Paderborn, Fertigungslenkung LE 4: Beispiele

Fertigungslenkung – LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen Überblick ........................................................................................................ 1 Abstract............................................................................................................ 1 Lernziele........................................................................................................... 1 Lektion 1: Flexibles Fertigungssystem ............................................................ 3 Lektion 2: Aufbau und Funktion des flexiblen Fertigungssystems................... 4 Lektion 3: Modellierung der Struktur des FFS ................................................. 6 Lektion 4: Modellierung der Funktionalität des FFS ........................................ 8 Lektion 5: Umsetzung ................................................................................... 10 Literatur ....................................................................................................... 12 Überblick Abstract In dieser Lerneinheit werden zwei Beispiele für Fertigungslenkungen, die am Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insbesondere CIM, der Universität-GH Paderborn entwickelt wurden, ausführlich vorgestellt. Lernziele Die Beschäftigung mit konkreten Problemen der Fertigungslenkung soll den Lernenden einen Einblick in die Praxis ermöglichen. Die Herangehensweise an die Aufgaben und die entwickelten Lösungen lassen sich dann ggf. auf eigene Problemfelder transferieren. Dazu wird in dieser Lerneinheit ein Beispiel für Fertigungslenkungen ausführlich vorgestellt, nämlich die Modellierung des Systems und der Funktionalität der Steuerung eines konkreten flexiblen Fertigungssystems (FFS) sowie die prototypische Umsetzung der Modellierung basierend auf dem Modellierungsansatz MFERT und Wissensspeicher Lerneinheit 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 1 dem zugehörigen Entwicklungs- und Generierungssystem OOPUS. Wissensspeicher Lerneinheit 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 2 Lektion 1: Flexibles Fertigungssystem Flexibilität Flexibilitätbedeutet allgemein das Vorhandensein von Anpassungsalternativen, um bei wechselnden wirtschaftlichen, technischen, sozialen und ökologischen Anforderungen sowie bei Störungen eine neue optimale Zielerreichung zu ermöglichen. Sie ist ein Ausdruck dafür • ob, • in welchem Umfang und • wie schnell die Leistung eines Produktionssystems an andersartige Produktionsaufgaben angepaßt werden kann. Flexibles Ein flexibles Fertigungssystem ein Produktionssystem aus ist Fertigungssystem einer Menge von sich ersetzenden oder ergänzenden rechnergesteuerten hochautomatisierten Maschinen, die durch ein automatisches Transportsystem miteinander verbunden sind und so das System in die Lage versetzen, Werkstücke eines bestimmten Spektrums in wahlfreier Reihenfolge ohne nennenswerte Verzögerungen durch Umrüstvorgänge zu bearbeiten. Im folgenden wird zunächst der schematische Aufbau und die Funktion des hier betrachteten flexiblen Fertigungssystems erläutert und dann die Modellierung des Systems und der Funktionalität. Abschließend wird kurz auf die prototypische Umsetzung eingegangen. Wissensspeicher Lerneinheit 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 3 Lektion 2: Aufbau und Funktion des flexiblen Fertigungssystems Das hier betrachtete System dient der Herstellung von Zahnrädern aus Rohlingen(vgl. [SIN], [GRO]) Dazu führt es die . Bearbeitungsvorgänge Drehen, Schleifen und Verzahnen durch, wobei die Reihenfolge nicht deterministisch ist, da - z. B. durch Nachschleifen - zunächst verzahnt und dann geschliffen werden kann. Der schematische Aufbaudes FFS ist dem folgenden Bild zu entnehmen. D1 D2 S1 S2 V1 V2 E1 A1 E2 A2 ... ... ... ... R En An P Abbildung 1: Aufbau des flexiblen Fertigungssystems nach [SIN] Maschinen Das System besteht aus drei Paaren funktionsgleicher Maschinen , nämlich je zwei Drehmaschinen (D1, D2), Schleifmaschinen (S1, S2) und Verzahnmaschinen (V1, V2). Die zu bearbeitenden Rohlinge werden ins Eingangslager geliefert (E1, ..., En) und die fertigen Zahnräder (A1, ..., An) aus dem Ausgangslager abtransportiert. Puffer Der Puffer (P) dient der Aufnahme von Werkstücken, die nicht direkt von einer Maschine zur nächsten transportiert werden können, da diese z. B. noch nicht aufnahmebereit ist. Seine Aufnahmekapazität ist begrenzt, aber nicht vorgegeben. Für den Transport innerhalb des flexiblen Fertigungssystems sorgt ein Roboter (R), der folgende Arten von Transportvorgängen ausführen kann: • Eingangslager → Maschine • Maschine → Puffer Wissensspeicher Lerneinheit 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 4 • Maschine → Maschine • Maschine → Ausgangslager • Puffer → Maschine und • Puffer → Ausgangslager. Steuerungs- und Steuerungs- und Planungsziele sind die dauernde Auslastung Planungsziele der Maschinen und die Minimierung der mittleren Terminüberschreitung . • Das Ziel der maximalen Betriebsmittelauslastung kann so erreicht werden, daß eine Maschine nach der Bearbeitung eines Werkstücks möglichst schnell das nächste Werkstück geliefert bekommt. Dazu muß sie im richtigen Rüstzustand für das nächste Werkstück sein und sie darf nicht durch das fertige Werkstück blockiert werden. Daher sollten hier die Strategien „Maschine zieht möglichst benötigtes Material“ und „Maschine schiebt sobald nötig fertiges Material“ verfolgt werden. • Das Ziel der minimalen Lieferterminüberschreitung kann dort verfolgt werden, wo über die Vertauschung des Materialflusses entschieden wird (Eingangslager und Puffer). Hier sollte dann das Werkstück gewählt werden, das die kürzeste Restzeit zum Liefertermin unter Berücksichtigung der noch durchzuführenden Bearbeitungsvorgänge hat. Wissensspeicher Lerneinheit 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 5 Lektion 3: Modellierung der Struktur des FFS Element-Klassen Zur Modellierung des flexiblen Fertigungssystems werden die folgenden Element-Klassenverwendet. Material Ressource Transportmittel Maschine Abbildung 2: Element-Klassen FE-Klassen Basierend auf der obigen Beschreibung des Fertigungsablaufs werden die folgenden Fertigungselement-Klassen eingeführt, die die Zustände des Materials nach und vor dem Transport sowie die verschiedenen Ressourcen im benötigten Detaillierungsgrad beschreiben.

Flexibles Fertigungssystem 2 Schleif- maschinen 2 Verzahn- 2 Dreh- maschinen maschinen Transport- roboter Eingangs- lager Ausgangs- lager Puffer Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 1 26.08.2000 18:49 Fertigungselemente Material MatNachTrans Rohmaterial MatNachVerzahnung MatNachSchleifen MatNachDrehen MatVorTrans Fertigteile MatVorVerzahnung MatVorSchleifen MatVorDrehen Ressource Transportmittel Roboter Maschine Verzahnmaschine Schleifmaschine Drehmaschine Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 2 26.08.2000 18:49 Fertigungsvorgänge Transport TransportZumAusgang TransportZumVerzahnen TransportZumSchleifen TransportZumDrehen Transformation Verzahnen Schleifen Drehen Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 3 26.08.2000 18:49 Struktur des Modells ... Drehmaschine1 Verzahnmaschine1 ... Puffer vor_Drehen1 Drehen1 nach_Drehen1 vor_Verzahnen1 Verzahnen1 nach_Verzahnen1 ... Eingangs- Transport Ausgangs- lager lager ... Schnittstelle vor_Drehen2 Drehen2 nach_Drehen2 vor_Verzahnen2 Verzahnen2 nach_Verzahnen2 Roboter Drehmaschine2 Verzahnmaschine2 ... Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 4 26.08.2000 18:49 Struktur des Modells ... Drehmaschine1 Verzahnmaschine1 ... Puffer vor_Drehen1 Drehen1 nach_Drehen1 vor_Verzahnen1 Verzahnen1 nach_Verzahnen1 ... Eingangs- Transport Ausgangs- lager lager ... Schnittstelle vor_Drehen2 Drehen2 nach_Drehen2 vor_Verzahnen2 Verzahnen2 nach_Verzahnen2 Roboter Drehmaschine2 Verzahnmaschine2 ... Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 5 26.08.2000 18:49 Funktionalität-Strukturprototyp nachTrans Transport vorTrans Transform nachTrans Roboter Ressource Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 6 26.08.2000 18:49 Umsetzung Fertigungslenkung - LE 4: Beispiele für Fertigungslenkungen 7 26.08.2000 18:49