Contribution to the improvement of production in an industrial company : aspects of collaborating robotics and industry 4.0-type integration

Abstract

The present work aims at improving the existing production technology in a medium-sized enterprise. The elaboration takes part in a research project between a leading manufacturer of house-front elements and the laboratory for robotics and automation of the HEIG-VD. The goal of this multi-year cooperation is to automate two 5-axis rod machining centers related to industry 4.0 and collaborating robotics. Therefore, different concepts and practical tests have to be elaborated before the crucial components and processes get defined for the intended project start in the middle of the year 2018. Since automation implementations are mostly unique and related to special requirements a description of the occasion is necessary. For this, the company itself needs to get presented and what the problems currently at the production are. Besides that, it has to get set what the purpose of the investigation is, and what is expected from the realization. To have an overview of what already exists, the essential components of such an installation and its theoretical background gets outlined, including robots and internet-based communications techniques. In that case, this is related to the physical elements, which are needed as well as what benefits an automation realization will bring to the company. To overcome the general problem with its variety and complexity it helps to segment it and sketch first possible solutions for the main tasks. Therefore, the necessary characteristics of the idea are outlined which fulfill the requirements. Additionally, by doing so, it is possible to focus on each problem separately and reduce its variety of potential solutions. Next to the theoretical development, it has also its importance to receive a feedback of possible ideas in form of tests, experiments or analyses. This is done to avoid a discrepancy between the presumed and the actual behavior of a conception. The actual feedback in reality accordingly provides the strongest arguments about the usability or the relevance of the ideas.

Diese Arbeit thematisiert die Optimierung der bestehenden Produktionstechnologie in einem metallverarbeitenden, mittelständischen Unternehmen. Die Ausarbeitung ist im Rahmen eines Forschungsprojekts, zwischen einem etablierten Hersteller von Gebäudefassaden und dem Labor für Robotik und Automatisierung der HEIG-VD, durchgeführt worden. Ziel, dieser mehrjährigen Kooperation, ist die Automatisierung zweier 5-Achs-Stabbearbeitungszentren, hinsichtlich der Integration von Industrie 4.0 und kollaborierender Roboter. Die theoretische Auswahl und Einsatzbeschreibung essentieller Komponenten der Automatisierung, ist dafür neben der Durchführung praktischer Prozessanalysen für den geplanten Projektstart, Mitte des Jahres 2018, von hoher Bedeutung. Die Implementierung, einer Automatisierungslösung in eine bestehende Produktion, hängt wie in den meisten Anwendungen, auch in diesem Fall von speziellen Anforderungen und Rahmenbedingungen ab. Dazu wird zu Beginn das Unternehmen selbst vorgestellt und die momentanen Probleme der Produktion, bzw. der Anlass und die Ziele der Umsetzung beschrieben. Um einen Überblick über Systeme zu bekommen, die in der Industrie existieren, werden potentielle Komponenten aufgezeigt und theoretisches Hintergrundwissen erläutert. Dabei geht es in erster Linie um die benötigten physischen Systeme, aber auch um allgemeine Informationen und Richtlinien hinsichtlich Automatisierungsintegration sowie kollaborierende Roboter. Für eine strukturierte und erfolgreiche Abwicklung hilft es das Projekt bezüglich seiner Vielfalt und Komplexität zu segmentieren und mögliche Lösungen, für die Hauptaufgaben, der Installation zu definieren. Es werden die Anforderungen sowie die geplanten Funktionen der Systeme beschrieben. An Hand dieser werden mögliche Konzepte und Produkte vorgestellt und abschließend ausgewählt. Neben der theoretischen Ausarbeitung ist auch ein Feedback, in Form von praktischen Tests, Experimenten oder Analysen, von Bedeutung. Dies geschieht, um eine Diskrepanz zwischen dem angenommenen und dem tatsächlichen Verhalten zu vermeiden. Die Rückmeldung, unter realen Bedingungen, liefert dabei stets die aussagekräftigsten Argumente für die Verwendbarkeit oder Relevanz von theoretischen Konzepten.