Planning a Highly Mechanized Assembly System for Product Variants

Download Planning a Highly Mechanized Assembly System for Product Variants

Post on 02-Jul-2016

215 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<ul><li><p>Planning a Highly Mechanized Assembly System for Product Variants </p><p>Prof. Dr.-lng. Dipl.-Wid. Ing. W. Eversheim, Dipl.-lng. P. Kettner, Dipl.-lng. K.-P. Merz </p><p>The systematic procedure of planning an assembling system for product variants is descrlbed. Particularly the necessary planning steps are explained: </p><p>- analysis of the product, - defining the assembly structure, - working out requirements for the system elements, - valuation and selection of an appropriate system. </p><p>These working steps are illustrated by the example of assembling hinges. In the actual case an assembly system had to be planned offering a very high productivity to produce several 100.000 units a week in many different variants. </p><p>the system should be adjustable to a new situation on the buyers' market, it was designed to be adaptable for assembling other variants or, if necessary, other products. </p><p>Ycnr,zcichncn,l liir die dcrzc:i tige I;itunt.io!l i t i i l e r f.fop tag e is t c I n ,: iibierpropn r t i o nd 1 e S 1. e i.gc run g :le r ~/arjantcnzahl in Vcrh3lCn i:; z11 clcr jacj liqrn S t r i c k - zahlcnt~icklurq. D j e Ursac-hen h i c r f i i r 1 icgen ziinl Tcjl in, Vcrholtcn dcs MdrkLcs, sI:or 2uch in den Unternehmen selbst begrundet /1, 2 / . Der Wandel Vom Anbieter- zum KIufermarkt macht es erforderlich, zur Erzielung eines geplanten Marktanteils vermehrt auf Kundenwllnsche einzugehen. </p><p>Im Rahmen diescs Vortrages sollen anhand eines Bei- spicls die Auswirkungcn und Ergebnissc aufgezeigt wcr- den, die sjch m i t einer systematischen, bedarfsorien- tierten Pl.anung von Montagesystemen verwirklichen lassen. </p><p>vor diesem Hintnrgrund 1 ; l B t sich die Aufgabenstellung aus dcr Praxis dcr Montageautomatj sicrung cntspi'e- chend Bild 1 zusammenfassen. </p><p>Bild 1: Aufgabenstellung und Randbedingungen bei der </p><p>Fur ein Variantenspektrum von Mobelbeschlagen galt es, ein flexibles, hochautomatisiertes Montagesystcm zu konzipieren, das eine stufenweise Automatisierung er- moylicht. In dem Montagesystem sollten MClbelbeschlSge aus 1 3 Einzelbauteilen komplett mntiert, auf ihre Funktion gepruft und anschlienend verpackt werden. Die Stijckzahl lag bei mehreren hunderttausend U- schlagen pro Woche und sollte im Laufe der Zeit er- hoht werden. Die Stuckzahlen der einzelnen Varianten waren dabei sehr unterschiedlich und dariiber hinaus starken Schwankungen unterworfen, die LosgroBen be- trugen zwischen 1.500 und 50.000 Stack. Das geplante Montagesystem sollte durch einen modularen Aufbau einen hohen Wiederverwendungsgrad der Montageein- richtungen bei Folgeprodukten gewahrleisten. Weiter- hin waren eine leichte Umstellbarkeit der Systemkom- ponenten sowie die MBglichkeit zur Erweiterung des Montagesystems zu bcrkksichtigen. </p><p>In Bild 2 sind a1l.e grundlegenden Planungsschritte fur eine systematische Auslequng von Montageanlagen zusammengefaBt / 3 / . </p><p>Montage von Mobelscharnieren </p><p>Bild 2 : Planungsschritte bei der Systemauslegung </p><p>2 . @al.yse des Produktes </p><p>Die Analyse des Produktes im Hinblick auf eine monta- gcgerechte Gcstaltung stellt eine MaBnahme dar, mit der entscheidende Rationalisierungsreserven ausge- schopft werden konnen /5/. Ein Hauptziel der montage- gerechten Produktgestaltung liegt in der Senkung der Variantenzahl. Weniger Varianten bewirken eine Redu- zicrung dcr Flcxibilitatsanforderungen, die im Rahmen dcr Stationsauslegung an die Montageeinrichtungen ge- stellt werdcn, und damit erhetliche Kostensenkungen. Wciterhin l a B t sich durch eine montagegerechte Pro- duktgcstaltung dcr Aufwond i m Bercich der Logistik er- heblich verringern, z. B. durch Standardisierung und Anwendung von Gleichteileprinzipien. Die Auswirkungen beinhalten u. a. geringere Anforderungen an die Orga- nisation der Produktionssteuerung, der Bereitstellung und der Lagerhaltung der Bauteile. </p><p>Die Vereinfachung von Montagevorglngen ist ein wei- teres Ziel der montagegerechten Produktgestaltung, da hierdurch sowohl die Anforderungen an die Montage- ei.nrichtungen und das Montagepcrsonal gescnkt als auch Montagevorgabezeiten reduziert werden konnen. </p><p>Die ej-nzelnen Arbeitsschritte bei der Produktgestal- tung, die in Bild 3 aufgefiihrt sind, umfassen Ana- lysen beziiglich der Variantenteile, der Mengenstruk- tur der Variantenteile und der Schnittstellen der Bauteile. Weitere Schritte beinhalten die montage- cjcrechlc Konstruktion des Produktes, die Produkt- strukturieruns sowie die Standardisierung der Bau- toile. In Bild 3 j.st weiterhin ein typisches Erqebnis cincr Analysc von Variantcnteilen dargcstellt. Die Eomhination der unterschiedlichen Baugruppen- und Einzelteilvarianten erhoht exponentiell die Gesamt- summe der Varianten. Hier mu0 in einem ersten Ansatz versucht werden, die zusatzlichen Varianten, die sich in der Differenz zwischen den tatsachlich vorliegen- den und den vom Markt geforderten Varianten ausdriik- ken, zu reduzieren. </p><p>I m Rahmen der Analyse der Mengenstruktur wird die re- lative Haufigkeit sowohl der Produktvarianten als d u c h der untcrschiedlichen Baugruppen und Einzel- teile untersucht. Das Ergebnis in Form eines Mengen- gcriistes stellt die Planungsbasis bei der Festlegung der Montagestruktur dar. Eine wej.tere Voraussetzung zur Festlegung der Montagestruktur ist die montage- </p><p>Annals of the CfRP Vol. 34/1/1985 9 </p></li><li><p>:/on bcsondcrcr Bcdeutunq ist, daR bereits in dieser Planungsphase die Konzipierung der Logistik und der Peripherie mi.t einbezogen werden. Dabei urnfafit die L6gisLi.k im wesentlichen den Haterial- und Informa- t i o r i s f l u s in der Montage selbst sowie zu den der Nbntaye vor- und nachgelagerten Bereichen. </p><p>In, !hIm,.:n doi- I.iontagcstrukturicr~incJ fallt bereits cine grundlcgcndc Entscheidung bezuylich der Anlagen- f1e:iibili tat. Sowohl die Dynaniik des Absatzmarktes t i i i d d i ( , ddreus rcsultierendcn kiirzcren Produktlebcns- zyklcn als auch die schnelle Weiterentwicklunq der Produkte und dcr technisclien Einrichtungen machen e s in zunehmendem MaRe erforderlich, einen modularen Aufbau d c r Anlagonkomponenten speziell fur die Ver- kettungs- und Peripherieeinrichtungen vorzusehen. Um eine weitreichende Modularitat zu gewahrleisten, ist die Auslcgung der Einrichtungen anhand einer Bauka- stcnsystcmatik und die Schaffung einheitlicher Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten notwendig. Die so konzipierten Systeme erhalten eine hohe Anlagenflexibilitat, die durch eine einfache Austauschharkcit und Umbaubarkeit dcr Elemente ge- kennzeichnet ist. Weiterhin wird hierdurch die Mog- lrchkeit qeschaffen, bestehende Systeme ohne groRen Aufwand zu erweitern oder stufenweise zu automati- sieren /7/. </p><p>Die Festlegunq der Montagestruktur sol1 nun anhand dcs Fallbeispiels nachvollzogen werden. Es war nicht mBglich, cine wochcntlichc Gcsamtstuckzahl von m e h - rcren hundcrttausend Beschlsgen auf einer Montage- anlage zu montieren. Eine Taktzeit von ca. 3 Sekun- :Icn, dic aufgrund der zur Zeit marktublichen Mon- Lr'lgcei nrichtungcn realistisch erscheint, erfordert hei 2-Schicht-Betrieb und einer Anlagenverfuqbar- kcit von 80 % mehrere Montageanlagen. </p><p>Im vorlicqenden Fall wurden deshalb unterschiedliche hrelsetzungen zur Ableitung alternativer Aufbaustruk- turen fiir das Montagesystem entwickelt. </p><p>Zielsetzunq a besagt, da5 die Gesamtstuckzahl nit rnehreren einander vollkommen gleichen Montageanlagen crzeuqt wird. Das bedeutet, da5 die Montageanlagen nach dieser Zielsetzung ein hohes Ma6 an Flexibili- tlt aufweisen mussen, urn alle Varianten des Mobel- scharniers abdecken zu konnen. </p><p>Arbeitsschritle zur Bauteile </p><p>Fertlqung der Monlagertruktur Hauptvdrianten Spndemnanlen EinzelBlle </p><p>Gliederung i n Vor- und Hauptmontage </p><p>0 Planung der Ameitr- organistion </p><p>tinbeliehen der E r N - ntrre der </p><p>Pmduktanalyse -Mengenanalyse </p><p>Konzipierung mn Logirtik und Peripherie </p><p>Simu!ahonrtcchnik </p><p>.@ </p><p>Bild 3 : Gestaltunq des Produktes </p><p>orientierte Produktstrukturierung /6/. Die Aufgabc hierbei ist es, unabhanqig von der funktionalen Struk- tur dcs Produktes cine montagcorientierte Produkt- sLrukLiir XII crarhcitcn. Damit wcrdcn notwendi.gc Vor- aussetzungcn gcschaffen, urn die Produkte in der Mon- tage rn6qlichst lange auftragsneutral nontieren zu konncn und damit dcn VarianteneinfluR zu begrenzen. </p><p>Zusammcnfessend sei herausgestellt, daR bereits in der Konzeptions- und Konstruktionsphase eines Pro- duktes d i e Belange der Montage in Ziikunft starker herucksichtigt werden miissen, um die notwendigen Voroussetzungen fur eine erfolgreiche Rationalisie- rung dcr Montage zu schaffen. Dies bedeutet jedoch nicht, d a 5 zukijnftig die Produkte nur montagegerecht gcstdltet wcrden sollen. Vielmehr ist durch eine ge- samthafte Betrachtung bei der Produktentstehung dar- auf zu achten, daB die Produkte gleichermaflen funk- tionsgerecht und fertigungsgerecht ausqelegt werden und soniit im wcrtanalytischen Sinne optimiert sind. </p><p>3 . cestlegung dcr Montagestruktur </p><p>Aufbauend auf den Ergebnissen der Analyse des Pro- duktspcktrums wird im zweiten Planungsschritt bei r l e r Auslcgung von Montagesystcmcn d i e Struktur der Montageanlage festgclcgt. Aufgrund der ermittelten Hengenverteilung der Varianten und untcr Berucksich- tiqung der Flexibilit8tsanforderungen der zu montie- rendcn Uautcilc kann die Montage in untcrschiedliche Systcmtypen gegliedert werden (Bild 4 ) . Dabei liegen die Hauptunterscheidungskriterien der einzelnen Sy- steme in der Flexibilitat und Produktivitat. </p><p>Bild 1 : Festl.cgung der Montagestruktur </p><p>Dic Montagcanlagen nach Zielsctzung b sind nur auf (lic Montage bestimmter Varianten ausgelegt. Daraus crgibt sich, daR der Flexibilitatsbedarf der einzel- ncn Anlagen geringer ist. Das gesamtc Variantenspek- Lrum m i t don cntsprechcndcn Stuckzahlen mu0 dann den cinzelnen Montageanlagen zugeordnet werden. </p><p>Diese und alle anderen moglichen Strukturalternativen wurdcn einer technisch/wirtschaftlichen Bewertung un- tcrzogen. Dabci crwics sich die Alternative b, spe- zie11 im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte, a l s d i e z u r Realisierung geeignete Anlaqenstruktur. </p><p>4 . Ermittlung des Anforderungsprofils an die Systemel epnte </p><p>Auf der Basis der festgelegten Montagestruktur und unter Verwendung der Ergebnisse der Produktanalyse und -9estaltung wird in dieser Planungsphase die de- taillierte Stationsauslegung entsprechend den in Bild 5 aufgefuhrten Arbeitsschritten durchgefuhrt. Sind Alternativen bezuglich der montagetechnischen Vorgangsfolge vorhanden, so daD die Reihenfolge ein- zclner Montagevorgange veranderbar ist, erBffnet dies d i e Mijylichkcit, nit einer Optinicrung der VOrgangS- fo lgc nach vcrschiedenen Kriterien Rationalisierungs- cffekte zu erzielen. So kann gegebenenfalls durch das Zusammenfassen gleichartiger Montagetatigkeiten in einer Station der Aufwand fur die einzusetzenden Be- triebsmittel gesenkt wcrden. Weiterhin lassen sich Ncbentatiqkeiten reduzieren, wenn Montagevorgange zusammengefa5t werden, die bei gleicher Spannlage des Werkstuckes durchzufuhren sind. 1st der Aufgabenum- fang fur die einzelnen Montagestationen festgelegt, last sich die stationsgebundene Flexibilitat aus dem Flexibilitatsbedarf des Variantenspektrums ermitteln. </p><p>Kiirzere Produktlebenszyklen verlangen Montageanlagen, auf denen nicht nur cine Produktgeneration montiert werden kann. Der modulare Aufbau sowie die Umprogram- rrii.crbarkcit der Montageanlagen und damit die MBglich- keit , c.inzc!lnc Anlaqcnkomponentcn ohne groQen Auf- wand auszutauschen oder anzupassen, ist eine Voraus- sctzung, um die Gesamtanlage flir die Montage unter- &gt;chicdl ichcr Produktc nutzcn zu konnen. </p><p>Cin wichtiger Arbeitsschritt bci der Festleguny der Montagestruktur beinhaltct d i e Gliederung in Vor- und Hauptmontagebcreichc a u f der Basis der Produkt- 5 L r (14 L u r . D i e Cry</p></li><li><p>Bild 5: </p><p>V P I ~ A.8.C </p><p>Ermittlung el emen te </p><p>der Anforderungen an die System- </p><p>Um die groRe hnzahl der vom Markt geforderten Va- rianten wirtschaftlich montieren zu konnen, ist a lso eine Anpassung der Montageanlagen durch einfache Um- stell-, Umsteuer-, Umbau- und UmriistmaDnahmen zu er- lnijylichen. </p><p>Ubertraqen auf das Praxisbeispiel ziehen diese Vor- gaben eine Anlagenkonfiguration nach sich, wie sie im Bild 5 im rechten Bildteil fiir eine der Montage- anlaqen dargestellt ist. Kennzeichen dieser Struktur sind die abgekoppelten Vormontaqebereiche, in denen die variantenabhYngigen Baugruppen, hier z. B. Gelenk- arm und Ucschlagtopf, zusammengcbaut werden. Diese Vormontagen sind durch standardisierte Schnittstellen an die Hauptmontage gekoppelt, in der der varianten- unabhangige SchlieOmechanisrnus mit den variantenab- hangigen Bauqruppcn zusammengebaut wird. Um bei einem spateren Produktwechsel gegebenenfalls einen ge8nder- ten Schlie0mechanismus verwenden zu konnen, wird die- ser ebenfalls in einem Vormontagebereich zusammenge- baut. </p><p>Diese Konfiguration erlaubt ohne qroOen Aufwand Xnde- runqen in den durch Kundenwunsche stark beeinfluBten variantenabhanyigen Vormontagebereichen und sorgt gleichzeitig durch die weniger flexible Hauptmontaqe fur die notige Produktivitat des Gesamtsystems. </p><p>In Bild 6 ist dargestellt,wiesich der Arbeitsschritt "Ge-nq bzw. Analyse des Produktes" auf die nach- folgenden Arbeitsschritte "Strukturierunq" und "Aus- legung der Systemkomponenten" auswirkt. </p><p>3 hach Vormonlagc Cb ggygz'."p I </p><p>Q </p><p>Eild 6 : Systematische Ableitung des Flexibilitats- bcdarfs dcr Bautcilvarianten </p><p>Der Topf dcs Mobelscharniers kann in drei unter- schiedljchcn Materialien und zwel Ausfiihrungsformen auftrcl.cn. Die drci unterschiedlichcn Materialien habcn ausschlieflllch Auswirkungen bezuglich der Be- rcitstellung. konnen also mit unterschiedlichen Be- reitstelleinrichtungen (zum Ordnen, Vereinzeln und Weitergeben) in einer Vormontage verarbeitet werden. </p><p>Diese Vormontage kann Topfe in der Ausfuhrunqsform B rnontiercn. Die Topfe nach Form A bedingen neben einer unterschiedlichen Bereitstellung auch das Zubrinqen Aer Einzelteile an eine andere Position in der Vor- montage. Da dies nur in geringen Stiickzahlen auftritt, 1st es gunstiger. die Topfe nach Form A manuell vor- zonont i c r c n und in palettierter Form an stondardisicr- l~,:n ! - ~ c I i n I LL:;l-cllcn in das Systcm c~nzuschleuscn. </p><p>Ahnlich ist die Situation bei den unterschiedlichen husfuhrunqen des Schamierarms. Diese erfordern nicht nur eine unterschiedliche Bereitstellung, sondern auch andere Fugeoperationen fiir anzubauende Teile. Deshalb wurden in der Struktur unterschiedliche Vor- montageeinheiten vorgesehen, in denen die in mittle- rer bis hoher Stuckzahl anfallenden Arme mit starren Einrichtungen vormontiert werden. Fur die in geringer Stiickzahl vorliegenden Scharnierarme der Form 1 1st eine separate Vormontage bzw. eine flexible Auslegung der anderen Vormontagebereiche nicht wirtschaftlich. </p><p>nus diesem Grunde wurde auch hier die manuelle V o r - montage und das Einschleusen auf Paletten an stan- dardisierten Schnittstellen zum Hauptband vorgesehen. </p><p>U E L dcr Gcstaltunq dcr...</p></li></ul>