Die automatisierte Montage großer Bauteile stellt Unternehmen vor organisatorische und technische Herausforderungen. Klassische Automatisierungslösungen erfordern oft große, starre und ortsfeste Anlagen, welche aufgrund ihrer geringen Flexibilität in vielen Anwendungsfällen keine vollständige Systemauslastung erreichen. Für eine wirtschaftliche Automatisierung werden daher flexible und frei verkettete Montageressourcen benötigt, welche aufgrund ihrer inhärenten Mobilität für verschiedene Produkttypen und Aufgaben eingesetzt werden können. Dies wird ermöglicht durch die Vernetzung aller beteiligten Ressourcen wie Roboter, selbstfahrenden Plattformen, Messsystemen, Leitsystemen und dem Endprodukt sowie seinen zu montierenden Einzelteilen.

Basierend auf der Mobilisierung der Ressourcen und Produkte mittels selbstfahrender, omnidirektional beweglicher Fahrzeuge verfolgt das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen unter dem Begriff „Free Float Flawless Assembly (F3A)“ einen Ansatz zur flexiblen Automatisierung der Montage von Großbauteilen. Die freie Anordnung und Zuordnung von Ressourcen zu Produktionsaufträgen innerhalb der Fabrik ermöglicht nicht nur frei wählbare Montagereihenfolgen sondern auch Skalierbarkeits- und Wandelbarkeitsfähigkeiten (Aspekt free). Beispielsweise kann so ein Montageroboter von einem Ort temporär abgezogen werden, um anderenorts Nacharbeiten zu leisten oder um einen Engpassprozess temporär zu beschleunigen.

Ziel ist der möglichst vollständige Verzicht auf Fixpunkte durch eine Mobilisierung der Montageressourcen (Aspekt float). Der notwendige geometrische und zeitliche Zusammenhang zwischen Montageanlage und Produkt wird dabei durch geeignete Messtechnik herstellt (messtechnisch-gestützte Montage). Diese wird weiterhin neben der Prozessführung auch zur Qualitätssicherung eingesetzt und ermöglicht gerade bei kleinen Losgrößen die Umsetzung des „first-time-right“-Qualitätsprinzips (Aspekt flawless). Voraussetzungen für die Umsetzung dieses Paradigmas sind ein vollständiges Verständnis der montageorganisatorischen Zusammenhänge in der freien Verkettung sowie das Vorhandensein einer Referenzierung zwischen den mobilen Ressourcen mittels durch Messtechnik aufgestellter Globaler Referenzsysteme (GRS). Diese werden aktuell am WZL in den Vorhaben freeMoVe und Fasim_XL geschaffen.

Im Forschungsprojekt „Frei vernetzte wandlungsfähige Montage“ (freeMoVe – BMBF FKZ: 02P15A140) untersucht das WZL, zusammen mit drei Anwendern und fünf Ausrüstern sowie einer weiteren Forschungseinrichtung, die Gestaltung und Steuerung frei verketteter Montagesysteme. Als frei verkettet wird dabei ein Montagesystem bezeichnet, das für jedes individuelle Produkt in Form einer Auftragsroute eine flexible Montageabfolge ohne zeitliche oder räumliche Restriktionen bereitstellt. Eine Auftragsroute beschreibt dabei die für die Montage eines Produktes ausgewählten Bearbeitungsorte und deren Reihenfolge. Im Gegensatz zu einem starr verketteten Montagesystem, in dem die Auftragsroute bei der Montagesystemgestaltung festgelegt wird, sind für frei verkettete Montagesysteme dynamische Auftragsrouten charakteristisch. Die Festlegung der Auftragsroute erfolgt individuell für jeden Auftrag und wird unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit geeigneter Montageressourcen (beispielsweise nicht verfügbar aufgrund von Wartung oder Defekt) kontinuierlich nachgeführt. Das Leitsystem setzt dabei Optimierungsalgorithmen zur Maximierung der Effizienz des Montagesystems ein.

Das Forschungsprojekt FASIM XL (IGF-Vorhaben Nr. 18425 N/2) beschäftigt sich mit der Fragestellung wie große Bauteile in Bewegung montiert werden können. Herausforderung bei der automatisierten Montage in Bewegung ist die Synchronisation zwischen Handhabungsgerät und Produkt. Durch die Bewegung auf dem Transportmittel entstehen variierende Positionsabweichungen und Schwingungen des Produktes, die die ohnehin großen Toleranzketten verlängern und damit den Montageprozess erschweren. Das Handhabungssystem muss in der Lage sein, diese prozessbezogenen Abweichungen messtechnisch zu erfassen und während der Montagebewegung auszugleichen. Für die Synchronisierung der Montagebewegung wird die Position und Orientierung der Roboter und des Montageobjektes über ein Messsystem (Nikon iGPS) innerhalb eines gemeinsamen Bezugssystems erfasst und zueinander geregelt. Beide Handhabungseinheiten werden ausschließlich über das iGPS-System zueinander und dem bewegten Produkt geregelt. Innerhalb des Vorhabens erfolgt die Validierung an einem Demonstrator, in dem eine Windschutzscheibe mithilfe von zwei kooperierenden Robotern in eine sich kontinuierliche bewegende Fahrerkabine eingesetzt wird. as

Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik MHI e.V.

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Kurz erklärt: Das WZL der RWTH Aachen
Das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen forscht unter der Leitung der Professoren Christian Brecher, Fritz Klocke, Robert Schmitt und Günther Schuh in den sechs Bereichen Fertigungstechnik, Werkzeugmaschinen, Produktionssystematik, Getriebetechnik, Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement an der zukunftsgerechten Gestaltung der Produktion in Hochlohnländern. Im Bereich Fertigungsmesstechnik werden derzeit unter der Leitung von Professor Schmitt Ansätze zur flexiblen messtechnisch-gestützten Automatisierung der Großbauteile erforscht. Zusammen mit Industriepartnern verschiedener Branchen erarbeitet das WZL in öffentlich geförderten wie auch bilateralen Projekten Lösungen für vielfältige Themenstellungen aus der Produktion. Diese Aktivitäten werden auf dem RWTH Aachen Campus im Cluster Produktionstechnik verstetigt. www.wzl.rwth-aachen.de