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Session 11: Projektvorstellung
Transferprojekt itsowl-TT-MechOT
18. August 2015, Gütersloh
© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 17.08.2015 2
Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Agenda
Abschlusspräsentation
itsowl-TT-MechOT
Resümee und Ausblick
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Einführung Kaimann GmbH
Inhabergeführtes Familienunternehmen
Hauptsitz in Hövelhof
Jahresumsatz: 80 Mio. €
Mitarbeiter: ca. 285
Produkte:
Elastomer- und Polyethylen Dämmstoffe
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Einführung Standort Paderborn – Expertise für intelligente Mechatronik
Fraunhofer-Projektgruppe
Entwurfstechnik Mechatronik
Projektgruppe des Fraunhofer-Instituts für
Produktionstechnologie IPT, Aachen
Start am 1. März 2011
Derzeit 67 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Heinz Nixdorf Institut
Forschungszentrum der Universität Paderborn
1987 gegründet
Derzeit ca. 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
sowie 9 Professuren
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Zielsetzung
Ergebnisse
Agenda
Abschlusspräsentation
itsowl-TT-MechOT
Resümee und Ausblick
Zielsetzung Zielsetzung
Einführung
© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 17.08.2015 6
Mechatronische Optimierung einer Tangentialmaschine Ausgangssituation und Zielsetzung
Die derzeitigen Anlagen sind über Jahre durch Zukauf und
Anpassung durch hauseigenen Betriebsmittelbau entstanden
Das Wissen über die komplexen Produktionsstraßen liegt zum
Teil nur implizit vor
Steigende Komplexität durch zunehmende Integration
verschiedener fachdisziplinspezifischer Lösungen
Ausgangssituation
Optimierungspotential in Form von Konzepten aufzeigen
Kompetenzaufbau Systems Engineering
Zielsetzung
Dämmmaterial
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Phasen Tätigkeiten
1
Systemspezifikation ●Prozessmodell ●Umfeldmodell ●Wirkstruktur
Identifikation von
Optimierungspotential
Konzeptentwicklung
Optimierungspotential
●Detaillierung Wirkstruktur ●Ursache und Wirkzusammenhänge
analysieren ●Automatisierungs- und
Durchlaufzeitoptimierungspotentiale identifizieren
●Entwicklung von alternativen Lösungskonzept(en)
●Modularisierung und Schnittstellendefinition
●Bewertung von Lösungskonzepten 3
2
Bewertete
Lösungskonzepte
Dokumentation und
Präsentation
4 Dokumentation und
Präsentation
●Ergebnisse dokumentieren ●Ergebnisse präsentieren
Resultate
Mechatronische Optimierung einer Tangentialmaschine Vorgehensweise
Mechatronische
Systembeschreibung
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
itsowl-TT-MechOT
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Mechatronische Systembeschreibung 1/2
1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
Tangential-
maschine
UmweltHallen-
beleuchtung
El. Energie-
versorgung
pneumatische
Versorgung
Boden
einrichten / justieren
Bedienpersonal
Maschinen-
einrichter
Instandsetzung
Logistik
pn. Energie
(min. 6 bar)
Gewichtskraft (FG)
el. Energie
400 V Drehstrom
5 Polig
25 A Absicherung
Kartons mit konfektioniertem
El-schlauch
Kartons mit
El-Schlauch
Licht
Temperatur, Wind,
Lautstärke (Störung Bedienerkommunikation)
Luftfeuchtigkeit, Staub
Legende
Umfeldelement
Systemelement
Informationsbeziehung
StoffbeziehungEnergiebeziehung
Wartung /
Reparatur
Ers
atz
teile
/
de
fekte
Te
ileLü
cke
,
Ma
teria
len
de
An/Aus, Geschw. Band
Karton El. Schlauch konfektioniert
Formatsatz
Prozessfehler (akustisch, optisch)
Produktionsdaten
(Drucker)
An
ge
fan
ge
ne
od
er
lee
re R
olle
n
SK
/ Ove
rlap
X1
SK
, Ove
rlap
-
Ro
llen
X1
Dru
cke
rfarb
e,
Ma
ke
-up
Ka
rton
s m
it El-S
ch
lau
ch
Produktions-
planung
(TM)
Produktart,
Menge,
Zeitpunkt der
Anlieferung
Zu produzierende Produktart,
Reihenfolge der Fertigung,
Menge zu fertigender El-Schläuche,
Zeitpunkt der Fertigung
Übergabeplatz
(Kartons mit El.-
Schlauch)
Kartons mit
El-Schlauch
Prozessmodell
Umfeldmodell
Aufnahme des Produktionsprozesses der TM
Definierte Systemgrenze und Umfeldelemente mit
Wechselwirkungen zur TM
Umfeld- und Prozessmodell
TM: Tangentialmaschine
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Mechatronische Systembeschreibung 2/2
pneumatische
Versorgung
El. Energie-
versorgungHallen-
beleuchtungUmwelt
Weitere Bediener
Seitenführungsrollen
(Statische Kante
SK1)
Synchrone
Auftragsrolle
Overlap
(Motorisch)
Andruckrolle
SK1
(hinten)
Seitenführung
(Statische Kante
SK1)
Keramikschneidmesser
(SK + Overlap)
Druckkopf
El-Schlauch
Transportband 1Drehgeber
Druckeinheit
KreismesserAndrückrolle
Overlap
Abrolltisch
Overlap
Abrollvorrichtung
SK
Auftragsrolle
SK1
(vorne)
Schuh [klein/groß]
(dyn. Kante SK2)
Auftragrolle
Steuerpult
HMI vor Ort
Verfahreinheit
(dyn. Kante SK2)
Sensor
Bahnkantenerkennung
(Laser)
Dorn
(Zentrieren
aufklappen)
Messer s
tum
pf/
vers
chm
utz
t
Halte
-&F
ühru
ngs-
Kra
ft
Kera
mik
schneid
-
messer
(SK
+ O
verla
p)
Schneid
kra
ft radia
l
(händis
ch)
Lücke
Materialende
Positionierkraft 2
El-S
chla
uch
konfe
ktio
nie
rt
Pro
zessfe
hle
r
Spreizkraft
Gleitkraft
Andrückkraft SK1 (hinten)
Andrü
ckkra
ft Sta
tische K
ante
SK
1
Sehen /H
öre
n
El-Schlauch ausgerichtet
Druckerfarbe
Produktionsdaten
(Drucker)
Druckerfarbe, Make up
Produktionsdaten (Drucker)
Geschwindigkeit
Transportband 1
Drehzahl
Transportband 1
Haftreibkraft
Schneid
kra
ft tangentia
l
Andrü
ckkra
ft
Overla
p
Andrü
ckkra
ft Sync.
Auftra
gsro
lle
(möglic
hst m
inim
al)
Zugkra
ft
Overla
p
Overlap mit
versetztem
Trägerpapier
Rolle
Overla
p
SK1
SK2
Rolle SK1/SK2 leer
Position SK1
Andru
ckkra
ft (hoch
, nie
drig
, ok) Formatsatz
· G
eschw
indig
keit
Maschin
e(S
tufe
n)
· S
tart/S
top
Maschin
e
Position/Höhe
Abstand Maschinenlaufrichtung rechts
(Abstand zur Führung)
Bahnkantenerkennung
Andruckkraft Schlauch
SK2
SK1
Andrückkraft SK1 (vorne)
Zugkraft
(abrollen)
Overlap mit
versetztem
Trägerpapier
[WI_
1] 6
.3
[WE
_1] 4
. Moto
r Overla
p A
ndrü
ckro
lle
Messer v
ers
chm
utz
t/stu
mpf
[WE_1] 2.
Motor Kreismesser
(Drehzahl konst.)
[WE
_1] 1
. Moto
r Tra
nsportb
and 1
Rolle Overlap
leer
Mech. Verbindung
Andrückkraft Seitenführung (statische Kante SK1)
B2 Schneider
[WI_1] 1.\2.\3.\6.1
[WE_1] 9.
[WI_1] 7. Referenzpunkterkennung
[WI_1] 6.2.2 Spindellage2
bla
ue L
am
pe =
alle
Akto
ren e
in
Stö
rungsfre
ier B
etrie
b
El. Energievers. Extern Spannungsvers. Drucker + Drehgeber Druckeinheit
Spannungs-
vers
org
ung
Übertragungskraft
incl. Magnetventil
Pneumatik-
zylinder
vertikal
incl. Magnetventil
Pneumatik-
zylinder
horizontal
Abschieber Horizontal-
führung
El-Schlauch
konfektioniert
Endanschlag
El-S
chla
uch k
onfe
ktio
nie
rt
Transport-
Band 2
Transport-
Band 2
Haftre
ibung
Steuersignale für pneumatischen Zylinder
Abschiebe-
kraft
Kraft
Schiefe
Ebene
Gewichtskraft
Endlageerkennung
Pneumatikzylinder
vertikal (oben/unten)
Endlageerkennung
Pneumatikzylinder
horizontal (rechts/limks)
Lichttaster
(Schlauch in
Abschiebeposition)
T-N
ut
Endla
ge K
olb
en li./re
.
Endla
ge K
olb
en o
./u.
Endlageerkennung
Schla
uch v
orh
anden
El-Schlauch konfektioniert
Spannnungsvers
.
Moto
r Tra
nsportb
and 2
pn. E
nerg
ie
FU Motore/
Leistungsteil
WE-1
Motor Transp.2
FU
Motore/Steuerung
Regelung
Moto
rstro
m
Solls
trom
el. Energie
Steuerung
Laser
[WI_1] 4.
[WI_
1] 1
.7
S7 CPU
DI/DOSI
Relais
HMI S
Anla
ge i.O
.
Status
([WE_1 1.3]) PositionKorrektur für Stellantrieb Kraftfahr. Sk2
Not H
alt
blaue Lampe
[WI_
1] 1
.\2.\3
.\6.1
Status
Ist D
rehz.
Soll D
rehzahl
Ste
ueru
ngssig
nale
für P
neum
. Zylin
der
oben/u
nte
n/lin
ks/re
chts
Endla
generk
ennung
oben/u
nte
n/lin
ks/re
chts
Ein
gaben
Stö
rung/K
larte
xt
Tacker B3
Sammel-
Box
Blech-
schieber
Blech-
schieber
Tacker Klammern
pn
. Energ
ie
Bedienkraft
INF
O:
kein
e S
töru
ng
Karto
n L
eer
Halte
Kraft
Schiebe Kraft
Maschine Stopp
Klammern
Karton
El-Schlauch konf.
AVPE
Karton
El-Schlauch
konfektioniert
Halte Kraft
Karton
Neue
Etiketten
Karto
n
Rollenbahn
Karton-
Transporteur
Bediener 1
„Maschinenführer“
Kartons
Karton leer (optisch)
El-Schlauch
Karton leer
Instandsetzung
Wartung /
Reparatur
Ersatzteile /
defekte Teile
BodenGewichtskraft (FG)
Prozessfehler
(Meldung)
pn. Energie
(min. 6 bar)
el. Energie
400 V Drehstrom
5 Polig
25 A AbsicherungLicht
Temperatur, Wind
Luftfeuchtigkeit, Staub
Lautstärke (Störung Bedienerkommunikation)
Logistik
Karto
ns m
it konfe
ktio
nie
rtem
El-s
chla
uch
Karto
ns m
it
El-S
chla
uch
Produktions-
planung
(TM)
Produktart,
Menge,
Zeitpunkt der
Anlieferung
Zu produzierende Produktart,
Reihenfolge der Fertigung,
Menge zu fertigender El-Schläuche,
Zeitpunkt der Fertigung
Übergabeplatz
(Kartons mit El.-
Schlauch)
Kartons mit
El-Schlauch
Maschinen-
Einrichter (Me)
Palettierer
Palettenanlieferer
Paletten-
stellplatz
an der TM
Kartons mit
El-Schlauch
Rollenbahn-
bestücker
Kartons mit
El-Schlauch
· G
eschw
indig
keit M
aschin
e
(Stu
fe)
· S
tart/S
top M
aschin
e
Rollen SK
[WE
_1] 8
. Spannungsvers
org
ung 2
Maschinenabschnitt 1
Maschinenabschnitt 2(Ausschläusung)
Maschinenabschnitt 3(Verpacken)
Schaltschrank(HMI + Steuerung + FU)
Tangentialmaschine
Karto
ns m
it El-S
chla
uch
1
2
3
4567
Neue Etiketten
Wo kommen die neuen Etiketten her?
Werden sie durch Logistik angeliefert?
Werden sie in der TM gedruckt?
=> falls ja
Drucker=Systemelement in der TM?
Oder ist Drucker Umfeldmodell der TM?
Karton El-Schlauch konfektioniert
Karto
n
Karto
n L
eer
INF
O:
kein
e S
töru
ng
INF
O:
kein
e S
töru
ng
A
A
B
B
Alle
Akto
ren e
in
und b
etrie
bsbere
it
[WE_1] 1.
[WE_1] 3.
[WE_1] 9.
[WE_1] 2.
[WE_1] 7.
[WI_
1] 6
.2.2
Spin
della
ge
2
[WI_
1] 6
.3
Prozessfehler
Prozessfehler
Pro
zessfe
hle
r
[WE_1] 4.
?
Beschreibung sämtlicher Systemelemente und Wirkzusammenhänge der TM in der Wirkstruktur
Basis zur Identifikation von Optimierungspotentialen im Rahmen von Workshops
Umfeld- und Prozessmodell
Wirkstruktur
1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
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Optimierungspotential der TM
Thermischer Schrumpf an
Schläuchen kann minimiert werden
Neues Verpackungskonzept
Stückzahl kann erhöht werden
Durchlaufzeit kann gesenkt werden
…
Einbindung der Tangentialmaschine in
eine Linienproduktion
Endlosschlauch anstatt
Einzelschläuche
Handhabung bei der Ein- und
Ausschleusung in die Maschine
Systematische Lösungssuche innerhalb des
Prozessschritts „Sk + Overlap aufbringen“
1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
Optimierungspotential
Auswirkungen auf den Prozess
Lösungsansätze
© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 17.08.2015 12
Anwendungsszenarien der Linien-TM 1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
Anlernen von Bedienpersonal
Rüsten und in Betrieb nehmen
Klebeband und Overlap wechseln
Demontage und Recycling
Definition von
11 Anwendungsszenarien, u.a.:
Anforderungsliste
© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 17.08.2015 13
Prinziplösungen im morphologischen Kasten 1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
Lösungsvariante 1 mit Pfad durch
den morphologischen Kasten
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SWOT-Analyse
Stärken Schwächen
Umrüstzeiten durch Austausch des Dorns
Vorrichtung muss zur Erfassung des
Tangentialschnittes inline angebunden sein
Häufige Reinigung der Schneiden durch
anhaftenden Klebstoff notwendig
Einfacher Transport und Sicherung der
Position des Schlauchs
Keine erneute Erfassung des
Tangentialschnittes erforderlich
Es können Schläuche unterschiedlichen
verarbeitet werden
Günstigste Alternative
Chancen Risiken
Produktionsschwierigkeiten bei
Veränderung des Produktionsprogramms –
Beschränkung durch Dorn
Investitionsrisiko
Kühlprozess funktioniert nicht, dadurch
kann die Maschine nicht in der Linie
verwendet werden
Schnellere Reaktionsmöglichkeit auf
Bestellungen
Mehr Kapazitäten durch vollständige
Automatisierung des Vorgangs in der Linie
SWOT-Analyse für eine
von 3 Lösungsvarianten
1
3
2
4
AP1
AP2
AP3
AP4
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
itsowl-TT-MechOT
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Resümee und Ausblick
Bild des Systems
Mechatronische Systembeschreibung der
Tangentialmaschine
Optimierungspotential in Form von Konzepten
systematisch aufgezeigt
3 Lösungsvarianten abgeleitet und bewertet
Resümee
Nutzung der systematischen
Entwicklungsmethodik für weitere Produkte
Sensibilisierung für Systems Engineering
Kompetenzaufbau im Bereich Systems
Engineering
Erarbeitete Lösungsmöglichkeiten als Basis für
interne Folgeaktivitäten
Ausblick
Thermische Isolierung für
Rohrleitungen
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