Produktion und Logistik mit Zukunft (eBook)

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael SchenkNach dem Studium der Mathematik und Industrietätigkeit 1983 Promotion auf dem Gebiet der Fabrikplanung. 1988 Habilitation. 1989 Hochschuldozent für Produktionsprozesssteuerung am Institut für Betriebsgestaltung, Universität Magdeburg. Seit 1994 Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg und seit 2003 Universitätsprofessor auf dem Lehrstuhl Logistische Systeme an der Universität Magdeburg.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
Autorenverzeichnis 15
Abkürzungen 17
1Einleitung – Herausforderungen für die Produktion mit Zukunft 22
1.1 Demografischer Wandel 23
1.2 Ressourceneffizienz 38
1.3 Digital Engineering and Operation – Neue Methoden des Digital Engineering and Operation 48
1.3.1 Einführung 48
1.3.2 Motivation 49
1.3.3 Einordnung in den Stand der Technik 52
1.3.4 Herausforderungen 53
1.4 Betrachtungsrahmen 62
1.5 Literatur 62
2Arbeitssysteme der Zukunft 70
2.1 Anforderungen an die Arbeitsplätze der Zukunft 70
2.2 Mensch-Roboter-Arbeitsplatz 73
2.2.1 Technologien und technische Voraussetzungen 73
2.2.2 Multisensorsystem zur optischen Arbeitsraumüberwachung 74
2.2.3 Taktilsensorik zur Kollisionserkennung (sichere MRI) 79
2.2.4 Navigationslösungen für mobile Assistenzroboter 82
2.2.5 Intuitive Interaktionswerkzeuge 90
2.2.6 Intelligente Produktion mit flexiblen Roboterwerkzeugen 95
2.2.7 Hochflexible Produktionsverfahren mit Industrierobotern 100
2.2.8 Zwischenfazit: Herausforderungen 104
2.3 Montage-Arbeitsplatz – Visuelle Assistenz und optische Prüfung 105
2.3.1 Neue Technologien für Montageassistenz und Montageprüfung 105
2.3.2 Visuelle Assistenz – Unterstützung für komplexe manuelle Montageaufgaben 106
2.3.3 Modellbasierte optische Montageprüfung 117
2.3.4 Zusammenfassung verwendeter Modelle, Methoden und Werkzeuge 127
2.4 Bedien-Arbeitsplatz 129
2.4.1 Anforderungen 129
2.4.2 Technologische/Technische Voraussetzungen 129
2.4.3 Realisierungsbeispiele 131
2.5 Kommissionier-Arbeitsplatz 140
2.5.1 Definition und wirtschaftliche Bedeutung 140
2.5.2 Der intelligente Kommissionier-Arbeitsplatz 143
2.5.3 Informationstechnische Assistenz 143
2.5.4 Körperliche Assistenz 146
2.5.5 Kognitive Assistenz 147
2.5.6 Ausblick 151
2.6 Arbeitsplatz zur medizinischen Behandlung 151
2.6.1 Herausforderungen bei minimal-invasiven Therapieverfahren 151
2.6.2 Planungsund Testumgebung für minimal-invasive Operationsverfahren 155
2.6.3 Zusammenfassung und Ausblick 167
2.7 Literatur 168
3Produktionssysteme 171
3.1 Optische Technologien für die Messund Prüftechnik – Qualitätskontrolle – Inlinefähiges Messen und Prüfen 171
3.1.1 Allgemeine Rahmenbedingungen und Herausforderungen 171
3.1.2 Neue Technologien für Inlinefähiges Messen und Prüfen 172
3.1.3 Realisierungsbeispiel: Geometrische Qualitätsprüfung von Aluminiumrädern 177
3.1.4 Zusammenfassung und Ausblick 190
3.2 Effiziente Energiewandlung und -verteilung 192
3.2.1 Grundlagen zum Energieeinsatz in Produktionsprozessen 192
3.2.2 Energiewandlungsprozesse 195
3.2.3 Geschlossene Energiekreisläufe 217
3.2.4 Effiziente Energieverteilung 222
3.3 Energieeffiziente Produktion 227
3.3.1 Herausforderungen der Energieeffizienten Produktion 227
3.3.2 Ansätze des Digital Engineering and Operation zur Steigerung der Energieeffizienz produzierender Unternehmen 232
3.4 Smart Farming-Systeme 244
3.4.1 Smart Farming 244
3.4.2 Entwicklung, Aufbau, Anlauf und Betrieb von Smart Farming-Systemen 252
3.4.3 Zusammenfassung und Ausblick 258
3.5 Literatur 260
4Logistiksysteme 264
4.1 Einleitung 264
4.2 Der Intelligente Logistikraum 266
4.3 AutoID-Einsatz in Logistikund Produktionssystemen 270
4.3.1 Funkbasierte Systeme 271
4.3.2 Bildbasierte Systeme 282
4.4 Einsatz von Ortungstechnologien in Logistik-und Produktionssystemen 282
4.4.1 Funkbasierte Systeme 284
4.4.2 Bildbasierte Systeme 286
4.5 Einsatz der Zustandsüberwachung in Logistik-und Produktionssystemen 289
4.5.1 Optische Verfahren der Zustandsüberwachung mittels Tiefenbildsensorik 290
4.5.2 Intelligente Ladungsträger 292
4.6 Funktionen des Digital Engineering and Operation – Datenanalyse und -auswertung 292
4.7 Funktionen des Digital Engineering and Operation – Planung der Sensorverteilung 294
4.7.1 Planung der Sensorverteilung für digitale Kamerasysteme 296
4.7.2 Anwendungsbeispiel – Sensorplanung und virtuelle Inbetriebnahme in der Praxis 297
4.8 Fazit – Herausforderungen für die Intelligenten Standardisierten Logistikräume 299
4.9 Literatur 300
5Digital Engineering and Operation 301
5.1 Produktentwicklung – Beispiele des Virtual Engineering am Fraunhofer IFF 301
5.1.1 Möglichkeiten und Grenzen heutiger Produktentwicklungssysteme 301
5.1.2 Anforderungen an ein System zur durchgehenden Produktentwicklung in der Mechatronik 306
5.1.3 VEMOS – ein System zum durchgängigen modellbasierten Entwurf mechatronischer Systeme 308
5.1.4 Automatische Generierung von Mehrkörpersystem-Modellen aus CAD-Daten 312
5.1.5 Automatisierte Erstellung domänenübergreifender Modelle und echtzeitfähige Kopplung von Simulation, Visualisierung und rea 316
5.1.6 VINCENT – Ein Werkzeug zur virtuellen Entwicklung von Steuerungsprogrammen für Sondermaschinen 323
5.1.7 VITES – SPS-Programmierung durch virtuelles Teachen 329
5.1.8 Viro-Con – Ein virtueller Konfigurator für modulare Robotersysteme 334
5.1.9 Automatische NC-Programmgenerierung am Beispiel des Elektronenstrahlschweißens 339
5.1.10 Verteilte Echtzeitsimulation mechatronischer Fahrzeugmodelle 341
5.1.11 Virtuelles Prüffeld für die Entwicklung elektrischer Großmaschinen 345
5.1.12 Multiphysikalische Simulation mechatronischer Produkte am Beispiel eines Herzunterstützungssystems 348
5.2 Technologiebasierte Qualifizierung – Weiterbildung und Wissenstransfer der Zukunft mit neuen Methoden des Digital Engineerin 355
5.2.1 Einführung 355
5.2.2 Herausforderungen 356
5.2.3 Technologiebasierte Qualifizierung 360
5.2.4 Technologiebasierte Qualifizierung am Beispiel des Bedienarbeitsplatzes 369
5.2.5 Die Nutzung von VRund AR-Technologien 379
5.2.6 Zusammenfassung und Ausblick 379
5.3 Morphologie des Digital Engineering and Operation 382
5.3.1 Einführung 382
5.3.2 Anwendungsbereiche 382
5.3.3 Datenquellen 383
5.3.4 Modellbildung 385
5.3.5 Assistenz in der Betriebsphase 387
5.3.6 Zusammenfassung 389
5.4 Literatur 390
Index 394