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KoMPI

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Verrichtungsbasierte, di­gi­ta­le Planung kollaborativer Montagesysteme und In­te­gra­ti­on in variable Produktionsszenarien (KoMPI)


(Projektlaufzeit: Januar 2017 – De­zem­ber 2019)

Problemstellung

Die Montage industrieller Güter hat in Deutsch­land einen sehr hohen Wertschöpfungsanteil am Bruttosozialprodukt. Darüber hinaus ist Deutsch­land im Bereich der Ausrüstung für Montage- und Handhabungstechnik weltweit einer der führenden Anbieter. Aufgrund zunehmend volatiler Märkte, individueller und komplexer Produkte sowie neuer Prozessanforderungen - z. B. durch Industrie 4.0 - ist die Montage be­son­de­ren Wandlungsanforderungen ausgesetzt. Wichtig sind deshalb die Ent­wick­lung, Gestaltung und Einführung innovativer Systemlösungen zur Montage komplexer Stückgüter. Dabei stehen die sichere Arbeitsplatzgestaltung und die Ko­ope­ra­ti­on von Mensch und Roboter in der Montage im Fokus. Des Weiteren gewinnt die Wandlungsfähigkeit von Montageanlagen zunehmend an Be­deu­tung, um auf variierende Stückzahlen re­agie­ren zu kön­nen und Investitionsrisiken zu mi­ni­mie­ren. So wird es zu­künf­tig mög­lich sein, mit kollaborativen und wandlungsfähigen Montagelösungen, ins­be­son­de­re klein- und mittelständischen Un­ter­neh­men, Kos­ten- und Effizienzvorteile zu er­mög­li­chen und die Innovationsführerschaft deutscher Montageanlagenhersteller langfristig zu si­chern.

Die Planung eines manuellen Montagearbeitsplatzes, in Bezug auf Arbeitsinhalt und Arbeitszeit, ist eine komplexe Aufgabe. Aufgrund der Viel­falt der dabei zu berücksichtigenden Daten geschieht dies heute meistens mit dafür spe­zi­ell entwickelter Software zur Modellierung, Simulation und Optimierung der Arbeitstakte der manuellen Montageprozesse. Erwägt ein Un­ter­neh­men heute den Ein­satz von Arbeitsplatzsystemen, an denen Men­schen und Roboter mit­ei­nan­der kollaborieren, gibt es bislang noch keine di­gi­ta­len Planungswerkzeuge, wel­che den Ein­satz des Systems im Hinblick auf Automatisierbarkeit, technisch-wirtschaftliche Eig­nung, Ergonomie und Si­cher­heit simulieren und be­wer­ten kön­nen. Dies ist nicht nur für KMU eine star­ke Hemmschwelle für den Ein­satz von kostengünstigen Robotern in Montagesystemen.

Zielsetzung und Vorgehensweise

Ziel des geplanten For­schungs­pro­jek­tes ist es, eine neue Methode zur integrierten Planung und Realisierung von kollaborativen Arbeitsplatzsystemen in der Montage bei variablen Produktszenarien zu ent­wi­ckeln. Dies soll sicherstellen, dass auch Un­ter­neh­men mit geringer Erfahrung und begrenzten Ressourcen befähigt wer­den, kollaborative Arbeitssysteme mit Erfolg einzuführen und auch bei stark schwankender Produkt- und Variantenvielfalt dauerhaft wirtschaftlich zu be­trei­ben.

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Die Er­geb­nisse des Verbundprojektes un­ter­stüt­zen den ge­sam­ten MRK-Entstehungsprozess: Die neue Methode zur integrierten Planung und Realisierung von kollaborativen Arbeitsplatzsystemen in der Montage soll ins­be­son­de­re die Arbeitsplaner im Planungs- und Gestaltungsprozess un­ter­stüt­zen. Eine Auswahlsystematik wird zu­nächst, ausgehend von der Analyse bestehender manueller Montageszenarien, die Arbeitsplätze mit Potential für die Mensch-Roboter-Kollaboration iden­ti­fi­zie­ren. Das Potential wird ins­be­son­de­re durch die Flexibilität der Roboter begrenzt. Durch die gezielte Verknüpfung optischer Sensorik und Roboter wer­den die Einsatzbereiche der Robotersysteme erweitert. Die di­gi­ta­le Gestaltung und Bewertung des kollaborativen Arbeitsplatzsystems wird mit einer allgemeingültigen Planungsmethode modelliert. Die Planung wird gemäß der speziellen Montageaufgaben verrichtungsbasiert durch­ge­führt und durch die zu entwickelnden Roboter- und Komponentenbibliotheken un­ter­stützt, wobei die tech­ni­sche In­te­gra­ti­on des Roboters und seiner Komponenten simuliert wer­den kann. Nachfolgend wer­den die Um­set­zung und In­te­gra­ti­on durch ein technisches Integrationskonzept sowie ein mitarbeiterorientiertes Beteiligungs- und Qualifizierungskonzept ge­för­dert, sodass be­ste­hen­de tech­ni­sche und soziale Hemmnisse abgebaut wer­den. Auch wäh­rend des lau­fen­den Betriebs wer­den operative Mit­ar­bei­ter über zu entwickelnde, geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen gezielt eingebunden und somit die Akzeptanz für den Ein­satz von MRK ge­för­dert. Nicht zuletzt wird diese Akzeptanz auch durch die aktive Be­tei­li­gung der Sozialpartner gestützt.

Zusammenfassend stehen somit das verrichtungsbasierte Planungssystem in Form einer Software-Lö­sung für Integratoren und Endanwender mit MRK-anforderungsgerechter Benutzerführung sowie das Beteiligungs- und Qualifizierungskonzept als multimedial aufbereiteter Schulungs- und Trainingsleitfaden zur Seminar- und Work­shop-Durchführung bei den Anwendern am Ende des Verbundprojektes KoMPI zur Ver­fü­gung. Diese beiden genannten Entwicklungsergebnisse sind anhand der bei und mit den Anwendungspartnern geplanten, umgesetzten und validierten MRK-Applikationen im Projektvorhaben verifiziert worden.

Arbeitsteilung

Das Vorhaben ist auf eine Laufzeit von drei Jahren ausgelegt und gliedert sich in drei Phasen:

In der ersten Phase wer­den die An­for­de­run­gen an das Planungs- und Simulationssystem erfasst. Dabei müs­sen sowohl tech­ni­sche Restriktionen als auch die unternehmens- und branchenübergreifenden An­for­de­run­gen der späteren Anwender berücksichtigt wer­den. Hierbei erfolgt zudem die Definition der Anwendungsszenarien für unterschiedliche Produktvarianten. Die Anwendungsszenarien sind so gewählt, dass diese unterschiedliche Industriezweige abdecken und die Anwenderunternehmen auch mittelständische Strukturen aufweisen, sodass eine Übertragbarkeit der For­schungs­er­geb­nis­se auf die deutsche Unternehmenslandschaft sichergestellt ist. Aus der Analysephase ergeben sich wich­ti­ge Aspekte für die späteren Schulungs- und Trainingskonzepte der Mit­ar­bei­ter im kollaborativen Montagesystem sowie zur Be­tei­li­gung der Sozialpartner. Den Abschluss der ersten Phase bildet die Ar­chi­tek­tur des zu entwickelnden Planungssystems sowie die Spezifikation der Software-Schnittstellen zur Verknüpfung der jeweiligen Systemkomponenten, wie der Roboter- und Peripheriesimulation mit integrierter Komponentenbibliothek, dem Werkzeug zur Potentialabschätzung von MRK-Szenarien und der Logik zur fähigkeitsorientierten Verteilung von Verrichtungen auf Mensch und Roboter.

In der zwei­ten Phase erfolgen die Ent­wick­lung und Implementierung des Systems sowie die Aus­ar­bei­tung der Schulungs- und Trainingskonzepte. Mittels einer auf AutomationML und COLLADA basierenden Schnitt­stelle soll die Ver­bin­dung der einzelnen Teilsysteme und somit die simultane Ent­wick­lung dieser Teilsysteme erfolgen.

Die letzte Phase stellt die Validierung des Gesamtsystems dar. Diese zeichnet sich durch in­no­va­ti­ve Anwendungsszenarien der kollaborativen Montage in den zuvor beschriebenen un­ter­schied­lichen Branchen aus, die mit Hilfe des entwickelten Systems geplant, ausgestaltet und abschließend in reale Demonstratoren bei den Anwendern umgesetzt wer­den. Die Er­fah­run­gen aus der di­gi­ta­len Planung und Simulation der Anwendersysteme wer­den genutzt, um das Planungssystem zu optimieren und die Konzepte der Schulung und des ope­ra­tiven Trainings zu erproben.

 

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Forschungs- und Entwicklungspartner

  • Technische Uni­ver­si­tät Dort­mund, Institut für Pro­duk­tions­sys­te­me (IPS)
  • Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum, Lehrstuhl für Pro­duk­tions­sys­te­me (LPS)
  • imk automotive GmbH
  • ISRA Vision AG
  • Boll Automation GmbH
  • cognitas Ge­sell­schaft für Tech­nik-Dokumentation mbH
  • Albrecht Jung GmbH & Co. KG
  • Leopold KOSTAL GmbH & Co. KG
  • Karl Dungs GmbH & Co. KG

Förderhinweis

Das Projekt wird im Rah­men des Förderprogramms „Innovationen für die Pro­duk­tion, Dienstleistung und Ar­beit von Morgen“ zum Themenfeld „Kom­pe­tenz Montage – kollaborativ und wandlungsfähig (KoMo)“ vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) ge­för­dert und wird vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

Anfahrt & Lageplan

Der Cam­pus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Cam­pus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Cam­pus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Cam­pus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duis­burg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, au­ßer­dem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

Interaktive Karte

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark.

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