Methode zur rechnerunterstützten Einsatzplanung von programmierbaren Handhabungsgeräten

Programmierbare Handhabungsgeräe (PHG) — häufig auch als “Industrieroboter” bezeichnet — stellen eine Möglichkeit dar, die Werkstückhandhabung in der Klein- und Mittelserienfertigung zu automatisieren. Wie umfangreiche Arbeitsplatzanalysen gezeigt haben /1/, können besonders in der Teilefertigung viele Arbeiten durch programmierbare Handhabungsgeräte ausgeübt werden, sofern es gleichzeitig gelingt, das Ordnen, das Spannen und das Prüfen der Werkstücke ebenfalls zu automatisieren.

Bisher gibt es noch keine allgemein anerkannte Definition für programmierbare Handhabungsgeräte. Nach der von WARNECKE/SCHRAFT /10/ vorgeschlagenen Definition sind PHG in mehreren Bewegungsachsen frei programmierbare, mit Greifern und Werkzeugen ausgerüstete automatische Handhabungseinrichtungen, die für den industriellen Einsatz konzipiert sind. Definitionen mit ähnlichem Inhalt wurden von HERRMANN /1/ und AUER /11/ formuliert.

Neben der Beseitigung von schwerer körperlicher Arbeit muß das wichtigste Ziel der Einsatzplanung von PHG die Befreiung des Menschen vom Maschinentakt sein. Hierfür sprechen neben wirtschaftlichen Gründen — nur in diesem Fall kann der PHG-Einsatz zur Senkung der Arbeitskosten führen — auch soziale und sicherheitstechnische Erwägungen.

Die bei der Einsatzplanung von PHG zu berücksichtigenden technischen, wirtschaftlich-organisatorischen und sozialen Einfluß-größen sind in einer detaillierten Arbeitsplatzanalyse zu erfassen. Als Hilfsmittel für die Durchführung dieser Analyse wurden ausgehend von den von HERRMANN/26/ entwickelten’Instrumentarien geeignete.Datenerfassungsformulare erstellt. Diese stellen sicher, daß alle relevanten Größen erfaßt werden und die gewonnenen Ergebnisse reproduzierbar sind.

Die endgültige Auswahl geeigneter PHG sowie die vollständige Bestimmung der Geräteperipherie kann erst in Verbindung mit der Layoutplanung erfolgen. Ziel der Layoutplanung ist es, in bezug auf die ausgewählten Handhabungsgeräte die jeweils optimale Anordnung der Arbeitsplatzelemente zu finden. Dieses Ziel ist in zwei Teilschritten zu erreichen: Einerseits ist die für den gegebenen Fall optimale Maschinenaufstellung zu bestimmen; andererseits muß die optimale Einbaulage für das Handhabungsgerät ausgewählt werden.

Die Realisierung eines PHG — Einsatzes hängt primär von der im automatisierten Zustand erzielbaren Ausbringungsrate ab. Bei einer Einmaschinenbedienung oder der starren Verkettung mehrerer Maschinen durch ein PHG ist die Ermittlung der Ausbringungsrate problemlos möglich. In diesen Fällen kann sie durch die Mengenleistung Ṁ_F, die die Anzahl der pro Zeiteinheit von dem gesamten Arbeitsplatz produzierten Einheiten angibt, gekennzeichnet werden. Ṁ_F läßt sich mit Hilfe der berechneten PHG — Ver-fahrzeit nach der folgenden Formel bestimmen:Wesentlich komplizierter ist die Berechnung der Ausbringungsrate beim Einsatz eines PHG zur losen Verkettung von Fertigungsmitteln oder bei der Bedienung mehrerer voneinander unabhängig arbeitender Fertigungsmittel. In diesen Fällen ist der Bewegungsablauf des PHG variabel. Dies zwang bei der Layoutplanung zu der Bildung einer fiktiven Bedienfolge, die keine Rückschlüsse mehr auf die tatsächlich in einem bestimmten Zeitintervall ausgeführten Bedienvorgänge zuläßt.

Aufgrund der vorangegangenen Planungsschritte liegen im allgemeinen mehrere alternative Gesamtlösungen für die Realisierung des gegebenen Einsatzfalles vor. Aus dieser Lösungsmenge ist die in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht optimale Variante auszuwählen. Diese Auswahl ist zweckmäßig in zwei Stufen durchzuführen: In einem ersten Schritt sind die nicht wirtschaftlichen Lösungen auszuscheiden. Im Anschluß daran sind die verbleibenden Lösungen einer mehrdimensionalen Bewertung nach dem Prinzip der Nutzwertanalyse zu unterziehen.

Mit Hilfe der beschriebenen Rechnerprogramme kann der Planer bei der Projektierung eines PHG-Einsatzes weitgehendst von Arbeiten mit reproduktivem Charakter befreit werden. Die überwiegend kreativen Tätigkeiten werden ihm jedoch weiterhin belassen, wodurch vor allem eine schnelle Umsetzbarkeit der Planungsergebnisse in die Praxis sichergestellt ist. Nachfolgend soll anhand von zwei Praxisbeispielen das Zusammenspiel zwischen planerischem Ent-wurfsprozeß und rechnerunterstützter Lösungsausarbeitung veranschaulicht werden. Weiterhin soll das Leistungsvermögen der entwickelten Instrumentarien und ihre richtige Handhabung verdeutlicht werden. Die Einsatzbeispiele wurden hierzu so gewählt, daß sie eine möglichst große Anzahl der mit Hilfe des entwickelten Planungssystems zu bearbeitenden Problemstellungen in sich vereinen.

Die Automatisierung der Werkstückhandhabung mittels programmierbarer Handhabungsgeräte stellt aufgrund der Vielfalt der zu behandelnden Teilaufgaben und ihrer interdisziplinären Zusammenhänge eine sehr komplexe, zeitaufwendige Planungsaufgabe dar. Zur Lösung dieser Aufgabe wurden bislang nur wenige Hilfsmittel angeboten. Zur Zeit gründet sich die Einsatzplanung programmierbarer Handhabungsgeräte im wesentlichen auf den praktischen Erfahrungen des jeweiligen Bearbeiters. Dies führt häufig zu einer frühzeitigen Einschränkung des Lösungsfeldes und damit zu einem technisch und wirtschaftlich nicht befriedigenden Gesamtergebnis.