WO2013083142A1 - Verfahren zum betreiben einer produktionsanlage - Google Patents

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Matthias Reichenbach
Matthias Schreiber
Volker Zipter
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a production plant with a plurality of work areas.
  • the transfer system includes a plurality of CNC machines arranged immediately adjacent to each other and having servo motor drives configured to transfer workpieces between the individual machines.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which is a particularly flexible adaptation of
  • Such a method is for operating a production plant having a plurality of work areas in which respective work stations are arranged to perform at least one respective work step. Furthermore, such includes
  • Production plant at least one transport system by means of which goods to be processed are transported on at least one predetermined path between the workstations.
  • Workstation feasible step and the at least one predetermined path is chosen in this case according to a predetermined, a production requirement criterion and adapted when a change in the at least one criterion.
  • the method according to the invention enables a flexible adaptation of the operation of the production plant to respectively current production requirements.
  • the method according to the invention enables a flexible adaptation of the operation of the production plant to respectively current production requirements.
  • Production plant preferably all movably designed so that new arrangements and transport routes can be created in a very short time. It is included
  • workstations are preferably used which are designed as essentially identical modules.
  • modules may be assembly robots that match their hardware.
  • these robots receive updated programming.
  • Production requirements may be the use of such modules, in particular for the rapid replacement of extended stations application.
  • the modules can also be constructed more complex and several machine tools, shelves, Robot or the like include. In such more complex modules, a plurality of work steps can be performed in each case. It is possible, for example, to provide a separate module of this type for each variant of a product to be produced, or to install several modules for the same variant, if a particularly high number of pieces is to be manufactured. Preferably, such modules then work in parallel to enable particularly high product throughputs.
  • the products of such parallel workstations can be transported by the transport system to a single workstation, where they are further processed.
  • overloads of individual workstations can be compensated or the number of units can be increased on request.
  • Assembly robots is operated. In this way, a much smaller area for the assembly task is needed. Furthermore, the need for permanently installed conveyor technology is reduced to the absolutely necessary minimum, which greatly reduces the investment costs.
  • Fig. 1 is a perspective view of a production plant for use with an embodiment of a method according to the invention
  • Figs. 2 to 4 show three alternative arrangements of work stations for use with an embodiment of a method according to the invention.
  • Automotive transmissions include a plurality of workspaces in which respective workstations 14 are arranged.
  • the workstations 14 include several
  • a workstation can also shelves or
  • Embodiment protected by schematically indicated laser cone 28 If a person moves in the area of the laser cones 28, the robots 18, 26 are automatically deactivated in order to protect the worker in this way.
  • the robots 18, 26 which have force / torque sensors with which collisions of the robots 18, 26 with each other, with other elements of the workstation and, in particular, with workers, can be avoided.
  • Both the lightweight robot 18 and the tables 16 are freely arrangeable in the various work areas 12.
  • the workstations 14 can therefore be easily reconfigured. This applies both to their arrangement in space as well as the work tasks performed by the respective workstations 14. If the task of a workstation 14 changes, then the
  • Lightweight robot 18 can be easily reprogrammed. In order to compensate for overloading of the production facility 10, empty work areas 12 can be provided, in which new workstations 14 are required for an increased production requirement being constructed. The order in which the workstations 14 their
  • Processing steps can also be adapted freely, since no fixed transport systems are needed. Rather, the transport paths between the workstations 14 can be freely determined by appropriate reprogramming of the self-propelled forklift trucks 22.
  • the workstations 1 can perform identical or different manufacturing scopes. Two examples of this are shown in FIGS. 2 and 3. In the arrangement according to FIG. 2, a first variant of a component is manufactured in a first group 30 of three workstations 14. In parallel, in a second group 32 of two workstations 14, a second variant of the component is manufactured.
  • Workstations 14 of groups 30 and 32 are then bundled by transport systems and brought together to a final assembly station.
  • the parallel processing achieves a particularly high throughput.
  • production can be easily and quickly adapted to changing needs. For example, by adding the further group 34 or additional, not shown groups another
  • Variant of the component to be produced are included in the manufacturing process. There must be no changes to the already existing
  • Work stations of groups 30,32 are made, which can continue their production unchanged. It is also possible to add workstations 14, which produce an already existing variant, in order to increase the manufactured quantities.
  • Workstation 14 also only, as shown in Fig. 4, from a single work table 16 with associated shelves or storage containers. This can then be operated by one or more assembly robots 18 or human workers. Ideally, such a single work table 16 replaces a complete assembly line and therefore provides large free mounting surfaces, as exemplified in FIG. Furthermore, the reduction of the assembly line to a single work table 16 eliminates the need for expensive and inflexible permanently installed conveyor technology.
  • all workstations 14 are designed to hold all of them in them
  • human workers can be performed. For example, if only very small quantities are to be produced in a particular variant, then one can Workstation 14 for the production of this variant with human workers instead of robots are replaced, while high volumes are manufactured purely robotic.
  • the adaptation of production to new variants is by modifying individual

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage (10) mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen (12), in welchen jeweilige Arbeitsstationen (14) zum Durchführen wenigstens eines jeweiligen Arbeitsschrittes angeordnet werden, und mit wenigstens einem Transportsystem (22), mittels welchem zu bearbeitende Güter auf wenigstens einem vorgegebenen Pfad zwischen den Arbeitsstationen (14) transportiert werden, wobei die Anordnung der Arbeitsstationen (14), der durch die jeweilige Arbeitsstation (14) durchführbare Arbeitsschritt sowie der wenigstens eine vorgegebene Pfad gemäß wenigstens einem vorbestimmten, eine Produktionsanforderung betreffenden Kriterium gewählt werden und bei einer Änderung des wenigstens einen Kriteriums angepasst werden.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Produktionsanlagen sind üblicherweise starr und unflexibel aufgebaut. Insbesondere die verwendete Fördertechnik ist fest installiert und erlaubt daher keine auslastungsabhängige Anpassung der Produktionsanlage.
Aus der DE 10 2004 029 665 A1 ist ein modulares Transfersystem für Werkstücke bekannt, welches den vollständigen Verzicht auf separate Förderanlagen möglich macht. Das Transfersystem umfasst eine Mehrzahl von CNC-Maschinen, die unmittelbar benachbart angeordnet sind und deren Servomotorantriebe dazu ausgelegt sind, Werkstücke zwischen den einzelnen Maschinen zu transferieren.
Ferner ist aus der DE 10 2007 07 279 A1 eine Fertigungsanlage bekannt, die ein fest installiertes Transportsystem umfasst, welches mehrere Bearbeitungsstationen miteinander verbindet. In den Bearbeitungsstationen können dabei auslastungsabhängig unterschiedliche Arbeitsaufgaben durchgeführt werden, um die Flexibilität der
Fertigungsstraße zu erhöhen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine besonders flexible Anpassung der
Produktionsanlage an unterschiedliche Produktionsanforderungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein derartiges Verfahren dient zum Betreiben einer Produktionsanlage mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen, in welchen jeweilige Arbeitsstationen zum Durchführen wenigstens eines jeweiligen Arbeitsschritts angeordnet werden. Ferner umfasst eine derartige
Produktionsanlage wenigstens ein Transportsystem, mittels welchem zu bearbeitende Güter auf wenigstens einem vorgegebenen Pfad zwischen den Arbeitsstationen transportiert werden. Die Anordnung der Arbeitsstationen, der durch die jeweilige
Arbeitsstation durchführbare Arbeitsschritt sowie der wenigstens eine vorgegebene Pfad wird hierbei gemäß einem vorbestimmten, eine Produktionsanforderung betreffenden Kriterium gewählt und bei einer Änderung des wenigstens einen Kriteriums angepasst.
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben von Produktionsanlagen wird dem erfindungsgemäßen Verfahren eine flexible Anpassung des Betriebs der Produktionsanlage an jeweils aktuelle Produktionserfordernisse ermöglicht. In Reaktion auf sich ändernde Produktionsanforderungen kann tagesaktuell die
Anordnung und Anzahl der Arbeitsstationen, die durchzuführenden Arbeitsschritte und die Verknüpfung der Arbeitsstationen untereinander mittels eines Transportsystems angepasst werden. Um dies zu ermöglichen, sind die Komponenten der
Produktionsanlage vorzugsweise alle beweglich ausgelegt, so dass neue Anordnungen und Transportwege in kürzester Zeit geschaffen werden können. Es ist dabei
zweckmäßig, mobile Leichtbauroboter einzusetzen, welche schnell umkonfiguriert werden können. Als Transportsystem eignen sich insbesondere fahrerlose, Flurförderzeuge, die beispielsweise autonom navigieren oder einer von außen vorgegebenen, beispielsweise auf dem Boden verlegten Spur folgen. Diese ermöglichen eine besonders schnelle Anpassung des Transportwegs innerhalb der Produktionsanlage, beispielsweise durch einfaches Aufspielen neuer Befehle. Insgesamt wird so ein besonders flexibles Verfahren zum Betreiben der Produktionsanlage geschaffen, welches es ermöglicht, die Anlage sehr schnell, ohne größere Umbauten vornehmen zu müssen, an sich ändernde
Stückzahlanforderungen oder Variantenanforderungen anzupassen.
Vorzugsweise werden im Rahmen des Verfahrens Arbeitsstationen verwendet, welche als im Wesentlichen identische Module ausgebildet sind. Bei derartigen Modulen kann es sich um Montageroboter handeln, die bezüglich ihrer Hardware übereinstimmen. In Reaktion auf die jeweils aktuelle Produktionsanforderung erhalten diese Roboter eine jeweils aktualisierte Programmierung. Neben der flexiblen Anpassung an die
Produktionsanforderungen kann die Verwendung solcher Module insbesondere zum schnellen Austausch ausgefahrener Stationen Anwendung finden. Die Module können ferner auch komplexer aufgebaut sein und jeweils mehrere Werkzeugmaschinen, Regale, Roboter oder dergleichen umfassen. In solchen komplexeren Modulen kann jeweils eine Mehrzahl von Arbeitsschritten durchgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, für jede zu fertigende Variante eines Produkts ein eigenes derartiges Modul vorzusehen oder auch mehrere Module für die gleiche Variante zu installieren, wenn eine besonders hohe Stückzahl gefertigt werden soll. Vorzugsweise arbeiten solche Module dann parallel, um besonders hohe Produktdurchsätze zu ermöglichen. Die Produkte solcher parallel arbeitender Arbeitsstationen können durch das Transportsystem zu einer einzigen Arbeitsstation weitertransportiert werden, wo sie weiter bearbeitet werden. Solche
Verzweigungen und Parallelisierungen im Güterfluss in der Produktionsanlage
ermöglichen eine besonders flexible Anpassung des Betriebs der Produktionsanlage an die aktuellen Produktionserfordernisse.
Es ist weiterhin zweckmäßig, eine vorgegebene Anzahl unbestückter Arbeitsbereiche vorzuhalten, welche bei einer Erhöhung des Produktionsbedarfs mit einer Arbeitsstation bestückt werden. Durch das Hinzufügen weiterer Arbeitsstationen in solchen
freigehaltenen Arbeitsbereichen können Überlastungen einzelner Arbeitsstationen ausgeglichen werden bzw. die Stückzahl auf Anforderung erhöht werden.
Insgesamt wird somit durch die Flexibilität der Transportwege, durch die Möglichkeit der parallelen Bearbeitung mehrerer Produkte in parallel geschalteten Arbeitsstationen sowie durch die Möglichkeit, Transportwege zu verzweigen und wieder zusammenzuführen, ein Verfahren geschaffen, welches vergleichbare Taktzeiten zu bekannten fest installierten Fertigungsanlagen aufweist und gleichzeitig innerhalb kürzester Zeit an neue
Anforderungen angepasst werden kann.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es möglich sein, Montagearbeiten, für die bisher komplette Montagelinien inklusive der dazu benötigten Fördertechnik verwendet werden, in einer Arbeitsstation, die im Idealfall aus lediglich einem
Montagetisch besteht, der von einem oder zwei menschlichen Arbeitern oder
Montagerobotern bedient wird. Auf diese Weise wird eine deutlich kleinere Fläche für die Montageaufgabe benötigt. Weiterhin sinkt der Bedarf an fest installierter Fördertechnik auf das absolut notwendige Minimum, was die Investitionskosten sehr stark senkt.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Produktionsanlage zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 bis 4 drei alternative Anordnungen von Arbeitsstationen zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Produktionsanlage zur Herstellung von
Kraftfahrzeuggetrieben umfasst eine Mehrzahl von Arbeitsbereichen, in welche jeweilige Arbeitsstationen 14 angeordnet sind. Die Arbeitsstationen 14 umfassen mehrere
Arbeitstische 16, die jeweils mit Leichtbaurobotern 18 bestückt sind, sowie mehrere Pressen 20 oder andere für die jeweilige Produktionsaufgabe benötigte
Werkzeugmaschinen. Weiterhin kann eine Arbeitsstation auch Regale oder
Vorratsbehälter für Bauteile umfassen.
Zum Transport von Gütern zwischen den Arbeitsstationen 14 sind selbstfahrende und selbstnavigierende Flurförderzeuge 22 vorgesehen. Weitere Arbeitsstationen 24 mit fest installierten Robotern 26 dienen der Teilebereitstellung. Um ein paralleles Arbeiten von Menschen und Robotern zu ermöglichen, sind die Roboter 18, 26 in diesem
Ausführungsbeispiel durch schematisch angedeutete Laserkegel 28 geschützt. Bewegt sich ein Mensch in dem Bereich der Laserkegel 28, so werden die Roboter 18, 26 automatisch deaktiviert, um den Arbeiter so zu schützen. Alternativ zu den Laserkegeln können auch Roboter 18,26 eingesetzt werden, die über Kraft- / Momentensensoren verfügen, mit deren Hilfe Kollisionen der Roboter 18,26 untereinander, mit anderen Elementen der Arbeitsstation sowie insbesondere mit Arbeitern vermieden werden können.
Sowohl die Leichtbauroboter 18 als auch die Tische 16 sind in den verschiedenen Arbeitsbereichen 12 frei anordnenbar. In Abhängigkeit eines Produktionserfordernisses, beispielsweise einer Stückzahl oder Variantenanzahl der zu fertigenden Güter können die Arbeitsstationen 14 daher problemlos umkonfiguriert werden. Dies betrifft sowohl deren Anordnung im Raum als auch die von den jeweiligen Arbeitsstationen 14 durchgeführten Arbeitsaufgaben. Ändert sich die Aufgabe einer Arbeitsstation 14, so können die
Leichtbauroboter 18 problemlos umprogrammiert werden. Um Überlastungen der Produktionsanlage 10 auszugleichen, können leere Arbeitsbereiche 12 vorgehalten werden, in welchen bei einem erhöhten Produktionserfordernis neue Arbeitsstationen 14 aufgebaut werden. Die Reihenfolge, in welcher die Arbeitsstationen 14 ihre
Bearbeitungsschritte durchführen, kann ebenfalls frei angepasst werden, da keine festen Transportsysteme benötigt sind. Vielmehr können die Transportpfade zwischen den Arbeitsstationen 14 durch entsprechende Umprogrammierung der selbstfahrenden Flurförderzeuge 22 frei festgelegt werden.
Die Arbeitsstationen 1 können identische oder unterschiedliche Fertigungsumfänge ausführen. Zwei Beispiele hierfür sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 wird in einer ersten Gruppe 30 von drei Arbeitsstationen 14 eine erste Variante eines Bauteils gefertigt. Parallel dazu wird bei einer zweiten Gruppe 32 von zwei Arbeitsstationen 14 eine zweite Variante des Bauteils gefertigt. Die Produkte der
Arbeitsstationen 14 der Gruppen 30 und 32 werden dann von Transportsystemen gebündelt und gemeinsam zu einer Endmontagestation geführt. Durch die parallele Bearbeitung wird ein besonders hoher Durchsatz erzielt. Gleichzeitig kann die Produktion durch Hinzufügen einer neuen Gruppe 34 von Arbeitsstationen 14 problemlos und schnell an geänderte Bedürfnisse angepasst werden. Beispielsweise kann durch Hinzufügen der weiteren Gruppe 34 oder auch zusätzlicher, nicht gezeigter Gruppen eine weitere
Variante des zu produzierenden Bauteils in den Fertigungsprozess aufgenommen werden. Dabei müssen keinerlei Änderungen an den bereits vorhandenen
Arbeitsstationen der Gruppen 30,32 vorgenommen werden, die ihre Produktion unverändert fortsetzen können. Auch das Hinzufügen von Arbeitsstationen 14, die eine bereits vorhandene Variante fertigen, ist möglich, um so die gefertigten Stückzahlen zu erhöhen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 4 gezeigt ist, besteht eine
Arbeitsstation 14 auch nur, wie in Fig. 4 gezeigt, aus einem einzigen Arbeitstisch 16 mit zugeordneten Regalen oder Vorratsbehältern. Dieser kann dann von einem oder mehreren Montagerobotern 18 oder menschlichen Arbeitern bedient werden. Im Idealfall ersetzt ein solcher einzelner Arbeitstisch 16 eine komplette Montagelinie und schafft daher große freie Montageflächen, wie in Fig. 4 exemplarisch dargestellt. Ferner ermöglicht die Reduktion der Montagelinie auf einen einzelnen Arbeitstisch 16 den Entfall von teurer und unflexibler fest installierter Fördertechnik.
Vorzugsweise sind alle Arbeitsstationen 14 so ausgelegt, dass alle in ihnen
durchgeführten Arbeiten sowohl von den Leichtbaurobotern 18 als auch von
menschlichen Arbeitern durchgeführt werden können. Sollen beispielsweise nur sehr geringe Stückzahlen in einer bestimmten Variante gefertigt werden, so kann eine Arbeitsstation 14 zur Produktion dieser Variante mit menschlichen Arbeitern anstelle von Robotern ersetzt werden, während hohe Stückzahlen rein robotisch gefertigt werden. Die Anpassung der Fertigung an neue Varianten ist durch Abänderung einzelner
Arbeitsstationen problemlos möglich, so dass auch diese Produktionsanforderung im Rahmen des geschilderten Verfahrens auf einfachste Weise erfüllt werden kann. Durch die Beweglichkeit aller Komponenten der Produktionsanlage 10 ist eine tagesaktuelle oder sogar noch schnellere Anpassung der Produktionsanlage an die aktuellen
Bedürfnisse möglich, was dieser eine wesentlich höhere Flexibilität verleiht als bei aus dem Stand der Technik bekannten fest installierten Produktionsanlagen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage (10) mit einer Mehrzahl von Arbeitsbereichen (12), in welchen jeweilige Arbeitsstationen (14) zum Durchführen wenigstens eines jeweiligen Arbeitsschrittes angeordnet werden, und mit wenigstens einem Transportsystem (22), mittels welchem zu bearbeitende Güter auf wenigstens einem vorgegebenen Pfad zwischen den Arbeitsstationen (14) transportiert werden, wobei die Anordnung der Arbeitsstationen (14), der durch die jeweilige Arbeitsstation (14) durchführbare Arbeitsschritt sowie der wenigstens eine vorgegebene Pfad gemäß wenigstens einem vorbestimmten, eine
Produktionsanforderung betreffenden Kriterium gewählt werden und bei einer Änderung des wenigstens einen Kriteriums angepasst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
Arbeitsstationen (14) verwendet werden, welche als im Wesentlichen identische Module ausgebildet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Arbeitsstation (14) mit wenigstens einem mobilen Roboter (18) bestückt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Neubestückung einer Arbeitsstation (14) mit einem Roboter (18) und/oder bei einem Wechsel der Arbeitsstation (14) durch einen Roboter (18) und/oder bei einer Änderung des durch die Arbeitsstation (14) durchzuführenden Arbeitsschritts ein Programm des Roboters ( 8) geändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in jeder Arbeitsstation (14) eine Mehrzahl von Arbeitsschritten durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer in Abhängigkeit einer zu produzierenden Menge von Gütern gewählten Anzahl von Arbeitsstationen (14) parallel die gleichen Arbeitsschritte ausgeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer in Abhängigkeit einer zu produzierenden Menge und Anzahl von
Produktvarianten gewählten Anzahl von Arbeitsstationen (14) parallel die gleichen Arbeitsschritte für unterschiedliche Produktvarianten ausgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet dass
die Produkte der parallel arbeitenden Arbeitsstationen (14) durch das
Transportsystem (22) zu einer einzigen Arbeitsstation (14) weitertransportiert werden, wo sie weiterbearbeitet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine vorgegebene Anzahl unbestückter Arbeitsbereiche (12) vorgehalten wird, welche bei einer Erhöhung eines Produktionsbedarfs mit Arbeitsstationen (14) bestückt werden.
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