Automatisierte Montage des

Ausgangssituation und Motivation

Nach der Anlieferung der Baugruppen durch die Zulieferer werden diese im OEM-Werk zum Komplettfahrzeug zusammengefügt. Anders als beispielsweise Rohbau oder Lackierung ist die Endmontage häufig noch von manueller Arbeit geprägt.

Besonders trifft das für den Einbau des Leitungssatzes in die Karosserie zu. Noch bevor Teppiche oder Sitze montiert werden, legen bis zu sechs Mitarbeiter diese zwischen 25 kg und 50 kg schwere Baugruppe in der Karosserie aus und verlegen und fädeln im Anschluss einzelnen Stränge. Anschließend werden die elektrischen Anschlüsse gefügt und die Befestigungen verbaut.

Die Automatisierung dieser Umfänge ist besonders spannend: anders als etwa Scheiben oder Bremsleitungen, handelt es sich hier um biegeschlaffe Teile mit signifikanter Masse und großen Abmessungen.

Aktuellen Arbeitsschwerpunkte

Im Rahmen des TP 8 wird im ersten Schritt der Prozessabschnitt von der Entnahme der Baugruppe aus dem Bereitstellungsraum neben dem Fahrzeug bis zur Verlegung der bis zu 65 mm dicken Hauptstränge untersucht. In der aktuellen Projektphase konzentrieren sich die Mitwirkenden auf zwei Handlungsfelder:

• Forschung und Evaluierung zur Verlegung der Bündel mittels Roboter

Eine große Herausforderung in der automatisierten Fertigung ist die Handhabung und Orientierung der Leitungssätze von Robotern im Arbeitsraum. Hier sind drei wichtige Punkte zu klären:

Modellierung
In Kooperation mit der Universität Stuttgart wird das Verhalten eines solchen inhomogenen Bündels modelliert. Dabei müssen die Modelle und ihre Parameter das reale Verhalten bei Biegung, Torsion, Wickeln, Zug usw. abbilden. Die Parametrierbarkeit ist von besonderer Wichtigkeit, da sich die Bündel in ihrer Zusammensetzung und Größe fahrzeugspezifisch unterscheiden.

Grob- bzw. Feinlokalisierung von Komponenten und Umgebung
Die Groblokalisierung ist für das Auslegen des Leitungssatzes (dieser wird meist gebündelt in das Fahrzeug bewegt) im Zielarbeitsraum notwendig. Hier erfolgt auch die erste Positionierung entlang der Hauptverlegewege. Die Feinlokalisierung soll für das automatisierte Erreichen der Endlage der einzelnen Stecker an den Anschlusspunkten zum Einsatz kommen. Hierfür müssen geeignete Hardware (Kamera) und zugehörige Softwarekomponenten ausgewählt und in den Montageprozess eingebunden werden. Ziel ist, die verschiedenen Konzeptansätze zu verfolgen und Sie durch bestimmte Bewertungskriterien zu validieren.

Trajektorienplanung
Hier müssen die bei der Montage durch Menschen teilweise intuitiv erfolgenden Bewegungen für den Einsatz von Robotern in Hard- und Software abgebildet werden. Kollisionen mit der Umgebung oder kollaborativ arbeitenden Menschen müssen vermieden werden, Kräfte und Winkel müssen gesteuert und überwacht werden, um die Qualität des Produktes sicherzustellen.

• Praktische Untersuchung verschiedener Konzepte mit Hilfe eines Demonstrators

Um Konzepte und Modelle anschließend praktisch untersuchen zu können, hat das Team einen repräsentativen Teilbereich ausgewählt. Ein in der Fachwelt „Kurzmuster“ genannter Teilumfang wird in seinem Verhalten in realer Umgebung (Fahrzeugkarosserie) untersucht. Besteht ein Ansatz diesen ersten Test, wird dann ein signifikant größeres, zweites Objekt aufgebaut.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Das Team besteht aus Spezialisten aus der kompletten Wertschöpfungskette (Komponentenhersteller, Baugruppen-Systemlieferant, Maschinenhersteller, OEM) und wird verstärkt durch Experten der Universität Stuttgart.

In einer erfolgreichen Mischung aus Online-Konferenzen und Präsenzterminen werden die einzelnen Schritte geplant, Neues kreativ erdacht, gemeinsam detailliert und untersucht. Besonders die Interdependenzen, die zwischen einzelnen Schritten bestehen, können somit schon frühzeitig in die neuen Ansätze und deren Bewertungen einfließen.

Der Ausblick

Nach der ersten Verlegung eines Demonstrators in einer realen Karosserie werden wir zwei Schwerpunkte untersuchen:

• Erweiterung der Dimensionen auf das Gesamtfahrzeug
• Wie können Roboter und Mensch in dieser engen Umgebung vorteilhaft zusammenarbeiten?