseinrichtungen (18–22) durchfahren oder umfahren werden.
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Der Warehouse-Manager (14) beinhaltet ein Lagerverwaltungssystem für die Steuerung von Logistikprozessen vom Wareneingang zum Warenausgang, für die Bestandverwaltung und Inventur, für das Task-Management, für eine Transaktions-Historie, für eine Lager-Konfigurationsanpassung durch Administratoren und für Schnittstellen zu Systemkomponenten der Fertigungsanlage (1). Ferner beinhaltet der Warehouse-Manager (14) ein Materialflusssystem mit globaler Steuerung der automatisierten Anlagenkomponenten, insbesondere der Fördereinrichtung (4), für die Transportverwaltung, für eine Stau- und Flusskontrolle, für das besagte Routing und Durchsatzoptimierungen, für eine integrierte Störungsbehebung über alle Levels, für eine Koordination mit Subsystemen, für eine Anlagenindividualisierung und für eine globale Materialflussoptimierung.
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Ferner gibt es eine Verbindung zwischen der Steuerung (13) und einer Steuereinheit (15), die als Toolstore-Manager bezeichnet wird. Es besteht auch eine Verbindung zwischen dem Warehouse-Manager (14) und dem Toolstore-Manager (15). Der Toolstore-Manager (15) befasst sich mit dem Toolstore (11). Er beinhaltet einen Werkzeugmanager für Logistikprozesse von Werkzeugeingang zu Werkzeugemission, für die Kommissionierung der Werkzeuge für geplante Produktionen, für eine Verwaltung von Lagerorten und Einsatzorten, für ein Controlling und eine Dokumentation von Wartungsintervallen und für eine Historie aller Werkzeuge. Ferner werden die Ersatzteile hinsichtlich einer Bestandsverwaltung und Inventur gesteuert. Entsprechendes gilt auch für die Verbrauchsteile, sog. consumables und für eine Werkstatt.
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Der Toolstore-Manager (15) ist mit einer Steuereinheit (16), dem sog. Fleet-Manager, verbunden. Dieser beinhaltet Schnittstellen zum Logistik- und Materialflusssystem und betrifft die Funktionen von Disposition, Planung und Flotten-Management der Fördermittel (5). Ferner hat auch der Warehouse-Manager (14) eine Verbindung zum Fleet-Manager (16). Der Fleet-Manager (16) führt Aufträge sowohl vom Warehouse-Manager (14), als auch vom Toolstore-Manager (15) aus.
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Der Fleet-Manager (16) ist verbunden mit einer weiteren Steuereinheit (17), die als Field-Manager bezeichnet wird. Dieser befasst sich mit der Statuskontrolle für Abläufe in der Fertigungsanlage (1), Schnittstellen zur Hallen- und Gebäudetechnik sowie Schnittstellen zur Qualitätssicherung. Der Field-Manager (17) ist seinerseits mit der Steuerung (13) verbunden.
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Die Steuereinrichtungen (38) der Fertigungseinrichtungen (18–22) und ihre Steuerprogramme bzw. Prozessmanager (4) sind ebenfalls mit der Anlagensteuerung (13), insbesondere dem Warehouse-Manager (14) und dem Toolstore-Manager (15) verbunden.
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Die vorgenannten Verbindungen zwischen der Steuerung (13) und den Steuereinheiten (14–17, 40) sind als Signalleitungen ausgebildet. Sie können kabelgebunden oder kabellos ausgeführt sein.
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Der Toolstore-Manager (15) steuert die hardware- und/oder softwaretechnische Ausrüstung der einzelnen Fertigungseinrichtungen (18–22) bzw. Fertigungsmittel (28, 29). Dies betrifft z.B. das Beschicken der Fertigungsmittel (28, 29) bzw. Speicher (27) mit Werkzeugen (8) und den Abtransport nicht mehr benötigter Werkzeuge (8) mittels LAM (6). Der Toolstore-Manager (15) kann auch die Speicherung der Steuerungsprogramme (40) in den Speichermitteln (39) der jeweiligen Steuereinrichtungen (38) steuern. Er kann insbesondere die Steuerungsprogramme (40) zentral speichern und an die Speichermittel (39) senden. 10 verdeutlicht dies schematisch.
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Der Toolstore-Manager (15) kann die beim Fertigungsablauf in den Fertigungseinrichtungen (18–22) vor Ort auszuführenden Prozess-Segmente disponieren und verwalten. Letztere bestehen jeweils aus dem benötigten Werkzeug (8) bzw. Toolsegment (41) und den dazugehörigen Programmsequenzen bzw. Toolsegmenten (42) im Steuerungsprogramm (40). Der typ-abhängige Aufruf und die Ausführung des Steuerungsprogramms (40) erfolgen durch die jeweilige Steuereinrichtung (38). Hierbei kann auch der Einsatz und ein evtl. Tausch des Werkzeugs (8) bzw. der Toolsegmente (41) vom Steuerungsprogramm (40) gesteuert werden.
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Das Bearbeiten eines ein- oder mehrteiligen Werkstücks (2, 2') in einem Fertigungsablauf und einer Abfolge von mehreren Fertigungsschritten bzw. Fertigungssegmenten (44–47) wird jeweils autonom in den Fertigungseinrichtungen (18–22) vom jeweils ausgewählten Steuerprogramm (40) gesteuert. Der Fertigungsablauf bzw. die Schritt-Sequenz der Prozess-Segmente sowie deren Adressen in der Fertigungsanlage (1) werden vom Warehouse-Manager (14) verwaltet und über die Verlagerung der Lastaufnahmemittel (6) bzw. die Fördereinrichtung (4) gesteuert. Die Steuerung der Fertigungsanlage (1) erfolgt somit dezentral.
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Die Steuereinrichtungen (38) bzw. ihre Prozessmanager (40) melden an den Warehouse-Manager (14) Beginn und Ende eines Fertigungsprozesses bzw. Prozess-Segments. Der Warehouse-Manager (14) steuert dann entsprechend die Fördereinrichtung (4) für den Weitertransport des jeweiligen LAM (6) zu der jeweils im Fertigungsablauf folgenden Fertigungseinrichtung (19–22) oder zu einer Bereitstellung (9, 10, 11, 12) und für die Zuführung des nächsten LAM (6) zum Arbeitsbereich (26) an.
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Die Fertigungsanlage (1) mit dem Fertigungsbereich (3) und den Bereitstellungen (9–12) sowie der Fördereinrichtung (4) kann beliebig konfiguriert werden. Hierbei können verschiedene Werkstücke (2, 2') im Parallelbetrieb gefertigt werden. Dies kann z.B. die parallele Fertigung von linken und rechten Seitenwänden, eines Karosseriedachs, einer Bodengruppe oder dergleichen sein. Entsprechendes gilt auch für andere Arten von Werkstücken (2, 2'), die nicht als Karosseriebauteile ausgebildet sind. Ferner können innerhalb dieser parallelen Fertigungsvorgänge verschiedene Typen von gleichartigen Werkstücken (2, 2') in freiem Mix gefertigt werden,
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Die Fertigungseinrichtungen (18–22) können allesamt unterschiedliche Fertigungsprozesse und Fertigungsschritte ausführen. Hierbei kann z.B. für jeden werkstückbezogenen Fertigungsschritt (44–47) eine eigene Fertigungseinrichtung (18–22) vorhanden sein. In einer Fertigungseinrichtung (18–22) können aber auch gleiche oder ähnliche Fertigungsprozesse oder Fertigungsschritte an mehreren unterschiedlichen Werkstücken (2, 2') durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, einen Fertigungsschritt für ein bestimmtes Werkstück (2, 2') in zwei oder mehr funktionsgleichen Fertigungseinrichtungen (18–22) parallel auszuführen. Dies kann z.B. zum Ausgleich unterschiedlich langer Taktzeiten für verschiedene Fertigungsschritte sinnvoll sein. Ferner ist es möglich, Fertigungskapazitäten und die Zahl der dabei eingebundenen Fertigungseinrichtungen (18–22) zu verkleinern oder zu vergrößern.
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Durch die schnelle applikationsspezifische Adaption der Fertigungsanlage (1) und insbesondere der Fertigungseinrichtungen (18–22) können die einzelnen applikationsbezogenen Fertigungsjobs der Fertigungseinrichtungen (18–22) flexibel und schnell geändert werden. Die hierfür erforderliche werkzeugtechnische Umrüstung sowie Umprogrammierung und die hierdurch bewirkte applikationsspezifische Adaption der Fertigungseinrichtungen (18–22) kann ebenfalls sehr schnell vonstatten gehen. Entsprechend schnell kann auch die Fördereinrichtung (4) mit ihren Förderbahnen schnell geändert und umprogrammiert werden.
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4 verdeutlicht eine beispielhafte Konfiguration einer Fertigungsanlage (1) mit einem Fertigungsbereich (3), in dem vier Fertigungseinrichtungen (18–21) in einer Reihe angeordnet sind und von einem Förderweg (7) nacheinander durchsetzt werden. Die Fertigungseinrichtungen (18–21) können entsprechend 3 ausgebildet sein. Nach Durchlaufen der letzten Fertigungseinrichtung (21) kann das Fördermittel (5) mit dem LAM (6) und dem gefertigten Werkstück (2) in einen Abgabebereich (34) fahren, an dem das Werkstück (2) mit Robotern oder dgl. entladen und aus diesem Teil der Fertigungsanlage (1) ausgeschleust werden kann. Es kann z.B. in ein Zwischenlager verbracht oder direkt in einen weiteren Fertigungsbereich (3) zugeführt werden.
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4 verdeutlicht auch das dem Fertigungsbereich (3) vorgeschaltete Warehouse (10), in dem die Fördermittel (5) mit LAM (6) mit ein oder mehreren Werkstücken (2, 2') beladen werden und anschließend in den Fertigungsbereich (3) einfahren. Zudem sind eine Bereitstellung (9) für LAM (6) und eine Bereitstellung (12) für Fördermittel (5) vorgeschaltet und über einen Förderweg (7) an das Warehouse (10) und den Fertigungsbereich (3) angeschlossen.
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5 und 6 zeigen beispielhaft eine andere Konfiguration der Fertigungsanlage (1) mit einem Fertigungsbereich (3), der eine Reihe von fünf Fertigungseinrichtungen (18–22) aufweist. 5 verdeutlicht hierbei die applikationsspezifische Vorbereitung und Rüstung des Fertigungsbereichs (3).
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Die Fördermittel (5) aus einer Bereitstellung (12) werden zunächst mit geeigneten LAM (6) beladen und fahren dann in einen Tool-Store (11), welcher ein oder mehrere Beladebereiche (30) aufweisen kann. Hier werden die benötigten applikationsspezifischen Werkzeuge (8) auf die Fördermittel (5) und LAM (6) geladen, die anschließend auf programmierten Förderbahnen in die jeweiligen Fertigungseinrichtungen (18–22) einfahren und dort die Werkzeuge (8) an die Fertigungsmittel (28, 29) und ggf. die Speicher (27) übergeben. Zudem erfolgt eine Umprogrammierung in der Steuereinheit der jeweiligen Fertigungseinrichtung (18–22). Die Rüstung kann im Parallelbetrieb erfolgen.
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Das Entladen der Werkzeuge (8) kann in den Fertigungseinrichtungen (18, 22) durch die dortigen Fertigungsmittel (28, 29) erfolgen, wobei im Wechsel die nicht mehr benötigten Werkzeuge (8) an das Fördermittel (5) und das LAM (6) übergeben werden.
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In einer anderen und nicht dargestellten Variante kann für die Werkzeugbestückung auf dem Fördermittel (5) und/oder dem LAM (6) eine Handlingeinrichtung angeordnet sein, die den Werkzeugwechsel und die Neubestückung mit Werkzeugen (8) ausführt. Diese Handlingeinrichtung kann z.B. ein mehrachsiger Handlingroboter sein. Hiermit können Werkzeuge (8) und/oder andere Vorrichtungen ausserhalb des Förder- oder Durchfahrtswegs (7) platziert werden.
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Nach erfolgter applikationsspezifischer Umrüstung oder Ausrüstung des Fertigungsbereichs (3) kann das Fertigungsverfahren beginnen. 6 verdeutlicht dieses Stadium. In dem Netz von Förderwegen (7) ändern sich dabei die jeweiligen programmierten Förderbahnen der Fördermittel (5). In 5 und 6 werden mit der Bezugsziffer 7 dabei die besagten programmierten Förderbahnen auf den vorhandenen Förderwegen bezeichnet.
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Über die Fördereinrichtung (4) ist ein Warehouse (10) an den Fertigungsbereich (3) angeschlossen, welches ebenfalls zwei oder mehr Beladebereiche (30) aufweisen kann. Hierbei können entsprechend des Fertigungsverfahrens unterschiedliche Werkstücke (2, 2') zu den verschiedenen Fertigungseinrichtungen (18–22) transportiert werden. Die Fertigungseinrichtungen (18–22) können wieder gemäß 3 ausgebildet sein.
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Bei einem in 8, 9 und 10 schematisch dargestellten Fertigungsablauf fährt ein Fördermittel (5) mit LAM (6) vom Typ D und einem z.B. als Teilesatz ausgebildeten Werkstück (2) von einem Beladebereich (30) in die erste Fertigungseinrichtung (18) ein. In der ersten Fertigungseinrichtung (18) wird nach der Typ-Erfassung in einem ersten Fertigungsschritt (44) ein Prozess-Segment ausgeführt, z.B. Assemblieren und Fügen von Werkstückteilen.
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Die Fertigungsmittel (28) bzw. Handlingroboter entnehmen mit geeigneten Werkzeugen (8), insbesondere Geogreifern, die Werkstückteile vom LAM (6). Hierbei können die Fertigungsmittel (28) miteinander kooperieren und mit ihren Geogreifern sich bedarfsweise gegenseitig verriegeln und die gegriffenen und gespannten Werkstückteile den ein oder mehreren Fertigungsmitteln (29), insbesondere Schweissrobotern, zum Fügen präsentieren. Bedarfsweise werden verriegelte Geogreifer im Verbund in weitere Arbeitspositionen gebracht. Ferner können bei Bedarf ein oder mehrere weitere Werkstückteile von ein oder mehreren Fertigungsmitteln (28) vom LAM (6) nachgeladen und den bereits gegriffenen Werkstückteilen zugefügt werden. Nach dem Fügevorgang wird das produzierte Werkstück auf das Fördermittel (5) und/oder den LAM (6) zurück gelegt und anschließend aus der Fertigungseinrichtung (18) abtransportiert. In der Fertigungseinrichtung (18) findet z.B. ein Laserschweissen mit einem Remote-Laser an den gegriffenen Werkstückteilen statt, wobei das teilgefügte Werkstück (2) am Ende des Fertigungsschritts (44) einen Zustand 1 aufweist.
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Nach dem zweiten Fertigungsschritt (45) in der folgenden Fertigungseinrichtung (19) und dem dortigen einzelnen Prozess-Segment mit einem weiteren angefügten Werkstückteil hat das Werkstück (2) einen Zustand 2. Nach der dritten Fertigungseinrichtung (20) und dem dritten Fertigungsschritt (46) mit einem Prozess-Segment hat das Werkstück (2) einen Zustand 3. In der vierten Fertigungseinrichtung (21) und beim vierten Fertigungsschritt (46) mit zwei Prozess-Segmenten wird das Werkstück (2) bzw. das Fertigprodukt (43) in Form einer Baugruppe mit dem Zustand 4 vollendet und abtransportiert.
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Ein zweites Werkstück (2') auf einem LAM (6) vom Typ C kann gemäß 8 und 9 ebenfalls durch die Fertigungseinrichtungen (18–22) bewegt werden. Hierbei findet z.B. nach der Typ-Erfassung nur in der ersten Fertigungseinrichtung (18) ein Bearbeitungsprozess mit zwei Prozess-Segmenten statt. In der zweiten, dritten und vierten Fertigungseinrichtung (19, 20, 21) erfolgt keine Bearbeitung. Hier gibt es kein zugehöriges Steuerprogramm (40) und keine Prozess-Segmente. Der weitere Fertigungsablauf erstreckt sich ggf. über andere Fertigungseinrichtungen.
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Bei dieser Variante werden die Werkstücke (2, 2') parallel und unabhängig voneinander bearbeitet und transportiert. Fertigungsstationen (18–22) ohne vorgesehene Bearbeitung des jeweiligen Werkstücks (2, 2') können durchfahren oder umfahren werden.
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In einer anderen Variante kann während eines Fertigungsprozesses bzw. Prozess-Segments in einer Fertigungseinrichtung (18–20) das Werkstück (2) insgesamt vom LAM (6) abgehoben werden, wobei das Fördermittel (5) mit dem leeren LAM (6) vom Typ A die Fertigungseinrichtung verlässt und ein neues Fördermittel (5) mit einem LAM (6) von einem anderen Typ B einfährt, wobei hier das fertig produzierte Werkstück (2) anschließend abgelegt und weiter transportiert wird.
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Bei diesem Wechsel oder Umladevorgang kann das produzierte Werkstück (2) mit einem weiteren, ggf. anderweitig gefertigten, Werkstück (2') oder Werkstückteilen lose ergänzt oder auch gefügt werden, die auf dem anderen LAM (6) vom Typ B zugeführt werden. Dieses LAM (6) ist zur Aufnahme beider Werkstücke (2, 2') oder Werkstückteile adaptiert. Das produzierte Werkstück (2) kann in korrekter Relativposition zu dem oder den weiteren Werkstück(en) (2') oder Werkstückteilen auf dem LAM (6) abgelegt werden. Ferner kann eine Weiterbearbeitung der assemblierten Werkstücke (2, 2') oder Werkstückteile erfolgen, z.B. ein Fügen. Das Steuerprogramm (40) für den ersten LAM-Typ A kann hierfür eine zusätzliche Programmsequenz aufweisen oder aufgrund der Typ-Erfassung des einfahrenden zweiten LAM-Typ B umgeschaltet werden.
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Die assemblierte und ggf. gefügte Werkstückkonfiguration kann dann in die nächste Fertigungseinrichtung gefahren werden. Diese Fertigungs- und Umladevorgänge können sich wiederholen, wobei ein komplexes Werkstück, z.B. eine Vorbau-Gruppe einer Fahrzeugkarosserie, aus Einzelteilen und mit z.B. vier verschiedenen und an die Zwischenprodukte angepassten LAM-Typen (A, B, C, D) produziert wird.
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Für die Werkstückübergabe wird die betreffende Fertigungseinrichtung (21) von LAM-Typ A und LAM-Typ B in direkter Folge und mit einer vorgegebenen Reihenfolge bzw. Sequenz durchfahren. Durch eine entsprechende Anzahl von solchen Übergaben ist die verbindende Fördertechnik durch den gesamten anlagenübergreifenden Produktionsprozess sicher gestellt.
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Ferner ist es möglich, dass ein Fördermittel (5) mit LAM (6) vom Typ A und einem in einem Fertigungsschritt produzierten Werkstück (2) aus einer Fertigungseinrichtung (18) zunächst zum Warehouse (10) zurück gefahren und dort mit weiteren Werkstücken oder Werkstückteilen ergänzt wird sowie anschließend in die nächste Fertigungseinrichtung (19) einfährt. Entsprechende Vorgänge können sich auch bei den weiteren Fertigungsschritten und Fertigungseinrichtungen (20–22) anschliessen.
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Jeder Typ (A, B, C, D) von LAM (6) kann jeweils in einem geschlossenen Fertigungs-Loop (48, 49) auf entsprechend programmierten, vorzugsweise ringförmig geschlossenen Förderbahnen transportiert werden. Der Fertigungs-Loop (48, 49) erstreckt über ein oder mehrere zugeordnete Fertigungseinrichtungen (18–22) und ggf. durch die Bereitstellungen (9, 10). Der Fertigungs-Loop (48, 49) korrespondiert mit dem Fertigungsablauf für ein Werkstück (2, 2') und den hierbei vorgesehenen Fertigungsschritten (44–45) zur Herstellung eines Fertigungs- oder Zwischenprodukts (43). Die Zahl der eingebundenen Fertigungseinrichtungen (18–22) kann dabei der Zahl der Fertigungsschritte (44–45) entsprechen.
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Die Fertigungs-Loops (48, 49) können getrennt voneinander und ggf. bereichsweise parallel verlaufen. Bei einer Weiterverarbeitung des Fertigungs- oder Zwischenprodukts (43) in einem nachfolgenden weiteren Fertigungsablauf mit einem eigenen Fertigungs-Loop (49) können sich die beiden Fertigungs-Loops (48, 49) in einer gemeinsamen Fertigungseinrichtung (21) überschneiden.
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In 6 sind beispielhaft zwei Fertigungs-Loops (48, 49) schematisch dargestellt. Der erste gestrichelt dargestellte Fertigungs-Loop (48) für ein oder mehrere LAM (6) vom Typ A und Werkstücke (2) erstreckt sich über drei Fertigungsschritte und drei Fertigungseinrichtungen (18–21) und die Bereitstellung (10). Der zweite strichpunktiert dargestellte Fertigungs-Loop (49) für ein oder mehrere LAM (6) vom Typ B und andere Werkstücke (2') erstreckt sich über drei Fertigungsschritte und drei Fertigungseinrichtungen (18–21) und die Bereitstellung (10). In der Fertigungseinrichtung (21) überschneiden sich die Fertigungs-Loops (48, 49), wobei hier das vorgenannte Umladen des Werkstücks (2) bzw. Fertigungs- oder Zwischenprodukts (43) vom LAM (6) Typ A auf ein anderes LAM (6) vom Typ B erfolgt.
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7 zeigt eine weitere komplexere Konfiguration einer Fertigungsanlage (1) mit einem Fertigungsbereich (3) der vorbeschriebenen Art, einem Warehouse (10) und einem Toolstore (11). Die anderen Bereitstellungen (9, 12) sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Das Warehouse (10) und der Toolstore (11) können auf gegenüber liegenden Seiten des Fertigungsbereichs (3) angeordnet sein, indem sich z.B. eine einzelne Reihe von Fertigungseinrichtungen (18–21) befindet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die Förderwege (7) und die programmierten Förderbahnen für den Werkzeugtausch und für die Werkstückzuführung entflochten werden können. Außerdem ist eine Variante dargestellt, in der den verschiedenen Beladebereichen (30) des Warehouse (10) Pufferspeicher für lose LAM (6) mit vorbereiteten Werkstückkonfigurationen (2) zugeordnet sind. Die für den Werkstücktransport von und zu den Fertigungseinrichtungen (18–22) benutzten Fördermittel (5) laden dann nur die vorbereiteten LAM (6) auf, wobei andere Fördermittel (5) für die Bestückung des Pufferspeichers zuständig sind. Dies sorgt für besonders schnelle Wechsel- und Bestückungszeiten.
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Ein Fertigungsbereich (3) kann außer den vorgenannten Arten von applikationsflexiblen Fertigungseinrichtungen (18–22) auch eine oder mehrere andere Fertigungseinrichtungen (35) aufweisen, die z.B. eine vorgegebene Werkzeugbestückung und einen vorgegebenen Fertigungsschritt beinhalten, der nicht oder nur begrenzt flexibel ist. In 7 ist die Fertigungseinrichtung (35) in dieser Weise ausgebildet. Sie kann z.B. als Geostation oder Framingstation für Fahrzeugkarosserien ausgebildet sein und eine Paarung von Spannrahmen aufweisen, die gegebenenfalls mehrfach und vor Ort wechselbar vorhanden ist.
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Solche nicht oder weniger flexiblen Fertigungseinrichtungen (35) können z.B. für besonders große und schwere Werkstücke oder Werkstückkonfigurationen vorgesehen sein. Sie können ansonsten die gleichen Eigenschaften wie die applikationsflexiblen Fertigungseinrichtungen (18–22) haben, insbesondere applikationsflexible Fertigungsmittel (28, 29), Speicher (27) etc.. Sie können ferner ebenfalls an die Fördereinrichtung (4) angeschlossen sein und auch einen durchgehenden Förderweg (7) besitzen.
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Eine Fertigungseinrichtung (35) kann z.B. auch als Tryout-Station ausgebildet sein, die der Entwicklung einer neuen Applikation dient. Sie kann im Grundaufbau den einheitlichen und standardisierten Fertigungseinrichtungen (18–22) entsprechen, wobei hier ein Fertigungsprozess und ein Steuerprogramm (40) unter Einsatz von applikationsspezifischen Werkzeugen (8) erstellt und getestet wird.
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11 zeigt eine weitere Variante einer Fertigungsanlage (1) mit einem Fertigungsbereich (3) und Bereitstellungen (10, 11) für Werkstücke und applikationsspezifische Werkzeuge. Dem Toolstore (11) ist ein LAM-Konfigurationsbereich (56) zugeordnet. Am Rand des Fertigungsbereichs (3) ist ein Reparaturbereich (55) angeordnet. Die gezeigte Fertigungsanlage (1) beinhaltet auch zwei oder mehr gesonderte Fertigungseinrichtungen (35), die z.B. als Tryout-Stationen ausgebildet und nahe am Toolstore (11) angeordnet sind. Zudem kann ein Zwischenspeicher (57) am Ende der Fertigungsanlage (1) vorhanden sein, an dem die Endprodukte von den LAM (6) abgeladen und evtl. auf andere Förderer, insbesondere Skids, umgeladen werden. Hier kann sich z.B. eine Lackierstraße anschließen, wobei auch eine Lackiersequenzierung erstellt werden kann.
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Im Fertigungsbereich (3) sind die Fertigungseinrichtung (18–21) in einer kartesischen Matrix mit sechs Reihen (I–VI) und zehn Spalten (01–10) angeordnet. Die Fördereinrichtung (4) und deren Förderwege (7) erstrecken sich zwischen und längs den Reihen (I–VI) und verbinden diese mit den links und rechts angeordneten Warehouses (10). Auf diesen Haupt-Förderwegen (7) herrscht z.B. Einbahnverkehr mit zwei oder mehr Spuren für die nicht dargestellten Fördermittel (5). Die Einbahnrichtung wechselt sich reihenweise ab. Die Haupt-Förderwege (7) sind außerdem quer verbunden, insbesondere an den äußeren Anlagenrändern und im Warehouse-Bereich. Ferner sind die besagten Förderwege (nicht dargestellt) in oder durch die Fertigungseinrichtung (18–21) vorhanden.
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Bei der Fertigungsanlage (1) in 11 kann der Gesamtmaterialfluss an Werkstücken (2, 2') in Mikro-Fertigungsloops geteilt werden, sodass die nötige Gesamtsequenz nur von der Reihenfolge von jeweils zwei LAM (6) bzw. Fördermitteln (5) abhängt, die vom Warehouse-Manager (14) in die jeweils nächste Fertigungseinrichtung (18, 22) geschickt werden. An verschiedenen Stellen sind zwischen Fertigungseinrichtungen (19, 20) Parkbereiche (53) angeordneten, in denen ein oder mehrere leere oder beladene LAM (6) zwischengeparkt werden können. In den Reihen (I–VI) sind z.B. jeweils zwei Fertigungseinrichtungen (18, 19) zu einem Block zusammengeordnet, wobei die Blocks von jeweils einem Parkbereich (53) getrennt werden. Die Parkbereiche (53) sind jeweils ringartig von Neben-Förderwegen (7) umschlossen. Auf den Haupt- und Nebenförderwegen (7) kann es Vorfahrtsregeln geben.
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Bei miteinander verketteten und in der vorbeschriebenen Weise überschnittenen Mikro-Loops müssen die LAM (6) wegen des Umladevorgangs in einer bestimmten Reihenfolge in eine gemeinsame Fertigungseinrichtung einfahren. Diese Reihenfolge wird am Parkbereich (53) erzeugt und sichergestellt. Hierbei gibt es an einem der Haupt-Förderwege (7) zwischen den Reihen (I–VI) an den Parkbereichen (53) jeweils eine als vorläufige Adresse definierte Position (54) für die LAM (6).
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Wie 12 und 13 verdeutlichen, kann eine Typkennung (37) als Codierung ausgebildet sein und mehrere Kennungsfelder (50, 51, 52) für verschiedene Informationen bzw. Daten aufweisen. Ein erstes Kennungsfeld (50) kann z.B. für den LAM-Typ vorgesehen sein. Es kann zweiteilig sein und außerdem eine LAM-spezifische Identifikationsangabe enthalten. Das Kennungsfeld (50) kann vom Toolstore-Manager (15) beschrieben werden, was z.B. im LAM-Konfigurationsbereich (56) erfolgt.
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Das zweite Kennungsfeld (51) kann eine Angabe zum Baumuster bzw. zum jeweiligen Werkstück (2, 2') enthalten. Dieses Kennungsfeld (51) kann z.B. im Warehouse (10) bei der Beladung beschrieben werden.
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Ein drittes Kennungsfeld (52) kann eine Zellenkennung bzw. eine Kennung der zuletzt besuchten Fertigungseinrichtung (18–22) aufweisen. Dieses Kennungsfeld (52) wird z.B. vom Prozessmanager (40) der jeweiligen Fertigungseinrichtung (18–22) beschrieben. Das Kennungsfeld (52) wird in jeder Fertigungseinrichtung (18–22) upgedatet.
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12 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt oder Baustein aus einem Steuer- und Fertigungsablauf. Hier wird z.B. in der vorbeschriebenen Weise nach der Typ-Erfassung über die Typkennung (37) ein Fertigungsprozess in einer ersten Fertigungseinrichtung (18) ausgeführt, wobei der Prozessmanager (40) anschließend an den Warehouse-Manager (14) eine Meldung über das Prozessergebnis übermittelt. Wenn das Prozessergebnis in Ordnung ist, wird das Kennungsfeld (52) mit der Zellenkennung beschrieben und das LAM (6) vom Warehouse-Manager (14) an die im Fertigungsablauf vorgesehene nächste Fertigungseinrichtung (19) geschickt. Dies kann über den Fleet-Manager (16) geschehen. Außerdem gibt der Warehouse-Manager (14) zur Beschleunigung des Rüstprozesses an den Prozessmanager (40) der nächsten Fertigungseinrichtung (19) eine Meldung über die bevorstehende Ankunft des nächsten LAM (6) und seines Typs (A, B, C, D). Bei einem LAM-Typwechsel kann ein Umrüstvorgang, insbesondere ein Werkzeugwechsel, bereits während der Transportzeit erfolgen und mit dieser überschnitten werden. Anschließend findet in der Fertigungseinrichtung (19) der Fertigungsprozess mit anschließender Meldung des Prozessergebnisses an den Warehouse-Manager (14) und Updaten des Kennfelds (52) statt. Danach erfolgt der vorgenannte Weitertransport des LAM im vorgesehenen Fertigungsablauf.
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Falls ein Prozessergebnis nicht in Ordnung ist, wird das LAM (6) mit dem Werkstück (2, 2') zum Reparaturbereich (55) transportiert. Dies veranlasst der Warehouse-Manager (14) über den Fleet-Manager (16). Dieser informiert ggf. auch entsprechend den Prozessmanager (40) der nächstfolgenden Fertigungseinrichtung (19). Ferner wird vom Warehouse-Manager (14) der Werkstückbestand in der Bereitstellung (10) um das fehlerhafte Werkstück reduziert. Im Reparaturbereich (55) wird eine Reparatur des Werkstücks (2, 2') und des Prozessfehlers versucht. Ist das Reparaturergebnis in Ordnung, wird der Lagerbestand im Warehouse (10) um das reparierte Teil wieder erhöht oder das reparierte Teil ggf. direkt wieder in den Fertigungsablauf eingeschleust. Bei einem ungenügenden Reparaturergebnis erfolgt eine Verschrottung.
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13 zeigt einen weiteren Aspekt bzw. Baustein in dem Anlagen übergreifenden Steuerungs- und Fertigungsablauf in Verbindung mit dem vorgenannten Parkbereich (53) von 11. In Fertigungseinrichtungen (18, 20) werden verschiedene Werkstücke auf verschiedenen LAM-Typen (A, B) bearbeitet. In der nächsten Fertigungseinrichtung (21) soll die Weiterverarbeitung und Umladung eines Werkstücks von LAM-Typ (A) auf LAM-Typ (B) erfolgen. Hierzu kündigt der Warehouse-Manager (14) den Prozess-Manager (40) der Fertigungseinrichtung (21) den nächsten Bearbeitungsjob und die Einfahrsequenz der LAM (6) an. Hierbei muss der LAM-Typ (A) vor dem LAM-Typ (B) in die Fertigungseinrichtung (21) einfahren.
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Beide LAMs (A, B) müssen nun zunächst zu dem der Fertigungseinrichtung (21) vorgelagertem und zugeordneten Parkbereich (53) fahren. Dies wird vom Warehouse-Manager (14) über den Fleet-Manager (16) veranlasst. Die LAM (6) vom Typ (A) und (B) steuern dabei zunächst die Position (54) als vorläufige Adresse an. Von hier aus wird das endgültige Ziel nach folgenden Kriterien festgelegt. Dieses Ziel kann die zugeordnete Fertigungseinrichtung (21) sein, wenn kein Vorgänger-LAM des ankommenden Typs (A, B) vor dieser Fertigungseinrichtung (21) in Warteposition ist. Die Fertigungseinrichtung (21) wird in diesem Fall direkt und ohne Zwischenhalt im Parkbereich (53) angefahren. Wegen der einzuhaltenden Typ-Sequenz kann die Fertigungseinrichtung (20) außerdem vom LAM-Typ (A) direkt angefahren werden, wenn der andere Folge-Typ (B) gerade an einem der Plätze im Parkbereich (53) steht und überholt werden muss. Dies betrifft eine Sequenzheilung, falls die LAM-Typen (A, B) in der falschen Reihenfolge an der Position (54) ankommen. Für den Typ (B) wird der Parkbereich (53) als Ziel festgelegt, wenn der Typ (B) in falscher Sequenz vor dem Typ (A) ankommt und von letzterem in der Eingangs genannten Weise zur Sequenzheilung überholt werden soll. Der Parkbereich (53) wird außerdem als Ziel zugewiesen, wenn bereits Vorgänger-LAM-Typen (A, B) für die Fertigungseinrichtung (21) in Warteposition stehen. In diesem Fall wird der Parkbereich (53) als Verfügbarkeitsspeicher aufgefüllt. Er kann dabei z.B. einen Puffer bei eventuellen Prozessstörungen oder sonstigen Verzögerungen im Prozess- oder Fertigungsablauf bilden.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele und ihrer Varianten beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
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In einer Variante können die Fertigungsschritte (44–47) in einer einzelnen Fertigungseinrichtung (18–22) erfolgen. Ein und dieselbe Fertigungseinrichtung kann innerhalb des Fertigungsverfahrens mehrfach beteiligt sein. Auch ist es möglich, ein und die selbe Fertigungseinrichtung von zwei oder mehr unterschiedlichen, aber synchron laufenden Fertigungsverfahren zu nutzen. Eine weitere Variante sieht eine zentrale Steuerung der Fertigungseinrichtungen (18–22) über die Anlagensteuerung (13) vor, wobei eine Typ-Erfassung der LAM (6) entfallen oder zu Verifizierungszwecken benutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungsanlage
- 2
- Werkstück
- 2'
- Werkstück
- 3
- Fertigungsbereich
- 4
- Fördereinrichtung, Fleet
- 5
- Fördermittel, AGV
- 6
- Lastaufnahmemittel LAM
- 7
- Förderweg
- 8
- applikationsspezifisches Werkzeug
- 9
- Bereitstellung für Lastaufnahmemittel LAM
- 10
- Bereitstellung für Werkstücke, Warehouse
- 11
- Bereitstellung für Werkzeuge, Toolstore
- 12
- Bereitstellung für Fördermittel
- 13
- Steuerung
- 14
- Steuereinheit, Warehouse-Manager
- 15
- Steuereinheit, Toolstore-Manager
- 16
- Steuereinheit, Fleet-Manager
- 17
- Steuereinheit, Field-Manager
- 18
- Fertigungseinrichtung
- 19
- Fertigungseinrichtung
- 20
- Fertigungseinrichtung
- 21
- Fertigungseinrichtung
- 22
- Fertigungseinrichtung
- 23
- Fertigungszelle
- 24
- Schutzabtrennung
- 25
- Schleuse
- 26
- Arbeitsstelle, Bearbeitungsbereich
- 27
- Speicher, Drehspeicher
- 28
- Fertigungsmittel, Roboter, Handlingroboter
- 29
- Fertigungsmittel, Roboter, Schweißroboter
- 30
- Beladebereich
- 31
- Beladeeinrichtung, Laderoboter
- 32
- Lagerbereich
- 33
- Energieversorgungseinrichtung, Energieladestrecke
- 34
- Abgabebereich
- 35
- Fertigungseinrichtung
- 36
- Erfassungsvorrichtung
- 37
- Typkennung, Codierung
- 38
- Steuereinrichtung
- 39
- Speichermittel
- 40
- Steuereinheit, Steuerprogramm, Prozessmanager
- 41
- Toolsegment, Hardwaretool, Werkzeug
- 42
- Toolsegment, Softwaretool, Programmteil
- 43
- Fertigungs-Produkt
- 44
- Fertigungsschritt, Fertigungssegment
- 45
- Fertigungsschritt, Fertigungssegment
- 46
- Fertigungsschritt, Fertigungssegment
- 47
- Fertigungsschritt, Fertigungssegment
- 48
- Fertigungs-Loop, Typ A
- 49
- Fertigungs-Loop, Typ B
- 50
- Kennungsfeld
- 51
- Kennungsfeld
- 52
- Kennungsfeld
- 53
- Parkbereich
- 54
- Position
- 55
- Reparaturbereich
- 56
- LAM-Konfigurationsbereich
- 57
- Zwischenspeicher
- A
- Typ LAM
- B
- Typ LAM
- C
- Typ LAM
- D
- Typ LAM
