Übung 3 Musterlösung WS2019 20 mit Zusatzaufgaben PDF

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Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften Fakultät für Maschinenwesen Technische Universität München

Montage Handhabung und Industrieroboter Übung 3 - Musterlösung Manuelle vs. Automatisierte Montage Daniel Gebauer Garching, 09.12.2019

Fragen

© iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

2

Terminplanung Übung Organisatorisches Datum

Termin

Übung

14.10.2019 21.10.2019 28.10.2019 04.11.2019 11.11.2019 18.11.2019 25.11.2019 02.12.2019

1 2

Start Übung: Einführung und Montage- und automatisierungsgerechte Produktgestaltung Montageplanung + Institutsführung iwb

09.12.2019

3

Manuelle vs. Automatisierte Montage

16.12.2019

Puffer

23.12.2019

entfällt (Weihnachtsferien)

30.12.2019

entfällt (Weihnachtsferien)

06.01.2020

entfällt (Weihnachtsferien)

13.01.2020 20.01.2020 27.01.2020 03.02.2020

4 5/6 5/6 7

Auswahl und Auslegung von Greifersystemen Koordinatentransformation & Roboterprogrammierung bei Andrang (gleichzeitig) Koordinatentransformation & Roboterprogrammierung bei Andrang (gleichzeitig) Prüfungsvorbereitung

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Änderungen vorbehalten! Planänderungen werden kommuniziert und in TUMOnline eingetragen.

3

Aufbau der Übung Übung 3 – Manuelle vs. Automatisierte Montage

1

Wiederholung Übung 2 (PollEverywhere)

2

MTM (Methods-Time Measurement)

3

Vibrationswendelförderer

4

Verfügbarkeit von Montageanlagen

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4

Frage 1: Welche Ziele werden mit dem Einsatz von Software für die montagegerechte Produktgestaltung verfolgt? 1.

Funktionsintegration (Integralbauweise)

2.

Erhöhung der Gesamt-Produktionskosten

3.

Vereinfachen der Produktstruktur

4.

Optimierung der Montage

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5

Frage 2: Bei der abgebildeten einfachen Struktur mit Verzweigung…

TV2 TV1 TV3

1.

…enthalten TV2 und TV3 Einzelteile von TV1.

2.

…müssen zur Ausführung von TV3 TV1 und TV2 abgeschlossen sein.

3.

…besteht Wahlfreiheit zwischen der Reihenfolge von TV1 und TV2.

4.

… besteht Wahlfreiheit zwischen der Reihenfolge von TV2 und TV3.

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6

Frage 3: TV1 und TV2 weisen ein gleiches, nur einmal benötigtes Einzelteil auf. Somit… TV1 TV3 TV2

1.

…liegt in der abgebildeten Struktur eine parallel abhängige Struktur mit Zusammenführung vor.

2.

…liegt in der abgebildeten Struktur eine parallel unabhängige Struktur mit Zusammenführung vor.

3.

…besteht Wahlfreiheit zwischen der Reihenfolge von TV1 und TV2.

4.

…können TV1 und TV2 parallel ausgeführt werden.

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7

Aufbau der Übung Übung 3 – Manuelle vs. Automatisierte Montage

1

Wiederholung Übung 2 (PollEverywhere)

2

MTM (Methods-Time Measurement)

3

Vibrationswendelförderer

4

Verfügbarkeit von Montageanlagen

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8

Allgemeines zur MTM-Analyse Motivation für den Einsatz von MTM (Methods-Time Measurement) • Modellierung von Arbeitsprozessen • Festlegen von Arbeitsmethoden und Ausführungszeiten in Planungsphase • Prozesssprache bietet weltweit einheitliche Planungs- und Leistungsnorm • Referenz: geübter Mitarbeiter mit einem durchschnittlichen Leistungsgrad von 100 %

Vorgehen • Unterteilung der Montageaufgabe in Grundbewegungen • Verknüpfung der jeweiligen Tätigkeit mit den entsprechenden Zeitbausteinen (100.000 TMU = 1 Stunde  1 TMU = 0,036 Sekunden) • Berechnung der notwendigen Gesamtzeit mit Normzeitwertkarte • Optimierung der Abläufe/Prozesse bzw. Umgestaltung der Arbeitsplätze

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9

MTM-Grundbewegungszyklus MTM (Methods-Time Measurement)

Loslassen: Kontrolle über einen Gegenstand aufheben

Hinlangen: Finger und Hand zum Zielort bewegen

Fügen: Gegenstand am Ende des Transportweges in Endposition bringen

Greifen: Gegenstand unter Kontrolle bringen

Bringen: Gegenstand zum Zielort bewegen © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

Quelle: LOTTER & WIENDAHL 2006

Allgemeines zur MTM-Analyse Vergleich der MTM-Verfahren Detailierungsgrad / Zeitaufwand

Prozesstyp

MTM-1

MTM-2

MTM-UAS/MEK

Arbeitsabläufe zerlegen in Hierarchieebene

Grundbewegungen

Bewegungsfolgen

Grundvorgänge

Aufnehmen

Aufnehmen und Platzieren

Hinlangen Greifen ProzessBausteine

Bringen Fügen

Platzieren

Loslassen © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

MTM-Institut 2011

11

Vorgehen bei der MTM-1 Analyse 2.5 Montageplanung

R

40

B

TMU = 15,6

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Quelle: MTM INSTITUT

MTM-1 Normzeitwertkarte I

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Quelle: MTM INSTITUT

13

MTM-1 Normzeitwertkarte II

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Quelle: MTM INSTITUT

14

MTM-1 Codebeispiele I MTM (Methods-Time Measurement)

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MTM-1 Codebeispiele II MTM (Methods-Time Measurement)

RL1: Loslassen durch Öffnen der Finger RL2:

Loslassen durch Aufhebung des Kontaktes, wenn das Objekt vorher mit Hilfe des Berührungsgriffes unter Kontrolle gebracht wurde.

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16

Vorgehen bei der MTM-1 Analyse Prozessbausteinanalyse • Diese dient der Dokumentation von Abläufen • Bei MTM-1 ist erkennbar bei welchen Ablaufphasen mit beiden Händen gearbeitet wird

Nr.

1

Bezeichnung

2

A H

Kode

3 4

5

TMU

6

Kode

5

A H Bezeichnung

3 4

2

3. Spalte: Anzahl einer Bewegung 4. Spalte: Häufigkeit einer Bewegung 5. Spalte: Kode der Grundbewegung und Einflussgrößen-Ausprägung 6. Spalte: Enthält die Normzeit. Diese wird aus den MTM-Normzeitwertkarten entnommen © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

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Wichtige Regeln I MTM-1 / Regel M-6 Bei beidhändiger Arbeitsmethode wird pro Hand nur die Hälfte des Gewichts berücksichtigt, wenn sich die Last gleichmäßig auf beide Hände verteilt. Ein 18 kg schwerer Behälter wird nach dem Greifen mit beiden Händen über 50 cm auf eine Hubwagenpalette gesetzt. W-Wert bei 10 daN = 1,22 mit TMU (M50B) = 18,0 ® 18,0  1,22 = 21,96  22,0 Nr. Bezeichnung 1 2

A

H

Code SC 18/2 M50B18/2

TMU 7,3 22,0

Code A SC 18/2 M50B18/2

H

Bezeichnung Gewicht 18 kg Behälter absetzen

MTM-1 / Regel M-7 Wenn sich bei einem Bringen mit einem Gewicht > 1 kg bzw. einem Kraftaufwand > 1 daN das Gewicht bereits unter Kontrolle befindet, darf die statische Komponente nicht nochmals analysiert werden. Ein Teil mit einem Gewicht von 6 kg aus einer 20 cm tiefen Öffnung herausziehen und dann seitwärts (60cm) ablegen. Durch den Gewichtseinfluss führt der notwendige Richtungswechsel fast zu einem Stillstand der Bewegung. Nr. Bezeichnung 1 2 3

A

H

Code

TMU 4,3 11,8 22,8

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Code SC 6 M20B6 M60B6

A

H

Bezeichnung Gewicht 6 kg aus der Öffnung zur Ablage

18

Wichtige Regeln II MTM (Methods-Time Measurement) Symmetrisch (S)

Fügequerschnitte ermöglichen Fügen in jeder Stellung (ohne Drehbewegung um Fügeachse)

Halbsymmetrisch (SS)

Fügequerschnitte ermöglichen Fügen in mehreren Stellungen

Unsymmetrisch (NS)

Fügequerschnitte ermöglichen Fügen in nur einer Stellung

 Symmetrie abhängig von den jeweiligen, nicht von den absoluten Querschnitten der zu verbindenden Gegenstände © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

Quelle: in Anlehnung an MTM Institut

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Aufgabe 1: MTM-Analyse MTM (Methods-Time Measurement) Folgender Bewegungsablauf soll mittels MTM analysiert werden: Die linke Hand hält das Gehäuse (Aktionen der linken Hand nicht berücksichtigen). Die rechte Hand greift das 30 cm entfernt liegende Bohrfutter und fügt es mit leichtem Druck. Anschließend hält die linke Hand das Gehäuse und das Bohrfutter (Aktionen der linken Hand nicht beachten). Die rechte Hand greift die 20 cm entfernte, im Haufwerk befindliche Bohrfutterschraube (M6 x 20) und verschraubt diese. Die benötigte Zeit für das Verschrauben wurde bereits mit MTM-UAS bestimmt (M-SKS = 135 TMU) und soll für die Analyse verwendet werden.

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20

Lösungsansatz Aufgabe 1: MTM-Analyse

Nr.

TMU

Kode

Bezeichnung

1

12

8

R30B

Hinlangen zum Bohrfutter

2

2

0

G1A

Greifen des Bohrfutters

3

15

1

M30C

Bringen des Bohrfutters zum Fügeort

4

16

2

P2SE

Fügen des Bohrfutters mit dem Gehäuse unter leichtem Druck

5

2

0

RL1

Loslassen des Bohrfutters

6

11

4

R20C

Hinlangen zur Bohrfutterschraube

7

9

1

G4B

Greifen der Bohrfutterschraube

8

11

7

M20C

Bringen der Bohrfutterschraube zum Fügeort

9

135

0

M-SKS

Verschrauben von Gehäuse und Bohrfutter mit der Bohrfutterschraube

2

0

RL1

Loslassen des Akkuschraubers

217

3

10

7,82 s

Weitere MTM-Aufgaben zum Üben befinden sich im Anhang © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

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Aufbau der Übung Übung 3 – Manuelle vs. Automatisierte Montage

1

Wiederholung Übung 2 (PollEverywhere)

2

MTM (Methods-Time Measurement)

3

Vibrationswendelförderer

4

Verfügbarkeit von Montageanlagen

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Ordnungsschikanen Orientieren

mechanisch passiv

optisch aktiv

passiv oder aktiv Bildbearbeitung mit Mechanismussteuerung

Luftdüse

Kamera

Auswurf- bzw. Ordnungsmechanismus ( Druckluft / mechan. Stößel / Elektromagnet )

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Aufgabe 2: Vibrationswendelförderer Vibrationswendelförderer Die automatische Zuführung von Kleinteilen wird heute überwiegend durch Vibrationswendelförderer gelöst. Sie sind kostengünstig, platzsparend und zudem durch den Betrieb in Eigenfrequenz auch sehr energieeffizient. Vibrationswendelförderer vereinzeln im Haufwerk angelieferte Bauteile, orientieren diese über mechanische Ordnungsschikanen und führen sie anschließend an die Produktionsanlage weiter. Dazu nutzen sie das so genannte Mikrowurfförderprinzip. Im Folgenden soll zu einem konkreten Fördergut eine mechanische Ordnungsstrecke erstellt werden. Die nächste Folie zeigt die wesentlichen geometrischen Merkmale des Beispielbauteils und die erwarteten Förderlagen. Die Wunschlage entspricht hierbei der Lage (1).

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24

Analyse des Förderteils Aufgabe 2: Vibrationswendelförderer Geometrische Daten:

1,32

Mögliche Förderlagen:

1

2

3

4

Wunschlage © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

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Mechanische Ordnungsprinzipien Aufgabe 2: Vibrationswendelförderer Erstellen Sie mit Hilfe des Schikanen-Kataloges mögliche Ordnungsstrecken zur Lösung der Zuführaufgabe. Überlegen Sie dabei zunächst, welche der dargestellten Prinzipien bei dieser Bauteilgeometrie angewendet werden können und welche der möglichen Lagen damit aussortiert bzw. aktiv in andere Lagen übergeführt werden können. Kombinieren Sie auf dieser Basis die gefundenen Schikanen derart, dass am Ende nur noch die Wunschlage (1) vorhanden ist. Welche der verwendeten Schikanen arbeiten aktiv, welche passiv?

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Lösungsansatz Mechanische Ordnungsprinzipien Aufgabe 2: Vibrationswendelförderer

Zum Beispiel:  A2 + B2  A2 + E2  A2 + D3  … © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

passiv

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Aufgabe 2 – Ausbringungsleistung Aufgabe 2: Vibrationswendelförderer Die einzelnen Förderlagen treten jeweils mit folgenden Wahrscheinlichkeiten auf: (1)

30 %

(2)

30 %

(3)

20 %

(4)

20 %

Der Vibrationswendelförderer versorgt die Ordnungsstrecke mit 200 Bauteilen pro Minute. Welche Ausbringleistung erwarten Sie bei den einzelnen Schikanen-Kombinationen? Ausbringungsleistung:

Alle Varianten: Passive Ordnungsstrecken

 30 % x 200 Bauteile/min = 60 Bauteile/min

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Aufbau der Übung Übung 3 – Manuelle vs. Automatisierte Montage

1

Wiederholung Übung 2 (PollEverywhere)

2

MTM (Methods-Time Measurement)

3

Vibrationswendelförderer

4

Verfügbarkeit von Montageanlagen

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Zuverlässigkeit von Montageanlagen Kennzahlen Betriebszeit TBF1

TBF4

TBF3

TBF2

funktionsfähig

nicht funktionsfähig TTR1

1

TTR2

2

3

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4

TTR3

1

2

3

30

Verfügbarkeit und Unverfügbarkeit mittlere Laufleistung

mittlere Ausfalldauer

 Verfügbarkeit

 Unverfügbarkeit

 Reparatur  Ausfallrate

 © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

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Zuverlässigkeit von Montageanlagen Ausfallrate von Betriebsmitteln (Badewannenkurve)

Frühphase

Gebrauchsphase

Spätphase

z. B. Montagefehler, Fertigungsfehler, Werkstofffehler, Konstruktionsfehler

z. B. verursacht durch Bedienungsfehler, Schmutzpartikel, Wartungsfehler, Ausfallrate konstant

z. B. Dauerbruch, Alterung, Grübchen

Ausfallrate

l(t)

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32

Systemaufbau Reihenschaltung der Komponenten

A1

A2

An

Parallelschaltung der Komponenten

A1 A2 An

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33

Abhängigkeit der Anlagenverfügbarkeit V Verfügbarkeit V

Einteilung der Hochverfügbarkeit durch die Harvard Research Group (HRG) Klasse Bezeichnung 0 1 2 3 4 5

V1

V2

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V

< 99% Conventional < 99% Highly Reliable 99% High Availability 99,9 % Fault Resilient 99,99 % Fault Tolerant Disaster Tolerant 99,999 %

Vn

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Verfügbarkeit unter dem Gesichtspunkt von Puffern und Taktzeit Darstellung unterschiedlicher Verkettungsarten

Starre Verkettung

Elastische Verkettung

Lose Verkettung

Kein Zwischenpuffer

Begrenzte Pufferkapazität

Unbegrenzte Pufferkapazität

Störungen wirken in vollem Umfang auf alle Stationen

Verkettungsverluste sind abhängig von Störungen und Pufferkapazitäten

kein Auftreten von Verkettungsverlusten

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Lotter und Wiendahl 2012

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Aufgabe 3: Verfügbarkeitsrechnung

Umlauf-Werkstückträger transfersystem mit Pufferzonen

Geneigte Rollenzuführungen über dem WZT- Rücklaufband Portal mit Greif -Schraubkopf BoFu 1 (Bohrfutter liegend)

WZT Geh.UT

Motor

BoFu 2

Motor

BoFu

Vormontageplatz

WZT Geh.UT

Getriebe WZT

Kabel

Antrieb

WZT Geh.UT

WZT Geh.UT

7-Spindel Schraub - WZT station Geh UT

Automatik Prüfstation (für WZT)

Beschriftungslaser

WZT Geh.UT

Getriebe

W T Geh T

Stopper

Gehäuseunterteil

SCARA mit Multifunktionsgreifer (für Antrieb und Motor) sowie integriertem Elektroschrauber

Palettenentladeportal mit Sauggreifer

Palettenentladeportal mit Sauggreifer

Gehäuseoberteil

Nachschub: KLT Kabel Manuelle Kabelvormontage könnte auch entkoppelt erfolgen und auf Paletten mit WTs zuliefern (z. B. auch vom Zulieferer)! Steckkontaktanbindung z. B. ins Gehäuse integrieren! … © iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

36

Aufgabe 3.1: Blockschaltbild Angaben zur Übung Skizzieren Sie das Verfügbarkeitsblockschaltbild der hybriden Montageanlage. Berücksichtigen Sie dabei die folgenden Systemkomponenten. MA SC

Montagearbeiter/in SCARA Roboter

PB Portal zur Montage des Bohrfutters PAk Palettenentladeport...