Konzeption einer Fertigungsanlage für Sandwiches

Anhand des Beispiels der Sandwichproduktion werden in kurzer Form alle notwendigen Arbeitsschritte umgesetzt, um ein Fertigungskonzept zu entwickeln. Bitte beachten Sie, dass dies nur eine kurze Übersicht darstellt und die einzelnen Schritte in der Realität deutlich ausführlicher beleuchtet werden müssen.

Teil 1: Anforderungen

Grundinformationen und Anforderungen

Als Produkt wird ein handelsübliches Sandwich gewählt, welches abgepackt in Supermärkten gekauft werden kann. Anhand der Variation der Beläge wird eine Variantenvielfalt erzeugt.

Das Sandwich soll im vorliegenden Fall mit 4 verschiedenen Zutaten in allen Kombinationen belegt werden können. Dem Fertigungsprozess werden die Brotscheiben, die geschnittenen Tomaten, die Sauce, der Käse und der Schinken zugeführt. Die Fertigungsanlage soll die Brotscheiben belegen, zuschneiden und am Ende verpacken. Die fertigen Sandwiches sollen mittels einer visuellen Kontrolle überprüft werden.

Einen Beispielprozess zur Sandwichproduktion finden Sie hier:

Todo

Nennen Sie die Arbeitsschritte, die für die Sandwichproduktion erforderlich sind

Hint

Ein grober Arbeitsablauf mit 5-10 Schritten ist ausreichend. Sie können eine andere Art der Visualisierung nutzen und müssen nicht das vorgegebene Layout weiterführen.

Erstellen Sie eine grundlegende Anforderungsliste für die Produktion

Während der Planungsphase lassen sich Anpassungen bzw. Änderungen noch kostengünstig durchführen, Änderungen nach Fertigstellung der Anlage werden teuer.

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Nehmen Sie geeignete Daten für die Anforderungsliste an.

Flächen-/Raumbedarf
Einsatzdauer und Taktzeiten
Kostenrahmen
Flexibilität
Wunsch nach bestimmten Komponenten
Zeitpunkt der gewünschten Einsatzbereitschaft
Einbindung in vorhandene Anlagen/Systeme
Ziele der Anlage: Produktivität, Qualität
Funktionen/Aufgaben
Automatisierungsgrad

Voraussetzungen für eine erfolgreiche Automatisierung

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Beantworten Sie die folgenden Fragen: a) Ist das Produkt automatisierungsgerecht? b) Ist der Herstellungsprozess automatisierungsgerecht?

Beachten Sie nachfolgend auch den wirtschaftlichen Automatisierungsgrad. Anzustreben bzw. zu beachten ist also Folgendes:

• nur das automatisieren, was sinnvoll ist, und nicht das, was technisch möglich ist (Nutzen/ Kosten),

• ein vernünftiges Verhältnis von menschlicher Arbeit und Maschinenarbeit,

• kleine, überschaubare Einheiten bilden,

• mit zunehmender Komplexität der technischen Strukturen wächst der Aufwand stärker als die Systemwirksamkeit.

Gliederung des Gesamtsystems in Subsysteme

Die Gliederung eines Gesamtsystems in Teil-/Subsysteme führt zu einer besseren Übersicht über die Funktionen und Zusammenhänge in der Anlage und damit zu besseren und schnelleren Lösungen.

Komponenten	Beispiele
Materialflusssysteme	schienengebundene Transportwagen, Palettenumlaufsysteme, Transportbänder
Handhabungssysteme	Einlegegeräte, Roboter
Rüst-und Spannsysteme	automatische Spannvorrichtungen, Spannpaletten, Palettenwechsler
Fertigungssysteme	CNC-Bearbeitungszentren, automatische Montagestationen, Reinigungsstationen
Werkzeugsysteme	Werkzeugspeicher, Werkzeugwechsler, Einstellung und Codierung, Werkzeugüberwachung, Werkzeugdatenbereitstellung
Steuer- und Regelungssysteme	numerische/speicherprogammierbare Steuerungen, Regeleinrichtungen, PCs
Informations- und Kommunikationssysteme	Rechner, Netzwerke, Bussysteme
Leitsysteme	Leitrechner, Netzwerke, PPS-Programme
Systeme zur Maschinendaten- und Betriebsdatenerfassung (MDE, BDE)	Sensoren, Codiersysteme
Qualitätssicherungssysteme	BDE, MDE plus entsprechende Programme
Versorgungs- und Entsorgungssysteme	Spänebeseitigung, Abfallentsorgung, Recycling

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Nutzen Sie die folgende Tabelle, um Ihr Gesamtsystem zu organisieren. Beispiele sind bereits in der Tabelle gelistet, diese können Sie an Ihren Prozess anpassen.

Man brauch jemanden, der (Funktion)…	Teilsystem	Analoge Komponente eines flexiblen Fertigungssystems
das Brot heranschafft.	Zuführeinheit	Versorgungs- und Entsorgungssysteme
das Brot transportiert.	Transporteinheit
das „Sagen“ hat, also einen Chef.	Prozessleitsystem oder Werker über Panel	Leitsystem
das Weitergeben von Information ermöglicht.	Automatisierungseinrichtung mit Bus-System sowie Sensoren und Aktoren	Steuer- und Regelungssystem, Informations- und Kommunikationssystem, Systeme zur Datenerfassung
Etc.

Definition von Arbeitsstationen

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Skizzieren Sie die Grobstruktur der Fertigungsanlage für Sandwiches. Beachten Sie hierbei, dass nicht für jede Funktion eine Arbeitsstation bereitgestellt werden muss. Zudem sollen die Stationen gleichmäßig ausgelastet sein, um Engpässe zu verhindern. Besonders teure Komponenten (z. B. Roboter) sollen gut ausgelastet sein.

Beispiel zum Vergleich: Grobstruktur einer Fertigungsanlage für Schlüssel

Hint

Eine Skizze inkl. Automatisierungseinrichtungen ist ausreichend.

Teil 2: Steuerung für die Fertigungsanlage für Sandwichbrote

Die Sandwichscheiben sollen in einer Vorfertigung hergestellt werden. Hierbei werden folgende Schritte umgesetzt:

• Zuführung Zutaten (Mehl, Wasser, etc.)

• Mischen/ Kneten der Zutaten

• Portionieren

• Gären

• Backen

• Separieren

• Schneiden

Anforderungen an Steuerungssysteme

(siehe Vorlesung „Organisation von Steuerungskomponenten“)

Todo

Nennen Sie die Anforderungen an die Steuerungstechnik für den Fertigungsbereich „Mischen“.

Todo

Nennen Sie die Anforderungen an die Steuerungstechnik für den Fertigungsbereich „Backen“.

Todo

Nennen Sie die Anforderungen an die Steuerungstechnik für den Fertigungsbereich „Schneiden“.

Steuerungssysteme und -arten

Todo

Welches Steuerungsmittel (mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch) würden Sie für eine Pick-&-Place Anwendung von Brotscheiben wählen?Begründen Sie Ihre Antwort.

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Welches Steuerungsmittel (mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch) würden Sie für die Backofensteuerung wählen, wenn es eine hohe Variantenvielfalt an Brotsorten gibt? Begründen Sie Ihre Antwort.

Teil 3: Sensorik und Aktoren für die Fertigungsanlage für Sandwichbrote

Sensorik

(siehe Kapitel „Organisation von Steuerungskomponenten“)

Todo

Wählen Sie einen geeigneten Sensor zum Wiegen der Grundzutaten Mehl und Wasser aus.

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Füllen Sie die folgende Tabelle aus. Für die Begründungen sind 1-2 Sätze ausreichend.

Digital oder Analog (inkl. Begründung)
Funktionsprinzip (inkl. Begründung)
Sensorparameter: Nennen Sie drei Auswahlkriterien für den Anwendungsfall (siehe Folie „Sensoren – Zusammenfassung“)
Auswahl eines realen Sensors: Fügen Sie den Namen und die Internetseite ein
Eigenschaften des realen Sensors: Listen Sie die wichtigsten (5-10) Eigenschaften aus dem Datenblatt aus und markieren Sie die zuvor genannten Auswahlkriterien
Einbau: Beschreiben Sie in 2-3 Sätzen einen möglichen Einbauort in die Produktionslinie

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Wählen Sie einen geeigneten Sensor zum Zählen der fertiggebackenen Brote für eine automatisierte Fertigungslinie aus.

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Füllen Sie die folgende Tabelle aus. Für die Begründungen sind 1-2 Sätze ausreichend.

Digital oder Analog (inkl. Begründung)
Funktionsprinzip (inkl. Begründung)
Sensorparameter: Nennen Sie drei Auswahlkriterien für den Anwendungsfall (siehe Folie „Sensoren – Zusammenfassung“)
Auswahl eines realen Sensors: Fügen Sie den Namen und die Internetseite ein
Eigenschaften des realen Sensors: Listen Sie die wichtigsten (5-10) Eigenschaften aus dem Datenblatt aus und markieren Sie die zuvor genannten Auswahlkriterien
Einbau: Beschreiben Sie in 2-3 Sätzen einen möglichen Einbauort in die Produktionslinie

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Wählen Sie einen geeigneten Sensor zur Überwachung der Temperatur im Backautomaten aus.

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Füllen Sie die folgende Tabelle aus. Für die Begründungen sind 1-2 Sätze ausreichend.

Digital oder Analog (inkl. Begründung)
Funktionsprinzip (inkl. Begründung)
Sensorparameter: Nennen Sie drei Auswahlkriterien für den Anwendungsfall (siehe Folie „Sensoren – Zusammenfassung“)
Auswahl eines realen Sensors: Fügen Sie den Namen und die Internetseite ein
Eigenschaften des realen Sensors: Listen Sie die wichtigsten (5-10) Eigenschaften aus dem Datenblatt aus und markieren Sie die zuvor genannten Auswahlkriterien
Einbau: Beschreiben Sie in 2-3 Sätzen einen möglichen Einbauort in die Produktionslinie

Aktorik zum Transport einzelner Brote vom Förderband auf eine Rutsche

Die fertigen Brote liegen nach dem Backvorgang auf einem Förderband und sollen vom Förderband aus auf verschiedene Rutschen verteilt werden.

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Nennen Sie drei Möglichkeiten zur Realisierung des Sortiervorgangs und beschreiben Sie die Möglichkeiten in 2-3 Sätze.

Todo

Bewerten Sie die Möglichkeiten in Bezug auf Komplexität, erwartete Kosten und Flexibilität in Hinblick auf unterschiedliche Brotdimensionen.

Todo

Wählen Sie eine Möglichkeit aus und nennen Sie die dafür benötigten Aktoren.