Mechatronikorientierte Planung automatisierter Fertigungszellen im Bereich Karosserierohbau

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Konzept zur durchgängigen, domänenübergreifenden Planung automatisierter Fertigungszellen im Bereich Karosserierohbau vorgestellt, auf dessen Basis sich sowohl in der Produktionsplanung als auch während des Produktionsanlaufs bedeutende und nachhaltige Verbesserungspotentiale erschließen lassen. Verglichen mit der Durchführung heutiger Planungsprojekte bzw. mit heute existierenden Ansätzen zur Verbesserung des Produktionsplanungsprozesses liegen dem entwickelten Gesamtkonzept einige weit reichende Neuerungen zugrunde. Diese beziehen sich vor allem auf den Einsatz mechatronischer Ressourcen- und Prozesselemente, die alle relevanten mechanischen, elektrischen und steuerungstechnischen Anlagendaten zentral bündeln und den am Planungsprozess beteiligten Fachbereichen in Form standardisierter, wieder verwendbarer Planungsobjekte zur Verfügung gestellt werden. Unter Verwendung dieser neu konfigurierten Planungsobjekte erfolgt die bereichsübergreifende, vernetzte Entwicklung eines mechatronischen PPR-Datenmodells (PPR: Produkt, Prozess, Ressource). Bezogen auf den gesamten Lebenszyklus automatisierter Produktionssysteme nimmt dieses integrierte Datenmodell eine mannigfaltige Rolle ein. Während des Produktionsplanungsprozesses dient es als interdisziplinäre Kommunikationsplattform und bildet zudem die informationstechnische Basis zur automatisierten Generierung standardisierter Arbeitsunterlagen und zellenspezifischer SPS-Programme. Darüber hinaus kann das mechatronische PPR-Modell als kollaborative 3D-Validierungsplattform zum Testen und Optimieren realer Steuerungsprogramme verwendet werden, was letzten Endes eine wichtige Grundlage zur Durchführung beschleunigter und stabiler Produktionsanläufe mit dem Ergebnis höherer Reifegrade und geringen Gesamtkosten darstellt. Die softwaretechnische Umsetzung der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Planungsmethode basiert auf kommerziellen IT-Werkzeugen der Digitalen Fabrik, die entsprechend den methodischen Anforderungen angepasst und erweitert werden. Neben der Untersuchung und Bewertung der informationstechnischen Umsetzungsmöglichkeiten werden weiterhin die prozessualen und organisatorischen Auswirkungen der Planungsmethode am Beispiel eines ausgewählten Nutzfahrzeugherstellers aufgezeigt. Anhand eines Praxisbeispiels erfolgen schließlich eine Demonstration der technischen Anwendbarkeit der neuen Methode sowie eine abschließende Bewertung der mit der neuen Gesamtlösung zu erschließenden Nutzenpotentiale.

The present thesis describes a new concept for seamless, cross-domain production planning of automated manufacturing cells in the automotive body shop. On the basis of this concept, significant and sustainable use potentials can be developed not only in production planning but also in ramp-up processes. When comparing the accomplishment of today's planning projects and existing approaches of improving the production planning process, the developed concept is based on some fundamental innovations. These innovations refer particularly to the use of mechatronic resource as well as process elements that bundle all relevant mechanical, electrical and control technical cell data together and that are made available to the related departments in the form of standardized and reusable planning objects. Using these newly configured planning objects, the cross-domain and meshed development of a mechatronic PPR data model takes place (PPR: product, process, resource). Related to the overall life cycle of automated manufacturing systems this data model has a diverse role. During the production planning process it serves as an interdisciplinary communication platform, which additionaly forms the basis for the automated generation of standardized working documents and cell-specific PLC programs. Likewise, using the mechatronic PPR data model, both real PLC programs and associated factory information systems can be validated and optimized without needing the physical manufacturing system. This validation process of virtual commissioning forms an important basis for the accomplishment of accelerated and more robust ramp-up processes resulting in higher degrees of maturity and lower overall project costs. The software-technical implementation of the developed planning methodology is based on commercial IT tools of the digital factory that are adapted and extended according to the methodological requirements. Apart from the investigation and evaluation of the software-technical implementation possibilities, the process-related and organizational effects of the planning methodolgy are shown using a selected commercial vehicle manufacturer. Finally, using a practical scenario, both a demonstration of the technical applicability and a concluding evaluation of the associated use potentials of the new planning methodology take place.