Entwicklung problemspezifischer Verfahrensketten in der Montage

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 22

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-10
Issue Year
1991
Authors
Geyer, Georg
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-16552-5
Abstract

In contrast to parts production, assembly is not able to use any universally applicable process chains. One reason for this are the diverse, complexly structured boundary conditions and dependencies. Planning experts use experience knowledge, company-specific automation concepts and planning processes to resolve them. Accordingly, powerful computer-aided tools for assembly should support individual, successful, company and expert-specific procedures. Commercial planning tools, such as CAD systems or databases with a development effort of hundreds of man-years, can only be used economically through a large number of installations. Adaptation of these commercially available tools to individual planning processes is usually insufficiently supported. Programming methods of artificial intelligence expand the possibilities for economic development and adaptation of specific planning tools or process chains and thus increase the flexibility of automated assembly systems. The consideration of individual boundary conditions and procedures reduces the complexity of the required control loops and favors further automation of the planning processes. Problem-specific process chains and planning tools depend, among other things, on from the area of ​​responsibility, company and person-specific experience and are geared towards specific handling and assembly cells. These boundary conditions must be taken into account during development, which is why problem-specific process chains cannot be transferred to other areas and assembly systems without adjustments. A knowledge-based work environment for assembly planning supports the planning experts in this task. Since the operation and adaptation of process chains and dialog-oriented planning tools is comparable to a program development, a knowledge-based software development tool is proposed as the basis of a work environment for assembly planning. A phase model is developed for the systematic development of problem-specific process chains. On the basis of the KEE programming environment, a problem-specific process chain with an emphasis on gripper planning is implemented in the second part of the thesis. The gripper planning is integrated into an environment for computer-aided assembly planning. Tools are implemented as prototypes for the defined planning phases. The structural planning is carried out on the basis of a tangible technical analysis of the CAD-supported product model. Cells are assigned to the assembly activities to be carried out. Priority relationships, planning times, cell and system-related restrictions and individual problem-solving knowledge are taken into account. A specific gripper concept consisting of one or more gripper systems is then selected for a cell. Suction cup systems in particular are modeled in detail. Based on the CAD model of the handling object, permissible positions of the suction elements are automatically determined for selected suction gripper systems. The suction element positions are processed when generating robot programs. A cell-oriented programming system is being developed for the stacking of flat parts. The robot programs generated using the programming system are processed and analyzed in an offline programming and simulation system. In addition to a visual collision check, the forces and moments acting on the handling object are logged. The CARo simulation system was expanded to include an exemplary dynamic component. Based on the recorded force and torque curves, it can be determined whether a safe grip is guaranteed. Appropriate force models are implemented for selected suction pad concepts. The present work shows possibilities for the development of problem-specific process chains. Methods and tools of artificial intelligence and knowledge processing are transferred to assembly planning. The example of gripper planning shows the development and integration potential of knowledge-based planning processes. A process chain implemented as an example is successfully tested on a concrete robot cell.

Abstract

Im Gegensatz zur Teilefertigung stehen der Montage keine universell einsetzbaren Verfahrensketten zur Verfügung. Ein Grund dafür sind die vielfältigen, komplex strukturierten Randbedingungen und Abhängigkeiten. Zu deren Auflösung setzen Planungsexperten Erfahrungswissen sowie betriebsspezifische Automatisierungskonzepte und Planungsverfahren ein. Dementsprechend sollten leistungsfähige rechnergestützte Werkzeuge für die Montage individuelles, erfolgreiches, betriebs- und expertenspezifisches Vorgehen unterstützen. Kommerzielle Planungswerkzeuge, wie CAD-Systeme oder Datenbanken mit einem Entwicklungsaufwand von hunderten Mannjahren, können nur durch eine große Anzahl von Installationen wirtschaftlich genutzt werden. Eine Anpassung dieser kommerziell verfügbaren Werkzeuge an individuelle Planungsabläufe wird aber in der Regel nur unzureichend unterstützt. Programmiermethoden der Künstlichen Intelligenz erweitern die Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Entwicklung und Anpassung spezifischer Planungswerkzeuge bzw. Verfahrensketten und erhöhen damit die Flexibilität automatisierter Montagesysteme. Die Berücksichtigung individueller Randbedingungen und Vorgehensweisen reduziert die Komplexität der erforderlichen Regelkreise und begünstigt eine weitergehende Automatisierung der Planungsprozesse. Problemspezifische Verfahrensketten und Planungswerkzeuge hängen u.a. vom Aufgabenbereich, betriebs- und personenspezifischen Erfahrungen ab und sind auf konkrete Handhabungs- und Montagezellen ausgerichtet. Diese Randbedingungen sind bei der Entwicklung zu beachten, weshalb sich problemspezifische Verfahrensketten nicht ohne Anpassungen auf andere Bereiche und Montagesysteme übertragen lassen. Eine wissensbasierte Arbeitsumgebung für die Montageplanung unterstützt die Planungsexperten bei dieser Aufgabe. Da die Bedienung und Anpassung von Verfahrensketten und dialogorientierten Planungswerkzeugen mit einer Programmentwicklung vergleichbar ist, wird ein wissensbasiertes Software-Entwicklungswerkzeug als Grundlage einer Arbeitsumgebung für die Montageplanung vorgeschlagen. Zur systematischen Entwicklung problemspezifischer Verfahrensketten wird ein Phasenmodell erarbeitet. Auf der Basis der Programmierumgebung KEE wird im zweiten Teil der Arbeit exemplarisch eine problemspezifische Verfahrenskette, mit Schwerpunkt Greiferplanung realisiert. Die Greiferplanung wird dazu in ein Umfeld zur rechnergestützten Montageplanung integriert. Für die definierten Planungsphasen werden Werkzeuge prototypisch realisiert. Auf der Basis einer greif technischen Analyse des CAD gestützten Produktmodells wird die Strukturplanung durchgeführt. Den auszuführenden Montagetätigkeiten werden Zellen zugeordnet. Dabei werden Vorrangbeziehungen, Planzeiten, zellen- und systembezogene Restriktionen sowie individuelles Problemlösungswissen berücksichtigt. Anschließend wird für eine Zelle ein konkretes Greiferkonzept, bestehend aus einem oder mehreren Greifersystemen, ausgewählt. Dabei werden insbesondere Sauggreifersysteme detailliert modelliert. Anhand des CAD-Modells des Handhabungsobjektes werden für ausgewählte Sauggreifersysteme zulässige Positionen der Saugelemente automatisch ermittelt. Die Saugelementpositionen werden bei der Generierung von Roboterprogrammen verarbeitet. Dazu wird für das Stapeln von Flachteilen ein zellenorientiertes Programmiersystem entwickelt. Die mit Hilfe des Programmiersystems generierten Roboterprogramme werden in einem Offline-Programmier- und Simulationssystem abgearbeitet und analysiert. Neben einer visuellen Kollisionskontrolle werden die am Handhabungsobjekt angreifenden Kräfte und Momente protokolliert. Dazu wurde das Simulationssystem CARo um eine exemplarische Dynamik-Komponente erweitert. Anhand der protokollierten Kraft- und Momentverläufe läßt sich feststellen, ob ein sicheres Greifen gewährleistet ist. Für ausgewählte Sauggreiferkonzepte werden dazu entsprechende Kräftemodelle implementiert. Die vorliegende Arbeit zeigt damit Möglichkeiten zur Entwicklung problemspezifischer Verfahrensketten auf. Dabei werden Methoden und Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz und Wissensverarbeitung auf die Montageplanung übertragen. Am Beispiel der Greiferplanung werden Entwicklungs- und Integrationspotentiale wissensbasierter Planungsverfahren aufgezeigt. Eine exemplarisch realisierte Verfahrenskette wird an einer konkreten Roboterzelle erfolgreich erprobt.

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Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
22
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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