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AutoWerk - Automatisierung und Vernetzung der Werkzeuglogistik

 

Ausgangssituation und Problemstellung

Als Teilgebiet des Werkzeugmanagements befasst sich die Werkzeuglogistik mit dem Werkzeugfluss und dem werkzeugbezogenen Informationsfluss innerhalb von Produktionsbetrieben. Eine Kernaufgabe der Werkzeug-logistik ist die termingerechte Versorgung von Fertigungsmaschinen mit den benötigten Werkzeugen. Die Prozesse zur Werkzeugversorgung umfassen einerseits den Transport von Werkzeugen zwischen Lager- und Wartungsbereichen und dem Fertigungssystem sowie andererseits die Montage und Demontage von Werkzeugen und Spannmitteln. In der industriellen Praxis werden diese Vorgänge aktuell überwiegend von Hand verrichtet. Besonders für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) im produzierenden Gewerbe stellt die Werkzeugversorgung eine erhebliche Herausforderung dar. Aufgrund oftmals geringer Stückzahlen bei einer Vielzahl von Produktvarianten müssen eine hohe Anzahl an Werkzeugen an Maschinen termin-gerecht bereitgestellt und Rüstvorgänge veranlasst werden.

Um Stillstandszeiten der Anlagen zu minimieren, müssen die Rüstvorgänge und die Werkzeuglogistik so effizient und robust wie möglich ablaufen. Der große Anteil an manuellen Tätigkeiten in der Werkzeug-versorgung führt jedoch dazu, dass Anlagenbediener bis zu 25 % ihrer Arbeitszeit für die Bereitstellung von Werkzeugen aufwenden müssen. Diese Zeiten entfallen hauptsächlich auf Suchvorgänge sowie Wegzeiten zwischen Werkzeuglager und ‑einsatzort. In der Konsequenz werden etwa 15 % der Produktionsaufträge infolge nicht rechtzeitig bereitstehender Werkzeuge unterbrochen.


Zielsetzung

Mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Werkzeuglogistik zu erhöhen, wird im Projekt AutoWerk ein ganzheitliches Konzept zur Automatisierung der Werkzeuglogistik entwickelt und u. a. hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit evaluiert. Das Konzept beinhaltet die Ausführung der Transportprozesse durch mobile Assistenzroboter, die mithilfe intelligenter Routingstrategien die termingerechte Bereitstellung der Werkzeuge an den Maschinen gewährleisten sollen. Mittels eines integrierten Manipulators mit eigens entwickelten Greifern sind den Assistenzrobotern Handhabungsvorgänge zur Aufnahme und Abgabe der transportierten Werkzeuge möglich. Dabei erfolgt die Auswahl des jeweils benötigten Greifers automatisiert in Abhängigkeit der aktuellen Aufgabe. Somit können die mobilen Roboter während des Transports einfache Qualitätssicherungs- und Montageaufgaben, wie das Einsetzen eines Werkzeugs in ein Spannmittel, durchführen. Zur Steuerung der Roboter ist ein zentrales Leitsystem vorgesehen. Dieses übernimmt sowohl die Auftragskoordination und ‑bestätigung als auch die Überwachung der Assistenzroboter sowie die Kapazitäts- und Reihenfolgenplanung. Dazu muss das Leitsystem die Möglichkeit besitzen, neben den Robotern auch mit Fertigungssystemen und involvierten IT-Systemen wie ERP, PPS oder WMS zu kommunizieren. Gleichzeitig soll die Interaktion zwischen Mensch und Roboter intuitiv und ohne spezifisches Wissen ermöglicht werden. So entlastet die Unterstützung durch mobile Assistenzrobotik den Anlagenbediener und ermöglicht ihm, sich auf wertschöpfende Tätigkeiten zu fokussieren.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Projektes AutoWerk

 

Vorgehensweise

Im ersten Schritt erfolgt, unterstützt von den Projektpartnern, eine Definition relevanter Use Cases für den Einsatz mobiler Assistenzroboter in der Werkzeuglogistik. Auf dieser Grundlage werden zunächst die Prozesse, Material- und Informationsflüsse der Anwendungsszenarien detailliert erfasst, analysiert und anschließend in einen Anforderungskatalog überführt. Anhand eines Simulationsmodells sollen die Automatisierungspotenziale der Anwendungsszenarien bewertet und die Use Cases priorisiert werden. Im nächsten Projektabschnitt wird ein ganzheitliches Konzept zur Automatisierung der Werkzeuglogistik erarbeitet. Einerseits umfasst dies die Konzeption des oben beschriebenen Leitsystems inklusive der Algorithmen für das Routing und die Umsetzung von Prioritätsregeln für Aufträge. Andererseits werden die physischen Schnittstellen zwischen Roboter-, Maschinen- und Lagersystemen entwickelt und Lösungen zur Kooperation zwischen Mensch und Roboter konzipiert. Nach Abschluss der Konzeption findet mit der Implementierung der Softwarebausteine sowie der Fertigung und Montage der angepassten Hardwarekomponenten die Realisierung der geplanten Systembestandteile statt. Diese werden anschließend zu einem funktionsfähigen Gesamtsystem zusammengesetzt, das in Form eines Demonstrators erprobt und optimiert wird. Abschließend erfolgen sowohl eine technische als auch eine wirtschaftliche Evaluierung des Konzepts zur Automatisierung der Werkzeuglogistik.

 

 

 


Download Projektblatt

Dieses Forschungsprojekt wird im Auftrag der Forschungsgemeinschaft  Bundesvereinigung Logistik e.V. (BVL) durchgeführt und aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und  Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert.


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Ansprechpartner

Florian Ried, M.Sc.  

 

Tel  +49.89.289.15973
Fax  +49.89.289.15922
E-Mail: florian.ried@tum.de

Raum MW 0506

 

Förderung

 

BMWi

 

Projektträger

AIF

 

FV 20266 N/1

 

Forschungsvereinigung

BVL

 

Projektpartner