Universeller frei konfigurierbarer Arbeitsplatz

Eine für Alle – Alle in Einem

Universeller frei konfigurierbarer Arbeitsplatz

Motivation

Montagetechnik muss zukünftig auf flexiblen Einsatz hin entwickelt werden. Zunehmend kürzere Produktlebenszyklen erfordern die Möglichkeit zur schnellen Anpassung der Montageanlagen ohne zusätzliche Investitionen. Diese Forderung erstreckt sich von Einzelplätzen bis hin zu verkettete Montagelinien. Änderungen von Arbeitsfolgen, beispielsweise Schraubaufgaben, optische Kontrollen, Teilautomatikfolgen und andere müssen in Abhängigkeit von zusätzlichen Montageaufgaben von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz portierbar sein. Die Anpassung der Anlagen kann auf den neuen Anlagen des Hauses b&o dabei vom Anlagenbetreiber selbst ohne Unterstützung des Anlagenlieferanten und ohne Eingriff in das Systemprogramm der Anlage durchgeführt werden.

Basis der universellen Arbeitsplätze

Der neue Anlagenkern besteht aus einem umfangreichen Baukasten, der auf die einzusetzenden externen Komponenten wie Kameras, Schrauber, MRK-Robotern, etc. systemunabhängig arbeitet. Die Schnittstellen zu kundenspezifischen übergeordneten Systemen sind austauschbar.

Der mechanische und elektrische Aufbau sind universell aufgebaut und vorbereitet für das einfache Hinzufügen von weiteren Hardwarekomponenten.

Bild 1: Einzelarbeitsplatz und verkettete Montagelinie (hier Handarbeitsplätze)

Bild 1 zeigt den neuen Standardarbeitsplatz als Einzelarbeitsplatz und verkettet in einer Linie. Sowohl der Einzelarbeitsplatz als auch die gesamte Linie können flexibel umgebaut werden. Montageschritte können einfach ergänzt oder von einem auf einen anderen Arbeitsplatz portiert werden.

Bild 2 zeigt die Gesamtanlagenstruktur. Die Prozesse und Operationen der Einzelstationen werden über eine Rezepturverwaltung definiert. Die Leit-Steuerung weist einzelnen Arbeitsplatzsteuerungen die Operationen zu.

Bild 2: Gesamtanlagenstruktur

Bei kleineren Montagelinien, kann die Anlagensteuerung die Funktion der Leitsteuerung übernehmen.

Die Arbeitsplatzsteuerung unterstützt bereits in ihrer Basis einen möglichen Maximalausbau. Die einzelnen Schrauber, Aktoren und Sensoren sind einfach steckbar und auch entfernbar

Um eine breite Anwendung zu unterstützen werden gegenwärtig Schnittstellen zu verschiedenen übergeordneten oder externen Systemen realisiert:

  • Kommunikation zu Fremd-Maschinen,
  • Mess- und Prüftechnik,
  • ERP (Enterprise Resource Planning),
  • MES (Manufacturing Execution System),
  • einfache Materialzuführung (z.B. drehbare Magazine am Handarbeitsplatz),
  • FTS integrieren (Fahrerlose Transportsysteme),
  • intelligente Materialzuführung (Just-in-time Anforderung),
  • Werkerführung durch Laserpointer,
  • Datenaustausch zwischen Handplätzen (z.B. Vorankündigung Produktwechsel, etc.),
  • Qualitätsprüfung durch Machine Vision (KI).

Das System wächst von Kundenauftrag zu Kundenauftrag.

Realisierte Systemlösung: Konfigurator

Die Flexibilität der Arbeitsplätze wird über Montageaufträge (Rezepte) abgebildet. Ein Rezept besteht aus mehreren Prozessen, z.B. Bauteil verschrauben, Fügeprozess starten, Bauteil kontrollieren, etc. Ein Prozess besteht aus mehreren Operationen, z.B. Schraubvorgang, Fügevorgang, Kontrollvorgang.

Die Aufgaben des Konfigurators sind zusammengefasst:

  • Rezepterstellung mit Arbeitsplätzen, Prozessen und Operationen,
  • Festlegung der Abläufe,
  • Bestimmung von Vorbedingungen.

All diese Schritte werden auf einem PC über eine einfache Bedieneroberfläche konfiguriert.

Die folgenden Bilder zeigen die Konfiguration von drei einfachen Handarbeitsplätzen, die eine Abfolge von drei Bearbeitungen einschließlich Nebenaufgaben festlegen:

zulässige Bauteile:

  • Motor M252
  • Motor M249

Arbeitsplatz A10

  • Ölwanne verschrauben
  • 2 x Pick to Light
  • 2 x Schrauben mit Handschrauber

Arbeitsplatz A20

  • Stift stecken

Arbeitsplatz A30

  • Wälzlager fügen
  • Kameraprüfung

A20 arbeitet nur, wenn das Bauteil von A10 als IO gekennzeichnet wurde, A30 verlangt IO von A20

Bild 3: Arbeitsplatz

Bild 4: Rezept

Bild 5: Prozess

Bild 6: Operationen

Bild 7: Prozessschritte

Bild 8: Auswahl Prozessschritt

Bild 9: Ablauf: A20 erfordert IO von A10, A30 erfordert IO von A20

Bild 10: Ablauf auswählen

Bild 11: Übertragen an SPS

Die erstellte Konfiguration wird dann als Datei auf die Leitsteuerung übertragen. Danach kann der Konfigurations-PC wieder entfernt werden. Der Konfigurations-PC muss nur angeschlossen sein, um die Konfiguration zu übertragen und ist nicht permanenter Teil des Systems

Realisierte Systemlösung: Leitsteuerung

Die Leitsteuerung koordiniert folgende Aufgaben:

  • Verwaltung von Prozessen für Arbeitsplätze (AP)
  • Anfragen von Arbeitsplätzen via Telegramme empfangen
  • Operationen an Arbeitsplätze via Telegramme senden
  • Parallele Steuerung aktiver Prozesse
  • Auf Fehler- und Sonderfälle reagieren
  • Anlegen und Auswerten einer Produkt-Lebenslaufakte für die Zustandsvalidierung von Bauteilen

Die Leitsteuerung ist auf einer Siemens-SPS nach dem TIA-Standard aufgebaut.

Realisierte Systemlösung: Anlagensteuerung

Für die Anlagensteuerung wird gegenwärtig eine umfangreiche Bausteinbibliothek zur Ansteuerung diverser Hardware-Komponenten, beispielsweise für Schrauber verschiedener Hersteller, aufgebaut.

Weiterhin korrespondiert die Anlagensteuerung mit der Leitsteuerung zur Koordinierung der Arbeitsschritte beziehungsweise der Arbeitsplätze. So werden beispielsweise IO/NIO-Kennzeichnungen von Bauteilen weitergegeben, sodass NIO-Bauteile nicht weiter bearbeitet werden können.

Es sind grundsätzlich immer alle Bausteine, also auch Bausteine, die aktuell nicht verwendet werden, integriert.

Eine Anlagensteuerung kann gleichzeitig mehrere Arbeitsplätze steuern (Kostenreduktion).

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