Montageforschung

Forschungsfeld Montage

Zukunftssicherung mit wandlungsfähigen Montagesystemen. Die Forschung im Bereich der Montagesystemgestaltung beschäftigt sich mit der Fragestellung nach mehr Effizienz, mehr Flexibilität und einer gesteigerten Wandlungsfähigkeit, um weiter am Hochlohnstandort konkurrenzfähig zu bleiben. Prof. Reinhart vom iwb der TU München und Prof. Rainer Müller vom ZeMA in Saarbrücken gestalten durch ihre Forschungstätigkeiten aktiv die Funktionalitäten und den Einsatz der zukünftigen Montagesysteme.

Der Zusammenbau von Bauteilen zu einem Produkt stellt verschiedene Anforderungen an das Montagesystem und dessen Module, die die notwendigen Prozessschritte übernehmen. (Grafik: iwb/ZeMA)

Damit produzierende Unternehmen unter den heutigen Marktbedingungen im globalen Wettbewerb bestehen können, ist die Wandlungsfähigkeit der Produktionssysteme ein wesentliches Erfolgskriterium. Besonders die Montage als letzte Stufe im Produkterstellungsprozess ist davon betroffen. Speziell die Einflüsse durch die Globalisierung, den technischen Fortschritt oder den demographischen Wandel erfordern Möglichkeiten zur technischen und organisatorischen Anpassungsfähigkeit im Sinne von Wandlungsfähigkeit. Während Flexibilität als eine grundsätzlich vorhandene Eigenschaft eines Systems anzusehen ist, die sich innerhalb eines definierten Korridors bewegt, geht die Wandlungsfähigkeit über die geplanten Systemgrenzen hinaus und ermöglicht die schnelle und nachhaltig strukturelle Veränderung eines etablierten Systems.

In vergangenen Forschungsprojekten wurden Methoden und technische Lösungen zum Thema Wandlungsfähigkeit im Umfeld der Montage erarbeitet. Defizite bestehen allerdings noch in der durchgängigen Vernetzung und Informationsnutzung von der Planungsebene bis hin zu den einzelnen Modulen eines Montagesystems. Das Thema Wandlungsfähigkeit ist daher unter diesem Aspekt weiterhin zu erforschen. Die Ansätze zur modellgestützten automatischen Konfiguration (Plug&Produce), einer fähigkeitsbasierten und aufgabenorientierten Programmierung sowie einer fähigkeitsorientierten Montageplanung mit der Identifikation und Rückführung von Anlagenkonfigurationszuständen in die Planung sollen zusammenwachsen und so die Wandlungsfähigkeit von Montagesystemen auf eine höhere Ebene heben. Nachfolgend sollen diese beiden Betrachtungsbereiche und die sich daraus ergebenden Synergieeffekte skizziert werden.

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Lösungsansatz IT-Tool zur Komplexitätsbeherrschung in der Montage (ZeMA)
Der Zusammenbau von Bauteilen zu einem Produkt stellt verschiedene Anforderungen an das Montagesystem und dessen Module, die die notwendigen Prozessschritte übernehmen. Die Modulfähigkeiten müssen dabei die Anforderungen des Produktes an seine Montage erfüllen. Die Montageplanung ist für die detaillierte Ausarbeitung dieser Prozesse verantwortlich. Dafür sind zunächst planerisch die Anforderungen von Produktvarianten und -änderungen gegen den Systemzustand des Montagesystems und die Fähigkeiten der einzelnen Module (vom Zuführ- bis Prozessmodul) abzusichern. Dabei ist zu prüfen, ob die aktuelle Modulkonfiguration des Montagesystems die notwendigen Fähigkeiten für eine Montage zur Verfügung stellt, und es ist festzulegen, welche Konfigurationsmaßnahmen am Montagesystem erforderlich sind. Hierzu erforscht das ZeMA für den Bereich Montageplanung Methoden und Werkzeuge zur Beschreibung von Produktanforderungen und Betriebsmittelfähigkeiten, um virtuell die Montage von Produkten in einem Modell abzusichern und notwendige Konfigurationsmaßnahmen abzuleiten.

Ein weiteres Forschungsthema in diesem Zusammenhang, welches vom ZeMA verfolgt wird, ist die gezielte und durchgängige Informationsbereitstellung und -nutzung zwischen Montagesystemmodulen und der Planungsebene. Um in Planung und Betrieb durchgängig Informationen zu nutzen, müssen sowohl Informationen der Konfiguration und Fähigkeiten von Modulen des Montagesystems verfügbar sein als auch Informationen aus der Planung in den Betrieb des Montagesystems einfließen. Dadurch ist es dem Planer möglich, die Information über die Fähigkeiten einzelner Module und deren Einsatzorte abzurufen, womit dieser die Produktanforderungen gegen die Fähigkeiten der Module abgleichen und zudem die Prozessabfolge verifizieren kann. Bestandteil einer durchgängigen Vernetzung ist die Festlegung einer übergreifenden semantischen Beschreibung bei Anforderungen und Fähigkeiten einerseits auf Ebene der Montagemodule und auch auf Ebene der Planung, sodass die Informationen und Parameter sowohl von Maschinen als auch vom Menschen interpretiert werden können.

Lösungsansatz Plug and Produce als Befähiger für wandlungsfähige Montagesysteme (iwb)
Am iwb wurde und wird an Ansätzen geforscht, die eine automatische Konfiguration von Automatisierungssystemen ermöglicht. Diese stellen also auf einer technischen Ebene die Voraussetzungen für eine wandlungsfähige Montage zur Verfügung. Die Grundlage liefern Gerätebeschreibungen, welche auf den einzelnen Geräten vorgehalten werden und durch einen Konfigurationsmanager zu einem Zustandsmodell zusammengefasst werden. Mit diesem erfolgt die kommunikationstechnische Konfiguration automatisch – ohne Zutun eines Anwenders. Aktuell wird an der Weiterentwicklung dieser Ansätze im Bereich der Robotersysteme zu einer ganzheitlichen Plug&Produce-Architektur für die automatische Integration von Feldgeräten geforscht. Eine weitere technische Möglichkeit, mit der die Wandlungsfähigkeit von Montagesystemen erhöht werden soll, stellt der Einsatz einer aufgabenorientierten Programmierung dar. Diese setzt auf dem Plug&Produce-Konzept auf und erweitert dieses. Bei dieser Art der Programmierung werden die Aufgaben des Montagesystems nur noch auf abstrakter Ebene beschrieben. Ein Softwaresystem generiert, basierend auf der digitalen Beschreibung der Aufgabe und des Montagesystems, automatisch den notwendigen Steuerungscode. Am iwb wird besonders an einem Konzept geforscht, bei dem – ähnlich wie bei den Ansätzen des ZeMA – Fähigkeiten die Schnittstelle zwischen den Montageprozessen und den Funktionalitäten von Systemkomponenten bilden. Mechanismen zum Abgleich der geforderten und zur Verfügung stehenden Fähigkeiten sind dabei ein Forschungsschwerpunkt. Die Ansätze des iwb sind aus der Ebene der Steuerungstechnik getrieben.

Um die Wandlungsfähigkeit von Montagesystemen weiterzuentwickeln, muss die durchgängige und effiziente Nutzung von Informationen auf Maschinen- und Planungsebene vorangetrieben werden. Um dies zu ermöglichen, ist das Fähigkeitskonzept ein wichtiges Instrument, das auf allen Ebenen Relevanz besitzt. Dazu sind die Ansätze im Bereich Plug&Produce sowie einer fähigkeitsorientierten Montageplanung weiter zu verfolgen und zu einer durchgängigen Gesamtlösung bei Planung und Betrieb zu entwickeln.

iwb/ZeMA/pb


Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.)

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Der MHI e.V. hat derzeit 18 Mitglieder, die über ihre Institute und Lehrstühle rund 1.000 Wissenschaftler repräsentieren. Gewählter Präsident ist Prof. Bernd Kuhlenkötter von der Ruhr-Universität Bochum, weitere Vorstandsmitglieder sind Prof. Alexander Verl (Fraunhofer Gesellschaft), Prof. Jörg Franke (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) und Prof. Thorsten Schüppstuhl (Technische Universität Hamburg-Harburg). Der MHI versteht sich als enger Partner der deutschen Industrie; die Gesellschaft wird durch einen industriellen Beirat, bestehend aus Führungspersönlichkeiten großer und bekannter deutscher Unternehmen, unterstützt. Zudem besteht eine Kooperation mit dem Fachverband Robotik + Automation im VDMA. So wird die Gestaltung von Forschungs-Schwerpunktthemen angeregt. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.


Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik

Kurz erklärt: Das ZeMA
Das Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik versteht sich als industrienahes Forschungsinstitut mit dem Ziel der anwendungsorientierten Forschung und industrienahen Entwicklung im Bereich Mechatronik und Automatisierungstechnik. Das ZeMA arbeitet bei der Durchführung seiner Entwicklungstätigkeit eng mit Instituten und Lehrstühlen der Universität des Saarlandes (UdS) sowie mit der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW Saar) zusammen. Professoren der entsprechenden Fachgebiete, besonders der Mechatronik, betreuen die hier tätigen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Somit ist sichergestellt, dass wissenschaftliches Potenzial, spezifisches Know-how und neueste Forschungsergebnisse synergetisch und nachhaltig in die Arbeiten des Mechatronikzentrums einfließen. Weitere Infos www.mechatronikzentrum.de


Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München

Kurz erklärt: Das iwb
Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München ist eine der großen produktionstechnischen Forschungseinrichtungen in Deutschland und umfasst zwei Lehrstühle der Fakultät für Maschinenwesen in Garching bei München sowie ein produktionstechnisches Anwenderzentrum in Augsburg. Die beiden Ordinariate, der Lehrstuhl für Betriebswissenschaften und Montagetechnik sowie der Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, definieren die Forschungsinhalte und Themenschwerpunkte des iwb. Diese liegen in den Bereichen Fertigungstechnik, Werkzeugmaschinen, Montagetechnik und Robotik, Füge- und Trenntechnik sowie auf dem Gebiet Produktionsmanagement und Logistik. Die Mitarbeiter des iwb arbeiten in Forschung, Lehre und Industrietransfer in diesen Disziplinen. Weitere Infos www.iwb.tum.de

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