Modellbasierter Ansatz zur automatisierten Gestaltung von Montagevorrichtungen
Ruben Förstmann
Produzierende Unternehmen stehen zunehmend vor der Herausforderung Produkte in immer kürzeren Zyklen auf den Markt zu bringen. Damit einher geht die Notwendigkeit die Produktionsprozesse parallel zur Produktentwicklung zu qualifizieren und abzusichern. Aus den diversen Schnittstellen zwischen diesen beiden Bereichen erwachsen Verzögerungsrisiken im Anlauf, wenn z.B. Betriebsmittel in einer späten Anlaufphase durch eine Änderung der Produktgestalt noch einmal angepasst werden müssen. Bekannte Lösungsansätze in diesem Zusammenhang fallen in den Forschungsbereich Computer-Aided Fixture Design. Eine Analyse der einschlägigen Literatur zeigt, dass sich dabei vorrangig mit der automatisierten Herleitung von Spannplänen für Bohr- und Fräsvorrichtungen befasst wird und durchgängig automatisierte Ansätze bislang nicht im Fokus standen bzw. an Aspekten wie der Modellierung und Optimierung von Werkstücksteifigkeiten scheitern. Vor diesem Hintergrund erfolgt im vorliegenden Werk eine Fokussierung auf Montagevorrichtungen, um anhand dieser Betriebsmittelgruppe mit reduziertem Anforderungsprofil eine Grundlage für eine durchgängige Automatisierung der Gestaltungsprozesse zu legen. Dafür wird ein hybrider Ansatz vorgestellt, der zum einen aus einem automatisierbaren Gestaltungsmodell und zum anderen aus einem Aufbauprinzip besteht, das Baukastenelemente sowie additiv gefertigte Elemente berücksichtigt. Das zentrale Gestaltungsmodell besteht dabei aus den üblichen Funktions- und Spannmodellen und darüber hinaus aus einem Referenzboxmodell, das der Grobstrukturierung der Vorrichtung dient. Dazu besteht dieses Modell aus Bauraumvorhalten, die einerseits Vorrichtungsbauelemente und andererseits Funktionsräume aus dem Montageprozess, in dem die Vorrichtung eingesetzt werden soll, repräsentieren. Nach Verkettung der Modelle im Hauptteil des Werks erfolgt eine Detaillierung in Form von Modulen und Submodulen, sodass eine Überführung des Ansatzes in Algorithmen ermöglicht wird. Im Rahmen der Erarbeitung erfolgte die Überführung in einen MatLab-Demonstrator, der genutzt wird, um die Ansätze im letzten Abschnitt des Werks an einem Fallbeispiel aus einer automobilen Kleinserienmontage zu validieren.
