Prozessoptimierung durch eine individuelle Rüstablage mit Hilfe von IO-Linkfähiger RFID- und Farbsensortechnik über Step7 programmiert und durch ein HMI sowie LED´s visualisiert

von Dennis Richter, Peter Röhrle und Philipp Sendeff
in Zusammenarbeit mit Bosch AS
betreut von Markus Stock

Überblick

Im Rahmen unserer Technikerarbeit sollte eine bestehende Montagestation in ihrer Bearbeitungszeit verbessert werden. Die Montagestation ist in einer Bearbeitungslinie, die zur Lenkungsendmontage gehört, integriert und ist speziell für die Anbringung des Faltenbalgs, an der Spurstange der Lenkung, zuständig. Durch den unersättlichen Automobilbau werden unter anderem die Lenkungen dieser Fahrzeuge in unterschiedlichen Größen angefertigt. Die Faltenbalgbearbeitungsanlage wird dadurch mit verschiedenen Werkzeugen, die für die Produktion verschiedener Lenkungstypen benötigt werden, ausgestattet. Durch die Vielzahl dieser Werkzeugteile konnten wir in diesem Projekt eine intelligente Werkzeugablage planen, konstruieren und programmieren. Diese Ablage sollte folgende Anforderungen erfüllen:

  • Individualität (ohne feste Platzordnung)
  • Erweiterbarkeit (Reserveplätze für neue Lenkungstypen)
  • Fehlersicherheit (Tauschen der Werkzeuge ohne Falschbestückung)
  • Zeitgewinnung (schnelleres Umrüsten)
  • Kompatibilität (Ablage muss an Istzustand angebunden werden können)
  • Ordnung ( langjährige Ordnung ohne festgeschriebene Plätze)
  • Reduzierbarkeit ( Auslaufmodelle sollen ohne großen Aufwand entfernt werden können)
Um mit dem Aufbau eines Modells, alldiesen Ansprüchen gerecht zu werden, waren Konstruktion, Programmierung und Kommunikation wichtige Bestandteile unserer Technikerarbeit.

Ausführung

Aufgabenstellung

Bild 3: Projektbild

Ablage Istzustand

Täglich werden an der Multilinie 610 verschiedenste Lenkungen produziert und ausgeliefert. Das Problem, das uns zu unserer Technikerarbeit brachte, wurde an einer Anlage 330, die verschiedene Modelle bearbeitet, erkannt. Bei der Umrüstung auf einen andere Lenkungstypen müssen alle Werkzeuge der Anlage, die man zur Montage des Faltenbalgs benötigt, getauscht werden. Bei diesem Vorgang verlassen sich die Werker auf die Beschriftung der Rüstteile. Da diese allerdings oft fehlerhaft und/oder undeutlich gekennzeichnet wurden kommt es häufig zu Problemen. Sie liegen zum einen in zeitlichen Verlusten, die der Firma Bosch jährlich eine Menge Geld kostet und zum anderen ergeben sich daraus Produktionsfehler, die dann wiederum die Qualität der Produkte mindert. Unsere Aufgabe war es somit eine universell erweiterbare Ablage zu entwickeln, die Werkzeuge aufnehmen, ändern oder löschen kann, ebenso soll sie den Arbeiter davor schützen Fehler zu machen. Es müssen zudem elektrischen Komponenten zum Einsatz kommen, die mit der Steuerung S7 300 kompatibel sind und ein individuelles Ablegen der Werkzeuge ermöglichen. Um das neue Ablagesystem vorzustellen und zu testen wird es anhand eines Anlernmodells realisiert.

Lösung

Bild 4: Projektbild

Neue Rüstablage

Nachdem nun das Problem bekannt war, gab es verschiedene Lösungsvorschläge zwischen denen wir entscheiden mussten.
Unsere Wahl viel letzendlich darauf die Werkzeuge mit einem RFID-Tag zu bestücken und mit den in der Werkzeugablage bestückten RFID-Readern auszulesen. Da es bei einer Werkzeugart aufgrund seiner Bauform nicht möglich ist diesen mit einem RFID-Tag zu bestücken, hatten wir die Werkzeuge farblich markiert und haben somit die Möglichkeit diese mittels eines Farbsensors zu unterscheiden. Um den Bediener letzlich zu signalisieren ob zB. das Werkzeug in die Maschine eingesetzt werden muss oder das Werkzeug seine Verschleißgrenze erreicht hat, entschieden wir uns für eine mehrfarbige LED.
Um trotz der großen Anzahl der elektrischen Komponenten eine klare Überschrift zu bekommen, entschieden wir uns für eine IO-Link Anbindung. Mit dieser ist nicht nur eine leichte Anbindung möglich sondern auch eine individuelle Erweiterbarkeit. Ebenfalls ist es bei einem möglichen Defekt, einfach die Teile zu ersetzen.
Nachdem die bestellten Komponenten eingetroffen waren haben wir unsere individuellen Werkzeugablagen mit diesen bestückt. Danach ging es an die Programmierung. Die RFID-Reader und Farbsenoren müssen erkennen welches Rüstteil sich momentan in der Ablage befinden. Die SPS wertet dies aus und lässt je nachdem welche Lenkung momentan in der Maschine liegt, die dementsprenende LED die vorne in der Werkzeugablage sitzt, leuchten. Als dies realisiert wurde, kam die Visualisierung dazu. Mit dem Programm WinCC entwarfen wir eine Oberfläche für unser Operator Panel das all die benötigten Funktionen beinhaltet.
Zum Schluss erfolgte die Inbetriebnahme, in der noch Kleinigkeiten in Programm verbessert wurden, die dann später zum gewünschten erfolg führten.

Fazit

Die Technikerarbeit war ein spannendes Projekt bei dem wir vieles dazulernen durften. Außerdem konnten wir unser theoretisches Wissen einbringen und in einigen Bereichen durchaus erweitern. Die Aufgaben vor denen wir standen nahmen wir als Herausforderungen an und konnten diese mit Engagement und Eigeninitiative meistern. Schlüsselqualifikationen wie Teamfähigkeit oder Kommunikationsfähigkeit waren dabei unerlässliche Eigenschaften auf die wir weiterhin, in jeder Form von Gruppenarbeit, achten werden. Das Projekt gab uns Einblicke in viele Tätigkeitsbereiche in der Automatisierungstechnik, Maschinen- und Anlagentechnik sowie auch in der Automobil- und Lenkungstechnik. Die Technikerarbeit war eine positive Erfahrung und ein Anreiz auf weitere interessante technische Aufgaben. Auch die Planung und das Management, einer länger andauernder Projektphase, ermöglichten uns Einblicke in einige Gebiete der Projektorganisation sowie auch in der Kostenplanung.

Bild 5: Projektbild

Universelle Rüstablage

Ein besonderer Dank gilt der Technischen Schule Aalen die uns durch Herrn M. Stock unterstützte. Ebenfalls bedanken wir uns bei der Firma Bosch AS, die uns die Technikerarbeit ermöglichte. Durch die Firmenbetreuer Herr Nagler, Herr Schäfer und Herr Löfl wurden wir immer tatkräftig unterstützt. Dafür danken wir Ihnen recht herzlich. Die Entwicklung einer individuellen Rüstablage stellte uns des Öfteren vor schwere Aufgaben. Wir wuchsen mit den Herausforderungen und konnten somit unseren Wissenstand erweitern. Abschließend möchten wir sagen, dass eine Weiterbildung wie eine Aktie ist, die durch Erfahrung und Engagement immer mehr an Wert gewinnt.