Transport- und Lagersysteme

Transportieren und Lagern von Werkstücken und Werkzeugen, Verkettung von Fertigungseinrichtungen, Werkstückzuordnung, Werkzeugbereitstellung, Werkzeugüberwachung

Aufgaben und Funktionen von Transport- und Lagersystemen

Die Aufgabe der Unternehmslogistik besteht darin, den Material-, Waren- und Produktfluß im ganzen Produktionsfluß zu gestalten, zu steuern und zu kontrollieren. Ihre Aufgabe ist die Bereitstellung der richtigen Ware in der richtigen Menge zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort und zu den minimalsten Kosten. Solche Systeme haben, um billig zu sein, einen hohen Technisierungsgrad, und sind personalarm. Die Funktionen teilen sich also auf in: befördern, verteilen, sammeln und puffern.

1.1. Bildung von Lagereinheiten

Für die Planung von Transportsystemen muß man wissen, welche Einheiten man befördern können soll. Es gibt Stückgut und Schüttgut.

Schüttgut

Loses Gut in schüttbarer Form; läßt sich nach Korngröße und -Form, nach Fließverhalten, nach chmischen Eigenschaften und nach Temperatur einteilen

Stückgut

Dieses existiert entweder als Einzelgut, als Massengut von Einzelstücken oder es bildet mit einem Förderungsmittel (zB.: Palette, Lagerkasten, Behälter, Container) eine Ladeeinheit. Folgende Eigenschaften müssen genau bekannt sein: Maße, Form, Bodenfläche, mechanische Eigensch., Empfindlichkeit.

Der Vorteil von Ladeeinheiten liegt darin:

- eine Einsparung von Umladevorgängen,

- Schonung des Transportgutes,

- Erleichterung der Automatisierung,

- Einsparung der Verpackungskosten

1.2. Planung von solchen Systemen

Welche Daten benötige ich für die Planung eines Transport- un Lagersystems:

Art des Transportgutes, Transportweges, Antriebes, Energiezufuhr, Betriebsdauer, Stückgutstrom, Auf- und Abgabeeinrichtungen, Übergabestellen, Bedienung und Wartung, Umgebungseinflüsse, Sicherheitsvorkehrungen, Investition und Betriebskosten, Schnittstellen, Platz der zur Verfügung steht, gesetzliche Bestimmungen, Auftragsstruktur, Artikelstruktur,

Ein Planungsprozeß läuft so ab:

Vorstudie (mit Vergleichen mit anderen Systemen), Systemplanung, Ausführungsplanung, Ausführung, Kontrolle

3. Werkstücktransport:

Grundsätzlich gilt:

Die Automatisierung der Fertigungseinrichtungen wird durch den Automatisierungsgrad der Transport- und der Handhabungseinrichtungen wesentlich beeinflußt.

Es gibt Stetig- und Unstetigförderer.

- Stetigförderer werden immer dort eingesetzt, wo große Förderströme mit gleichartigen Gütern den selben Weg befördert werden müssen. (Während des Transportes können andere Arbeitsgänge wie trocknen, mischen, sortieren, zusammenstellen, montieren getätigt werden.)

- Unstetigförderer sind zB. auf Schinen fahrende Krane, Regalförderzeuge (Billa) oder Hängebahnen.

Transportkomponenten:

2. Verkettung von Fertigungseinrichtungen:

Die Kombination der Fertigungseinrichtungen wird zumeist durch die Bearbeitungsfolge und durch einen gewünschten Werkstofffluß festgelegt.

Eine selbsttätig arbeitende Fertigung wird Fertigungskette genannt. In einer Fertigungskette werden verschiedene Fertigungsvorgänge am gleichen Werkstück gefertigt und gleichzeitig wird der Mensch von ständiger, zeitabhängiger,  körperlicher und geister Tätigkeit befreit.

Eine automatisch gesteuerte Fertigungskette besteht aus folgenden Teilen:

- Transporteinrichtungen

- Handhabungseinrichtungen (siehe Martin Potpetschnigg)

- Bearbeitungseinrichtungen

- Meß- und Überwachungseinrichtungen

- Steuer- und Regeleinrichtungen

Logischerweise bestimmt das langsamste Glied die Taktzeit der Fertigungskette.

Der Nutzungsgrad einer Fertigungskette erhöht sich durch kurze Werkzeugwechselzeiten (zB: voreingestellte Werkzeuge), rasches Aufbauen, Umstellmöglichkeit auf ähnliche Werkstücke bei kurzen Umrüstzeiten.

4. Arten der Verkettung:

4.1. lose Verkettung:

Bei der losen Verkettung sind Zubringereinrichtungen und Bearbeitungseinrichtungen voneinander unabhängig und steuern sich selbst.

Vorteile:

- Fällt eine Bearbeitungseinrichtung aus, so wird die nächstfolgende bzw. vorhergehende 

Einrichtung nicht beeinflußt, da ein Puffer zw. den Einrichtungen besteht.

- Die an verschiedenen Stellen anfallenden Störzeiten addieren sich nicht.

- unterschiedliche Verfahren und Einrichtungen können problemlos miteinander verkettet

werden.

Nachteil:

- Platz für Pufferzonen

4.2. starre Verkettung:

Bei der starren Verkettung sind die einzelnen Fertigungseinrichtungen innerhalb der Verkettung in ihrem Handhabungskreislauf abhängig. In den Bearbeitungskreisläufen können sie jedoch abhängig oder unabhängig sein. Die Fertigungs- und Handhabungseinrichtungen werden gemeinsam gesteuert. Taktgebunde Weitergabe der Werkstücke.

Vorteil:

- keine Platzverschwendung für Puffer

Nachteile:

- Fällt eine Bearbeitungseinrichtung aus, so wird die nächstfolgende in der Verkettung ebenso 

stillgelegt.

- kein bzw. zu kleiner Puffer

- Bei starrer Verkettung addieren sich die an verschiedenen Stellen anfallenden Störungen

4.3. flexible Verkettung:

In einer flexiblen Fertigung sind die wichtigsten Aufgaben eines guten Verkettungssystems transportieren, erkennen und handhaben.

Die zu bearbeitenden Werkstücke werden vom Rüstplatz zu den Maschinen und wieder zurück transportiert.

verschiedene Transporteinrichtungen nach der Art der Verknüpfung:

- Linie:

Vorteil: - Transportsystem benötigt wenig Platz

- einfache Erweiterung

- Ring:

Vorteil: - Paletten bleiben bis zur Fertigstellung der Werkstücke im Umlauf (= Puffer)

- einfache Erweiterung

- Leiter:

Vorteil: - System wirkt wie ein Puffer (Paletten umkreisen die Maschinen, bis sie zugewiesen werden)

Nachteil: - schlechte Zugänglichkeit

- Fläche:

Vorteil: - hohe Flexibilität

- guter Zugang zu den Maschinen

- einfach erweiterbar

Nachteil: - Fahrwege müssen freigehalten werden

5. Werkstück- und Werkzeugzuordnung:

wichtigsten Ziele der Werkstück- und Werkzeugversorgung sind:

- einschieben von Zusatzaufträgen

- bessere Auslastung der Maschinen

- Durchlaufzeitverkürzung

- Wegfall von Zwischenlagern

- Erkennung und Ersatz von verbrauchten Werkzeugen

5.1. Werkstückzuordnung:

Die Werkstückzuordnung legt fest, wie die einzelnen Werkstücke die Fertigungseinrichtungen durchlaufen müssen. Dabei kann eine Komplettbearbeitung auf nur einer Maschine aber ebenso nacheinander auf mehreren Maschinen erfolgen.

Bei der Mengenfertigung erfolgt die Zuordnung der Werkstücke in festgelegter Reihenfolge durch speziell ausgelegte Zubringereinrichtungen.

Bei der flexiblen Fertigung erfolgt die Zuordnung der Paletten durch den Computer. Dadurch muß eine entsprechende Codierung erfolgen (zB: Bar-Code, Strichcode).

5.2. Werkzeugzuordnung:

Bei konventioneller Mengenfertigung wurden die Werkzeuge abhängig von der Bearbeitung meist manuell ausgetauscht und manuell oder automatisch gewechselt.

Bei der flexiblen Fertigung soll der Werkzeugaustausch und der -wechsel automatisch erfolgen. Die Werkzeuge sind in der flexiblen Fertigung meist nicht maschinenbezogen. Daher müssen die Werkzeugverwaltung und die Steuerungen bestimmte Anforderungen erfüllen.

6. Werkzeugbereitstellung:

Im Sinne der Automation müssen bisher überwiegend manuell ausgeführte Tätigkeiten automatisiert werden - dies gilt auch für die Werkzeuge. Daraus folgt, daß die Werkzeuge katalogisiert, numeriert, codiert, justiert und programmiert werden müssen.

Die Aufgabe der Werkzeugverwaltung ist die richtigen Werkzeuge zum richtigen Zeitpunkt mit allen erforderlichen Daten der richtigen Maschine zuzuordnen. Es ergibt sich weiters die Forderung des automatischen Werkzeugaustauschs bei verschlissenen oder kaputten Werkzeugen. Dadurch benötigt man die Werkzeugüberwachung.

7. Werkzeugüberwachung:

7.1. indirekte Messung der Schnittkräfte

Bei diesem Verfahren werden die Axialkraft und das Drehmoment an der Arbeitsspindel gemessen. Wenn das Werkzeug verschlissen (zB: abgestumpft) ist, so erhöhen sich die erforderliche Schnittkraft und die Vorschubkraft.

[dieses Verfahren ist weniger geeignet, wenn Werkstücke mit kurzen Bearbeitungszeiten bearbeitet werden sollen oder wenn mit manueller Vorschubkorrektur gearbeitet wird.]

7.2. Messung und Überwachung der Stromaufnahme

Durch Messung der Stromaufnahme werden die Veränderungen der Schnittleistung erfaßt. Der Anstieg des Drehmoments des Hauptspindelmotors hat einen proportionalen Stromanstieg zur Folge.

7.3. Messung elastischer Verformungen:

Durch Messung elastischer Verformungen (die hervorgerufen werden durch zunehmenden Kraftanstieg am Werkzeugträger, an Maschinenteilen, ) lassen sich Veränderungen bei der Zerspanung, Kollision und Werkzeugverschleiß gut nachweisen.

7.4. AC (adaptive control) Verfahren: Kombination der 3 genannten Verfahren

Das AC - System ist eine rechnergesteuerte Schnittwertoptimierung.

Dadurch wird der Vorschub bei einem Zerspanungsvorgang so geregelt, daß die Antriebsleistung der Werkzeugmaschine ständig zu etwa 95% ausgenutzt wird. Dazu wird die Ist - Leistung (=Regelgröße) gemessen und im AC - Regler mit der Nennleistung (=Führungsgröße) verglichen. Der Vorschuß wird solange verändert bis die Regelabweichung Null ist.

Problem: Wenn der Meißel abstumpft (=Störgröße), so wächst der Leistungsbedarf und der Vorschub würde immer kleiner werden. Daher wird gleichzeitig auch die Schnittkraft gemessen.