Ein modulares Softwaresystem zur Steuerung und Regelung von Demontage- (Montage-) Zellen

Abstract

Abfälle und Rohstoffe sind nicht nur über Produktions- und Konsumationsprozesse miteinander verknüpft, sondern auch über die Umwelt, in der die Rohstoffe gewonnen und die Abfälle entsorgt werden.<br />Diese natürliche Ressource "Umwelt" ist allerdings beschränkt, weshalb der Stoffkreislauf unter möglichst weitgehender Ausklammerung unserer Umwelt geschlossen werden muss. Im Recycling von technischen Gebrauchtgeräten ist die Demontage der erste Schritt eines hochwertigen Behandlungsprozesses. Neben der komplexen Zusammensetzung und der vielen problematischen Inhaltsstoffe der Produkte ist auch die Menge der anfallenden Altgeräte ein Problem, weshalb rationelle Demontagetechniken erforderlich sind.<br />Ziel dieser Arbeit ist, ein Steuerungssystem für modulare, flexible, automatisierte Demontagezellen zu entwickeln.<br />Teil 2 der vorliegenden Arbeit befasst sich mit den Themenbereichen Abfall und Recycling. Nach einer einführenden Begriffsbestimmung werden die rechtlichen und ökologischen Rahmenbedingungen für Elektro- und Elektronik-Altgeräte abgesteckt. Im Anschluss wird der zum Stoffkreislauf parallele Informationskreislauf dargestellt, auf dem die Demontageplanung aufbaut. Zur sinnvollen Festlegung der Demontagetiefe werden auch die Recyclingmöglichkeiten für die einzelnen Materialien analysiert.<br />Teil 3 gibt einen Überblick über die Systemtechnik der Automatisierung.<br />Besonderes Augenmerk wird hierbei auf den Informationsfluss gelegt.<br />Dieser muss nicht nur innerhalb der Demontagezelle für einen reibungslosen Ablauf sorgen, sondern die Anlage in allen Managementebenen des Betriebs integrieren.<br />Teil 4 beschreibt die Realisierung des Steuerungssystems und die Implementierung in mehreren Demontagezellen. Das Konzept dieser Demontagezellen und die Module, aus denen sie aufgebaut sind, werden im Kapitel 8 vorgestellt.<br />Die hierarchische Struktur und die Komponenten des eingesetzten Steuerungssystems werden in Kapitel 9 erläutert. Die Steuerungshardware bestimmt allerdings nur die Möglichkeiten eines Steuerungssystems, nicht aber ihre Fähigkeiten. Gefordert war eine modulare Software, die aus den einzelnen Modulen der Demontagezellen eine flexible Gesamtanlage macht.<br />Das Ergebnis der umfangreichen Entwicklungsarbeit der Leitrechnersoftware wird in Kapitel 10 dargestellt.<br />Die Windows-Anwendung wurde unter Verwendung der Werkzeuge Microsoft Visual C++, Microsoft Foundation Class (MFC) und des Datenbanksystems Microsoft Access erstellt. In das Grundgerüst der MFC-Anwendung wurden Software-Module für jedes steuerbare Teilsystem in Form von C++-Klassen integriert.<br />Die Anwendung dieses Steuerungsprogramms wird exemplarisch anhand zweier unterschiedlicher Demon-tagezellen in Kapitel 11 beschrieben.<br />In der Demontagezelle für Leiterplatten werden die Demontagearbeitsschritte durch die Auswertung eines vom Produkt aufgenommenen Bildes festgelegt. In dieser Anlage werden von beliebigen Platinen elektronische Bauteile abgenommen, die im Teilestamm für die Entstückung eingetragen sind.<br />Ein anderer Lösungsansatz wurde in der Demontagezelle für Mobiltelefone verfolgt. Hier wird der Gerätetyp aus der IMEI-Nummer, der Seriennummer für Handys bestimmt, und die entsprechenden, eingeteachten Demontagearbeitsschritte werden aus der Datenbank gelesen.<br />Anhang A gibt einen Überblick über häufig eingesetzte Gehäuseformen (Packages) elektronischer Bauteile.<br />Anhang B enthält die Schnittstellendefinitionen zur Kommunikation zwischen den Teilen des Steuerungssystems, soweit diese nicht durch die Hardware vorgegeben sind.<br />

Waste and raw materials are not only associated with production and consumption processes, but also with the environment out of which the raw materials are extracted and into which the waste products are disposed. This natural resource "Environment" is indeed limited which is why the material cycle must be completed beyond the common parameters of our environment. The first step in a premium treatment for recycling used technical products is dismantling. An efficient treatment is of utmost importance as the quantities of products to be processed, in addition to the issues of complex product construction and the problematic components of the products all pose challenges to be addressed.<br />The goal of this dissertation is to develop a control system for modular, flexible and automated disassembly cells.<br />Part 2 of the submitted work addresses the issues surrounding waste materials and recycling. After an introductory discussion of the basic concepts, the legal and ecological framework for electrical and electronic used-products is discussed. Subsequently, the information cycle is discussed parallel to the material cycle. This discussion forms the foundation upon which the dismantling plans are based. The recycling options for single materials are analyzed in order to determine the most reasonable level.<br />Part 3 provides a summary of the systems engineering of the process automation. Special attention is given to the information-flow. The information-flow is crucial for the smooth process within the dismantling unit as well as for successful integration with the rest of the management within the company.<br />Part 4 describes the execution of the systems engineering and its implementation in several disassembly cells. The concept of the disassembly cells and the modules on which they are based is discussed in chapter 8.<br />The hierarchical structure and the components of the applied control system are illustrated in chapter 9. The control hardware only defines the potential of the control system ? not its features. A modular soft-ware system was postulated which forms a flexible complete system out of the singular modules of the disassembly cells. The results of the extensive development of the master computer software are depicted in chapter 10.<br />The windows application was compiled using the tool Microsoft Visual C++, Microsoft Foundation Class (MFC) and the Microsoft Access database.<br />Software modules for each controllable subsystem were inte-grated in the form C++ classes into the framework of the MFC application.<br />The practical application of the control program is demonstrated through two different disassembly cells in chapter 11.<br />The individual steps for dismantling stations in the disassembly cell for printed circuit boards are specified through an analysis of an image of the board. In this disassembly cell any desired number of electronic components can be dismantled which are represented in the article master for dismantling.<br />Another application was pursued in the disassembly cell for cellular phones. The model type is determined by the IMEI number, the designated serial numbers of the cellular phones. The corresponding dismantling procedures are activated from the database.<br />Appendix A provides a summary of commonly used packages for electronic components.<br />Appendix B contains interface definitions for communication among control systems, when not specified through existing hardware.