Fabrik- und Arbeitsorganisation

Arbeitsbereich

Der Forschungsschwerpunkt der Fabrik- und Arbeitsorganisation umfasst alle Planungs- und Gestaltungsprozesse in der Makro- und Mikroebene von produzierenden Strukturen.

In der Makroebene fokussieren wir uns auf die ganzheitliche Fabrikplanung. Hierbei entwickeln wir Lösungen, die strategisch, aber auch operativ eingesetzt werden können und so das Leistungsvermögen unserer Kunden erhöhen. Hierbei setzen wir auf neuste Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik, wie der Materialflusssimulation, der 3D-Layoutplanung oder aber digitaler Robotersimulationen und entwickeln diese stetig weiter.

In der Mikroebene betrachten wir den einzelnen Arbeitsplatz bzw. Arbeitsprozess und erforschen den Einfluss der Arbeit auf den Menschen und welche technischen Assistenzsystem für ergonomisches und schonendes Arbeiten notwendig sind. Durch den Einsatz von Ergonomiesimulationen und intelligenten Arbeitsplatzsystemen können Fertigungsprozesse effizient und ergonomisch gestaltet werden. Außerdem werden innovative Produktionskonzepte entwickelt, die auf der Mensch-Roboter-Kollaboration basieren.

Projektübersicht Fabrik- und Arbeitsorganisation

Fügetechnik nun teilautomatisiert

Etablierung einer intuitiven, robotergestützten, manuell geführten mechanischen Fügetechnik zur Teilautomatisierung

Neuartige mechanische Fügetechnologien können derzeit im Musterbau und in der Kleinserienfertigung noch nicht optimal zur Kosten- und Zeitreduktion eingesetzt werden. Eine potentielle Lösung zur Teilautomatisierung auch bei kleinen Serien bietet die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Daher ist es das Ziel des IGF-Forschungsvorhabens in Zusammenarbeit mit dem LWF-Paderborn die aktuellen Erkenntnisse aus der MRK im mechanischen Fügen auf schwere Werkzeuge mit hohen Massen und Prozesskräften zu übertragen. Dadurch können kostengünstige Automatisierungslösungen insbesondere für KMU oder andere Unternehmen mit variabler Auftragsstruktur entwickelt werden. Durch die Erweiterung des Systems mittels intelligenter Sensorik und optimierten Fertigungsstrategien kann die Verbindungsqualität zusätzlich verbessert werden.

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Plannungsaufwand verringern

Planungswerkzeug für Ofshore-Windparks zur Erzeugung von H2

Die Nutzung von Offshore-Windenergie ist eine Schlüsseltechnologie für den Wandel von fossilen Energieträgern hin zur klimaneutralen Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen. Allerdings sind die Flächen in küstennahen Gebieten begrenzt und es gibt periodische Schwankungen in der Energieproduktion. Wasserstoff als Energiespeicher und die Anwendung im Offshore-Bereich könnte hierbei eine wirtschaftliche Lösung darstellen. In diesem Forschungsvorhaben wird das gekoppelte System aus Offshore-Windpark sowie Wasserstoffproduktionsanlagen untersucht und ein Planungstool für die Struktur- sowie Kostenplanung entwickelt. Durch die Integration von Einflussgrößen können verschiedene Szenarien analysiert und mit wirtschaftlichen Parametern bewertet werden, wodurch Unternehmen in der Planungsphase dieser Großprojekte unterstützt werden.

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Qualitätssicherung und Transparenz in der Produktion

Cyberphysische Produktionssysteme für komplexe Strukturbauteile

Die Stärkung der Innovationsfähigkeit von klein- und mittelständischen Unternehmen in unserer Region hat für das Fraunhofer IGP eine hohe Priorität. Der Einsatz neuer und Fertigungs- und Logistikkonzepte bietet großes Potenzial, um den wachsenden Ansprüchen dieser Unternehmen gerecht zu werden. Die Fertigung hochkomplexer tiefgezogener Strukturbauteile bedingt durch die hohen Qualitätsanforderungen neue Ansätze zur Überwachung der Prozessschritte. Hierfür wird im Projekt in Kombination von Messtechnik und Automatisierung ein cyberphysisches Produktionssystem umgesetzt. Die ganzheitliche Überführung aller Produktions- und intralogistischen Prozesse in einen digitalen Zwilling ermöglicht die ständige Kontrolle aller Prozesszustände und erhöht langfristig die Qualität und Akzeptanz der Bauteile für den Kunden, durch eine transparente Produktion.

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Simulationsbasierte Optimierung

Simulationsbasierte Optimierung der Logistikprozesse in der Rotorblattfertigung von Windkraftanlagen

Im Bereich der Windenergie beträgt die Länge eines einzelnen Rotorblatts nicht selten mehr als 70 Meter. Aus diesem Grund stellt die Bauteillogistik in der Branche eine besondere Herausforderung dar. Die Nordex Energy GmbH setzt daher auf ein Simulationssystem, mit dem sich diese Logistikprozesse digital nachbilden und szenariobasiert evaluieren lassen. Auf dieser Basis konnte eine Reihe von Maßnahmen gefunden und am digitalen Modell validiert werden, mit denen sich die Logistikprozesse optimieren und der Durchsatz des Systems erhöhen lassen. So konnten investitionsneutrale Maßnahmen wie die Reorganisation des Layouts gleichermaßen wie alternative Transportkonzepte für einen schlankeren Materialfluss entwickelt werden.

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Innovative Lösungen dank Cobots

Mensch-Roboterkollaboration in der mechanischen Fügetechnik

Im Zuge der Digitalisierung und Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit besteht ein hoher Bedarf an flexiblen Automatisierungslösungen, die für repetitive und belastende Handhabungsaufgaben eingesetzt werden. Aufgrund steigender Ansprüche an die Flexibilität bei Losgröße 1 können vollautomatisierte Robotersysteme nicht wirtschaftlich eingesetzt werden. Mensch-Roboter-Kollaborationen (Cobots) ermöglichen hier innovative Lösungen. Durch die intelligente Sensorik entfällt der Bedarf von Sicherheitszäunen. So können adaptive, kompakte und mobile Roboterzellen umgesetzt werden. Die Stärken des Menschen (kognitive, motorische, sensorische Fähigkeiten) werden so mit denen des Cobots (Präzision, hohe Traglasten, hohe Einsatzzeiten) kombiniert, so dass Mitarbeiter entlastet und die Produktivität gesteigert werden.  

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Leistungen

Fabrikplanung und Logistik – Digitale Fabrik

  • Produktivitäts- und Potenzialstudien für Produktionssys­teme
  • Digitale Fabrikgestaltung mittels Materialfluss- und Kinematiksimulation zur Absicherung von Investitionsentscheidungen
  • 3D-Layoutplanung in einer Virtual Reality Umgebung für Neuplanungen und Reorganisationsprojekte
  • Optimierung von Produktions- und Logistiksystemen auf Basis von Lean Production Methoden

Arbeitsorganisation

  • Ergonomiebewertung am Arbeitsplatz (u.a. Ergonomiesimulation)
  • Realisierung innovativer Arbeitssysteme auf Basis der Mensch-Roboter-Kollaboration
  • Entwicklung ergonomischer Arbeitsplatzsysteme sowie intelligenter Handhabungssysteme für das schwerelose Handhaben von Lasten
  • Umsetzung digitaler Mitarbeiter-Assistenzsysteme für Produktion, Logistik und Instandhaltung

Ausstattung

Cobots Arbeitsprozess- und Arbeitsplatzgestaltung Physische Assistenzsysteme Fabrik- und Layoutplanung
  • Fanuc 35CR-iA
  • UR 10e
  • KUKA
  • Virtual-Reality Powerwall mit ART-Trackingsystem
  • Optisches MotionCapture System
  • Inertialsensorbasiertes MotionCapture System Shadow
  • MotionCapture der Hände mittels HTC Vivce
  • Siemens Tecnomatix Process Simulate
  • Siemens Tecnomatix Process Simulate VCS light inkl. Steuerungsmodul KR4 für KUKA Roboter
  • Exoskelett Paexo für die oberen Extremitäten
  • Exoskelett Laevo für die unteren Extremitäten
  • Exoskelett EduExo für den Unterarm
  • Siemens Tecnomatix Plant Simulation
  • visTable
  • 4D-Flächenbelegungstool