Automatisierte Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in der Montage

Abstract

Der zunehmende nationale und internationale Wettbewerb und die steigenden Ansprüche der Verbraucher führten in den vergangenen Jahren zu einer Zunahme der Produktvielfalt mit immer kürzeren Produktlebenszyklen bei gleichzeitiger Abnahme der Fertigungslosgrößen. Diese Entwicklung führte dazu, dass der flexibel automatisierten Montage in der Klein- und Mittelserienfertigung eine immer größere Bedeutung zukommt. Bei flexiblen Montageanlagen erfolgt die Bereitstellung von Werkstücken vorwiegend über werkstückspezifisch ausgelegte Zuführeinrichtungen, die in den Montagestationen integriert sind und einen Großteil aller Störungen in Montageanlagen verursachen. Ziel der Arbeit war es, eine unabhängig von den Montageanlagen arbeitende Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von unterschiedlichsten Werkstücken in Flachmagazinen zu entwickeln. Nach der Ermittlung der wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen für die Werkstückbereitstellung an flexiblen Montageanlagen wurden wissenschaftliche Grundlagen und Lösungen für einen Vibrationswendelförderer zum gleichzeitigen Fördern und Sortieren mehrerer unterschiedlicher Werkstücke erarbeitet sowie für flexible Positionier- und Ordnungssysteme ein Verfahren zur werkstückspezifischen Magazinauslegung entwickelt. Für die Beschreibung des Werkstückverhaltens im Magazin-formnest während des Magaziniervorganges wurde ein Berechnungsverfahren erarbeitet, mit dem in einer Rechnersimulation die Grenzwerte für die Geräteeinstellparameter, wie z. B. die maximale Schwingungsamplitude und Magazinneigungswinkel, bestimmt werden konnten. Die konzipierten und prototypisch realisierten Einzelkomponenten wurden anschließend in einer Pilotanlage einer automatisierten Ordnungs- und Kommissionierzelle integriert. Anhand eines repräsentativ ausgewählten Werkstückspektrums wurde der Funktionsablauf der Zelle erprobt und die technische Machbarkeit einer von der Montage entkoppelten, hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in beliebiger Reihenfolge und Losgröße nachgewiesen.

In recent years, growing national and international competition as well as the increasingly exacting demands of the consumer have led to greater product diversity and ever shorter product life cycles while the size of production lots decreased at the same time. As a result of this development, the importance of flexible automated assembly in the production of small and medium-sized lots is growing apace. In most of the flexible assembly systems workpieces are mostly stored in workpiece-specific feeding systems which are normally integrated in an assembly station and they go on causing a major proportion of all breakdowns in automated assembly systems. The aim of this study was to develope a sorting and order-picking cell that is decoupled from and independent of the assembly system for delivering different workpieces in a highly flexible manner. After identifying the major requirements and constraints governing workpiece delivery in flexible assembly systems, scientific facts and solutions for a feeding system that would simultaneously convey and sort a variety of workpieces was also developed as a process by which workpiece-specific magazines for flexible positioning and sorting systems could be designed automatically. To describe the behaviour of workpieces in a magazine cavity during the magazining process, a mathematical approach was developed in which a computer simulation is used to determine the boundaries for adjusting device parameters such as maximum oscillation amplitudes and magazine tilt angles. Next, the processes and components that had been developed were assembled in an auto-mated sorting and order-picking cell. The functions of this pilot system were verified in tests in which a representative range of workpieces was used. The technical feasibility of a sorting and order-picking cell for the highly flexible delivery of a wide variety of workpieces for assembly purposes may be regarded as having been successfully demonstrated.