DE102022114008A1

DE102022114008A1 - Modular assembly system and method for assembling a workpiece

Info

Publication number: DE102022114008A1
Application number: DE102022114008.3A
Authority: DE
Inventors: Joerg Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2042-06-03
Also published as: DE102022114008B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstkonfigurierende Montagelinie und ein Verfahren zu deren Betrieb.The invention relates to a self-configuring assembly line and a method for operating it.

Description

In einem Montagesystem kann die Aufgabe bestehen, unterschiedliche Produkte zu fertigen. Dies kann zu unterschiedlichen Reihenfolgen in der Montage führen, die wieder zu einer unterschiedlichen Anordnung der Anlagen führt. Eine mögliche Lösung ist ein Montageband, in dem die Anlagen mehrfach angeordnet sind und zwar je nach Bedarf für das Produkt. Wird zum Beispiel für das Produkt A an einer Stelle eine Schraubstation benötigt und für das Produkt B an dieser Stelle nicht, so wird die Schraubstation dort platziert, Produkt A fährt mit Bearbeitung durch diese Station, Produkt B ohne Bearbeitung. An einer späteren Stelle im Ablauf kann es genau umgekehrt sein. Dadurch können unterschiedliche Reihenfolgen der Montageschritte realisiert werden. Diese Lösung erfordert aber mehr Platz und höhere Investitionskosten.In an assembly system, the task can be to produce different products. This can lead to different assembly sequences, which in turn leads to a different arrangement of the systems. A possible solution is an assembly line in which the systems are arranged multiple times, depending on the needs of the product. For example, if a screwing station is required at one point for product A and not at this point for product B, the screwing station is placed there, product A moves through this station with processing, product B without processing. At a later point in the process it can be exactly the opposite. This allows different sequences of assembly steps to be implemented. However, this solution requires more space and higher investment costs.

In der DE 10 2016 010 983 A1 ist ein modulares Montagesystem beschrieben, in dem es keine starre Verkettung gibt. Die Anlagen werden frei im Raum platziert und je nach Bedarf durch das Produkt angefahren. So können einfach unterschiedliche Montagereihenfolgen realisiert werden. Dieses System erfordert jedoch eine komplexe Steuerung, um das System der Anlagen und das fahrerlose Transportsystem optimiert auf die Gesamtausbringung auszulasten.In the DE 10 2016 010 983 A1 A modular assembly system is described in which there is no rigid chaining. The systems are placed freely in the room and accessed by the product as required. This means that different assembly sequences can be easily implemented. However, this system requires complex control in order to optimize the utilization of the system of plants and the driverless transport system for the overall output.

Die WO 2018 / 217 890 A1 offenbart Techniken zur flexiblen additiven Fertigung von Komponenten oder Teilen davon für Transportstrukturen vor Ort. Ein automatisiertes Montagesystem für eine Transportstruktur umfassen mehrere automatisierte Montageeinheiten, um die Transportstruktur zusammenzubauen. In einem Aspekt kann das Montagesystem den gesamten vertikal integrierten Produktionsprozess umfassen, von der Pulverherstellung bis zum Recycling. Zumindest einige der automatisierten Montageeinheiten können sich unter der Führung eines Steuersystems automatisiert zwischen den Stationen bewegen. Eine erste der automatisierten Montageeinheiten kann einen 3-D-Drucker umfassen, um zumindest einen Teil einer Komponente zu drucken und die Komponente zu einer zweiten der automatisierten Montageeinheiten zur Installation während der Montage der Transportstruktur zu übertragen. Die automatisierten Montageeinheiten können auch so angepasst werden, dass sie eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben unter Verwendung von Sensoren zum Ermöglichen von maschinellem Lernen ausführen.WO 2018/217 890 A1 discloses techniques for the flexible additive manufacturing of components or parts thereof for on-site transport structures. An automated assembly system for a transport structure includes multiple automated assembly units to assemble the transport structure. In one aspect, the assembly system can encompass the entire vertically integrated production process, from powder production to recycling. At least some of the automated assembly units can move between stations automatically under the guidance of a control system. A first of the automated assembly units may include a 3-D printer to print at least a portion of a component and transfer the component to a second of the automated assembly units for installation during assembly of the transport structure. The automated assembly units can also be customized to perform a variety of different tasks using sensors to enable machine learning.

Aus der EP 2 604 523 A2 ist eine Anlage zum Zusammenbau von Flugzeugrümpfen bekannt, die mehrere bewegliche Gestelle umfasst. Jedes Gestell ist so konfiguriert, dass es eine Rumpfkielstruktur trägt und einen getäfelten Rumpf in einer einzigen aufrechten Bauposition zusammenbaut.From the EP 2 604 523 A2 a system for assembling aircraft fuselages is known, which includes several movable frames. Each frame is configured to support a hull keel structure and assemble a paneled hull in a single upright construction position.

Die DE 10 2018 202 441 A1 betrifft eine Bearbeitungsanordnung zur Bearbeitung von Werkstücken, wobei die Bearbeitungsanordnung ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einer Werkstückaufnahme und wenigstens eine Bearbeitungsstation umfasst und wobei wenigstens das fahrerlose Transportfahrzeug relativ zur Bearbeitungsstation bewegbar ist, derart dass mittels des fahrerlosen Transportfahrzeugs ein in der Werkstückaufnahme aufgenommenes Werkstück in eine Bearbeitungsposition transportierbar ist. Eine Abstützvorrichtung greift bei in Bearbeitungsposition befindlichem Werkstück am fahrerlosen Transportfahrzeug oder an dem im fahrerlosen Transportfahrzeug aufgenommenen Werkstück derart an, dass von der Bearbeitungsstation auf das Werkstück aufgebrachte Kräfte ohne Lageveränderung des Werkstücks durch die Abstützvorrichtung aufnehmbar sind.The DE 10 2018 202 441 A1 relates to a processing arrangement for processing workpieces, wherein the processing arrangement comprises a driverless transport vehicle with a workpiece holder and at least one processing station and at least the driverless transport vehicle is movable relative to the processing station, such that a workpiece received in the workpiece holder can be transported into a processing position by means of the driverless transport vehicle is. When the workpiece is in the processing position, a support device engages the driverless transport vehicle or the workpiece received in the driverless transport vehicle in such a way that forces applied to the workpiece by the processing station can be absorbed by the support device without changing the position of the workpiece.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen sich in einem modularen Montagesystem unterschiedliche Montagereihenfolgen für unterschiedliche Produkte realisieren lassen, ohne dass Stationen mehrfach notwendig sind.Against this background, the invention has set itself the task of providing a device and a method with which different assembly sequences for different products can be implemented in a modular assembly system without the need for multiple stations.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.The object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 9. Refinements and further developments of the invention result from the dependent claims and the description.

Gegenstand der Erfindung ist ein modulares Montagesystem zur Montage von Werkstücken, umfassend mehrere Montagestationen zur jeweiligen Durchführung wenigstens eines Montageschrittes an jeweiligen Werkstücken und ein Transportsystem zum Transportieren der Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Montagestationen nicht ortsfest, sondern zwischen wenigstens zwei Arbeitspositionen verfahrbar, wobei an den wenigstens zwei Arbeitspositionen jeweils Mittel zur reversiblen Verankerung der Montagestation im Boden vorgesehen sind. Unter einer Arbeitsposition einer Montagestation ist in der vorliegenden Anmeldung der Aufstellort der Montagestation gemeint, also ihre Position innerhalb einer Bodenfläche, auf der sich das Montagesystem befindet, beispielsweise der Boden eines Produktionsbetriebs oder einer Montagehalle.The subject of the invention is a modular assembly system for assembling workpieces, comprising a plurality of assembly stations for each carrying out at least one assembly step on respective workpieces and a transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations. According to the invention, at least one of the assembly stations is not stationary, but can be moved between at least two working positions, with means for reversibly anchoring the assembly station in the ground being provided at the at least two working positions. In the present application, a working position of an assembly station means the installation location of the assembly station, i.e. its position within a floor area on which the assembly system is located, for example the floor of a production plant or an assembly hall.

In einer Ausführungsform des Montagesystems umfasst das Transportsystem zum Transportieren der Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen mindestens ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTF). In einer anderen Ausführungsform des Montagesystems umfasst das Transportsystem zum Transportieren der Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen mindestens eine ortsfest zwischen den wenigstens zwei Arbeitspositionen angeordnete Transporteinrichtung. Beispiele für ortsfest angeordnete Transporteinrichtungen umfassen Förderbänder, Rollenförderer und Kettenförderer, aber auch stationäre Handhabungsvorrichtungen wie mehrachsige Industrieroboter, beispielsweise Gelenkarmroboter.In one embodiment of the assembly system, the transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations comprises at least one automated guided vehicle (AGV). In another embodiment of the assembly system, the transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations comprises at least one transport device arranged in a stationary manner between the at least two working positions. Examples of stationary transport devices include conveyor belts, roller conveyors and chain conveyors, but also stationary handling devices such as multi-axis industrial robots, for example articulated arm robots.

Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Montagestationen nicht ortsfest. In einer Ausführungsform des Montagesystems sind alle Montagestationen des Montagesystems nicht ortsfest, also zwischen wenigstens zwei Arbeitspositionen verfahrbar. Die Anzahl der Arbeitspositionen, zwischen denen die Montagestationen bewegt werden können, entspricht mindestens der Anzahl der Montagstationen. Dadurch ist es möglich, dass Montagestationen ihre Arbeitspositionen untereinander tauschen. In einer weiteren Ausführungsform des Montagesystems ist die Anzahl der Arbeitspositionen, zwischen denen die Montagestationen bewegt werden können, größer als die Anzahl der Montagestationen. Es bleibt also stets mindestens eine Arbeitsposition unbesetzt.According to the invention, at least one of the assembly stations is not stationary. In one embodiment of the assembly system, all assembly stations of the assembly system are not stationary, i.e. they can be moved between at least two working positions. The number of work positions between which the assembly stations can be moved is at least equal to the number of assembly stations. This makes it possible for assembly stations to swap their working positions with each other. In a further embodiment of the assembly system, the number of working positions between which the assembly stations can be moved is greater than the number of assembly stations. This means that at least one job position always remains unfilled.

In einer Ausführungsform des modularen Montagesystems sind die nicht ortsfesten Montagestationen auf Rädern und/oder Rollen und/oder Schienen gelagert und/oder weisen einen Antrieb auf.In one embodiment of the modular assembly system, the non-stationary assembly stations are mounted on wheels and/or rollers and/or rails and/or have a drive.

Erfindungsgemäß sind an den wenigstens zwei Arbeitspositionen jeweils Mittel zur reversiblen Verankerung der Montagestation im Boden vorgesehen. Die Anbindung der Montagestationen an den Boden (Hallenboden) ist standardisiert, alle Montagestationen sind in gleicher Weise verankert. In einer Ausführungsform umfassen die Mittel zur reversiblen Verankerung der Montagestation im Boden Schnellspanner. In einer anderen Ausführungsform umfassen die Mittel zur reversiblen Verankerung der Montagestation im Boden Schraubverbindungen. Wichtig ist dabei, dass die Mittel zur reversiblen Verankerung der Montagestation im Boden automatisiert befestigbar und lösbar sind.According to the invention, means for reversibly anchoring the assembly station in the ground are provided at the at least two working positions. The connection of the assembly stations to the floor (hall floor) is standardized; all assembly stations are anchored in the same way. In one embodiment, the means for reversibly anchoring the assembly station in the ground include quick-release clamps. In another embodiment, the means for reversibly anchoring the assembly station in the ground include screw connections. It is important that the means for reversibly anchoring the assembly station in the ground can be attached and detached automatically.

Soll eine Montagestation zwischen zwei Arbeitspositionen, einer Ausgangsposition und einer Zielposition, verfahren werden, so wird zunächst an der Ausgangsposition der Montagestation ihre Verankerung im Boden automatisch gelöst, die Montagestation wird zur Zielposition bewegt oder bewegt sich autonom dorthin, und wird an der Zielposition wieder automatisch im Boden verankert. In einer beispielhaften Ausführungsform werden mit der Lösung der Station vom Boden Räder ausgefahren und die Station bewegt sich dann wie bei einem fahrerlosen Transportsystem frei im Raum und fährt ihre neue Arbeitsposition an und verbindet sich dort wieder mit dem Boden.If an assembly station is to be moved between two working positions, a starting position and a target position, its anchoring in the ground is first automatically released at the starting position of the assembly station, the assembly station is moved to the target position or moves there autonomously, and becomes automatic again at the target position anchored in the ground. In an exemplary embodiment, when the station is released from the ground, wheels are extended and the station then moves freely in space like a driverless transport system and moves to its new working position and reconnects to the ground there.

In einer Ausführungsform umfasst das modulare Montagesystem ein Steuersystem, welches dafür ausgebildet ist, anhand vorgegebener Kriterien einen optimierten Montageplan zu erstellen und je nach Art und Montageumfang der Werkstücke gegebenenfalls eine Änderung der Arbeitsposition der wenigstens einen nicht ortsfesten Montagestation zu bewirken. Durch das Steuersystem wird die neue Arbeitsposition vorgegeben. In einer Ausführungsform können dabei auch Montagestationen mit denselben Fähigkeiten untereinander aushandeln, wer welche neue Arbeitsposition einnimmt.In one embodiment, the modular assembly system comprises a control system which is designed to create an optimized assembly plan based on predetermined criteria and, depending on the type and extent of assembly of the workpieces, to effect a change in the working position of the at least one non-stationary assembly station. The new working position is specified by the tax system. In one embodiment, assembly stations with the same skills can also negotiate with each other about who will take which new working position.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur mehrere Montageschritte umfassenden Montage eines Werkstücks in einem modularen Montagesystem mit mehreren Montagestationen zur jeweiligen Durchführung wenigstens eines Montageschrittes an dem Werkstück, wobei wenigstens eine der Montagestationen nicht ortsfest ist. Bei dem Verfahren wird anhand vorgegebener Kriterien ein optimierter Montageplan für das Werkstück erstellt, der die Abfolge der für das Werkstück erforderlichen Montageschritte definiert. Kriterien können beispielsweise die Art des Werkstücks, die Anzahl der Montageschritte, die Montagedauer, der Durchsatz, oder eine Verfügbarkeit von Montagestationen sein. Entsprechend dem Montageplan wird dann gegebenenfalls eine Änderung der Arbeitsposition wenigstens einer Montagestation bewirkt.The invention also relates to a method for assembling a workpiece comprising several assembly steps in a modular assembly system with several assembly stations for each carrying out at least one assembly step on the workpiece, with at least one of the assembly stations not being stationary. In the process, an optimized assembly plan for the workpiece is created based on specified criteria, which defines the sequence of assembly steps required for the workpiece. Criteria can be, for example, the type of workpiece, the number of assembly steps, the assembly time, the throughput, or the availability of assembly stations. According to the assembly plan, a change in the working position of at least one assembly station may then be effected.

Die Art der Werkstücke und der jeweilige Montageumfang sind zumindest langfristigen Änderungen unterworfen, so dass von Zeit zu Zeit ein neuer optimierter Montageplan erstellt werden muss. Der Positionswechsel der Montagestationen erfordert natürlich eine gewisse Zeit, so dass ein permanenter Wechsel der Montagereihenfolge, also ein ständiger Produktwechsel, nicht vorteilhaft ist. Hier sollte in größeren Losen produziert werden. Ein Wechsel kann z. B. in Produktionspausen erfolgen.The type of workpieces and the respective scope of assembly are subject to at least long-term changes, so that a new, optimized assembly plan must be created from time to time. Of course, changing the position of the assembly stations requires a certain amount of time, so a permanent change in the assembly sequence, i.e. a constant change of product, is not advantageous. Here, production should be done in larger batches. A change can e.g. B. take place during production breaks.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Änderung der Arbeitsposition wenigstens einer Montagestation, indem die Montagestation an einer Ausgangsposition ihre Verankerung im Boden löst, sich zu einer Zielposition begibt und sich dort wieder im Boden verankert.In one embodiment of the method, the working position of at least one assembly station is changed by the assembly station releasing its anchoring in the ground at a starting position, moving to a target position and anchoring itself again in the ground there.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Erstellung des optimierten Montageplans und die Vorgabe von Änderungen der Arbeitsposition mindestens einer Montagestation durch ein zentrales Steuersystem. In einer Ausführungsform des Verfahrens sind sowohl die im modularen Montagesystem vorhandenen Montagestationen als auch die innerhalb des modularen Montagesystems am Boden vorhandenen Arbeitspositionen indexiert, so dass eine eindeutige Zuordnung von Montagstationen zu Arbeitspositionen durch das zentrale Steuersystem erfolgen kann. Dadurch können die jeweilige Arbeitspositionen der Montagestationen als Optimierungsgröße berücksichtigt werden, um den Änderungen der Art der Werkstücke und deren jeweiligen Montageumfang Rechnung zu tragen.In one embodiment of the method, the optimized assembly is created plan and the specification of changes to the working position of at least one assembly station by a central control system. In one embodiment of the method, both the assembly stations present in the modular assembly system and the work positions present on the ground within the modular assembly system are indexed, so that a clear assignment of assembly stations to work positions can be carried out by the central control system. This means that the respective working positions of the assembly stations can be taken into account as an optimization variable in order to take into account the changes in the type of workpieces and their respective scope of assembly.

Der Transport der Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen erfolgt durch ein Transportsystem. In einer Ausführungsform umfasst das Transportsystem mindestens ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTF), das ebenfalls durch das zentrale Steuersystem gesteuert wird.The workpieces are transported between the respective assembly stations by a transport system. In one embodiment, the transportation system includes at least one automated guided vehicle (AGV), which is also controlled by the central control system.

Mit dem erfindungsgemäßen modularen Montagesystem können unterschiedliche Montagereihenfolgen für unterschiedliche Produkte realisiert werden, ohne dass einzelne Montagestationen mehrfach vorhanden sein müssen. Auch können neue Produkte, welche andersartige Montagestationen oder abweichende Montagereihenfolgen erfordern, einfach integriert werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.With the modular assembly system according to the invention, different assembly sequences can be implemented for different products without individual assembly stations having to be present multiple times. New products that require different assembly stations or different assembly sequences can also be easily integrated. Further advantages and refinements of the invention emerge from the description.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above-mentioned features can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016010983 A1 [0003]
EP 2604523 A2 [0005]
DE 102018202441 A1 [0006]

Claims

Modular assembly system for assembling workpieces, comprising a plurality of assembly stations for each carrying out at least one assembly step on respective workpieces and a transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations, characterized in that at least one of the assembly stations is not stationary but can be moved between at least two working positions, wherein means for reversibly anchoring the assembly station in the ground are provided at the at least two working positions.

Modular assembly system according to Claim 1 , wherein the transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations comprises at least one automated guided vehicle (AGV).

Modular assembly system according to Claim 1 , wherein the transport system for transporting the workpieces between the respective assembly stations comprises at least one transport device arranged in a stationary manner between the at least two working positions.

Modular assembly system according to one of the Claims 1 until 3 , in which all assembly stations of the assembly system can be moved between at least two working positions.

Modular assembly system according to one of the Claims 1 until 4 , in which the non-stationary assembly stations are mounted on wheels and/or rollers and/or rails and/or have a drive.

Modular assembly system according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the means for reversibly anchoring the assembly station in the ground include quick-release clamps that can be attached and detached automatically.

Modular assembly system according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the means for reversibly anchoring the assembly station in the ground include screw connections that can be attached and detached automatically.

Modular assembly system according to one of the Claims 1 until 7 , which includes a control system that is designed to create an optimized assembly plan based on specified criteria and, depending on the type and extent of assembly of the workpieces, to effect a change in the working position of the at least one non-stationary assembly station.

Method for assembling a workpiece comprising several assembly steps in a modular assembly system with several assembly stations for each carrying out at least one assembly step on the workpiece, wherein at least one of the assembly stations is not stationary, in which an optimized assembly plan for the workpiece is created based on predetermined criteria Sequence of the assembly steps required for the workpiece is defined, and if necessary, a change in the working position of at least one assembly station is effected in accordance with the assembly plan.

Procedure according to Claim 9 , in which a change in the working position of at least one assembly station takes place by the assembly station releasing its anchoring in the ground at a starting position, moving to a target position and anchoring itself in the ground again.