Baukasten Automatisierung

Einleitung

Das Projekt Baukasten Automatisierung ist ein im Rahmen des Projektes 3-D-Bearbeitungsmaschine (Projekt des Schwerpunkts GPE im Studiengang MTR) entstandenes Nebenprojekt. Es wurde von Raphael Blessau und Jan Völlmecke im Wintersemester 2016/2017 begonnen.

Aufgabenstellung

Das Ziel des Projekts ist es, einen Baukasten mit vielen verschiedenen Bauteilen, wie bspw. Linearantriebe und Sensoren, zu erstellen, um damit kleinere automatisierte Vorgänge aufbauen zu können.

Dazu sollen folgende Aufgaben erfüllt werden:

• Konzeption eines Baukastens mit
  • Aktoren
  • Sensoren
  • Ansteuerung
  • Profilen und Verbinderteilen

• Einsetzbar für
  • Beispiel Produktionsschritt
  • variable Aufgaben

• Angebote einholen
• Beschaffung bis 12.000€

In der folgenden Datei befindet sich die an Hand dieser Aufgabenstellung erstellte Aufgabenliste für die Praktikumstermine, welche entsprechend den Rahmenbedingungen des Praktikums angepasst wurde. In der Liste sind neben den erledigten Aufgaben auch Aufgaben enthalten, welche in den Folgesemestern erledigt werden sollten.

(Aufgabenliste einfügen)

Bauteile

Bauteil	Anzahl	Hersteller	Bestellnummer	Hyperlink	Preis/Stk
Arbeitstisch AT 3	1	isel	248550 0013	https://www.isel.com/de/arbeitstische-at-3695.html#tabs	904,30 €
Lenkrollen LRG 100 - mit Bremse	1	isel	209001 0085	https://www.isel.com/de/lenkrollen-lrg.html	25,40 €
Profil 10 40x40x2000	3	SMT-Montagetechnik	S1104040		17,88 €
Profil 10 80x40x2000	3	SMT-Montagetechnik	S1108040		30,66 €
Winkel 10 40x40	20	SMT-Montagetechnik	S210W4040		0,74 €
Modul PicAlfa, elektrisch	1	Festo Didactic	567255	http://www.festo-didactic.com/de-de/lernsysteme/mechatronische-systeme-mps/projektbaukaesten/komponenten-module-projektbaukasten/modul-picalfa,elektrisch.htm?fbid=ZGUuZGUuNTQ0LjEzLjE4LjcxMC43NDY0	3843,70 €
Rutsche 250	4	Festo Didactic	8046639	http://www.festo-didactic.com/de-de/lernsysteme/mechatronische-systeme-mps/zubehoer/rutsche-250.htm?fbid=ZGUuZGUuNTQ0LjEzLjE4LjcxMy44Mjk3	120,00 €
Modul Band	1	Festo Didactic	8032692	http://www.festo-didactic.com/de-de/lernsysteme/mechatronische-systeme-mps/projektbaukaesten/komponenten-module-projektbaukasten/modul-band.htm?fbid=ZGUuZGUuNTQ0LjEzLjE4LjcxMC44MTY5	1904,00 €
Dreipunktgreifer (DHDS-32-A)	1	Festo	1259493	https://www.festo.com/cat/de_de/products_DHDS	290,54 €
Linearantrieb (DDLI-32-360-P-MF2MATAP)	1	Festo	1344778	https://www.festo.com/cat/de_de/products_DDLI	788,17 €
Kompaktzylinder (ADVU-16-25-P-A)	2	Festo	156511	https://www.festo.com/cat/de_de/products_ADVU_AEVU	37,86 €
Ventilinsel (10P-10-8D-MP-N-U-6HGG+H-D)	2	Festo	18200	https://www.festo.com/cat/de_de/products_VI10_10	642,13 €
Normzylinder (DSNU-16-100-PPV-A)	2	Festo	19232	https://www.festo.com/cat/de_de/products_DSNU_1	27,90 €
Näherungsschalter (SMT-8M-A-PS-24V-E-0,3-M8D)	4	Festo	574334	https://www.festo.com/cat/de_de/products_SMT_8M	13,95 €
Fußbefestigung (HBN-12/16X2)	2	Festo	5126	https://www.festo.com/cat/de_de/products_ZM_FU	2,14 €
Befestigungsbausatz (SMBR-8-16)	4	Festo	175094	https://www.festo.com/cat/de_de/products_ZYL_SENS_SM	2,11 €
Drucksensor (SDE1-V1-G2-W18-L-P1-M8)	3	Festo	192766		-
Druckluftschlauch (PUN-661-BL)	1	Festo	159664		-
Schalldämpfer (UC-M7)	2	Festo	161418		-
Steckverschraubung (QS-G1/86)	1	Festo	186096		-
Steckverschraubung (QSLV-M5-6)	1	Festo	190666		-
Steckverschraubung (QST-6)	1	Festo	153129		-
Drosselrückschlagventil (GLRA-M5-QS-6-D)	1	Festo	193139		-
drylin ZLW-Zahnriemenachse mit Motor	1	igus	ZLW-0630B-D0BV0-D0A1C-AX0B1AA-600	http://www.igus.de/wpck/4769/zlw_0630	430,07 €
Schrittmotor NEMA 17	2	igus	MOT-AN-S-060-005-042-M-A-AAAA		115,43 €

Konzept des Baukastens

Das Konzept bzw. das Ziel des "Baukasten Automatisierung" ist es, eine Grundlage an verschiedenen Grundkomponenten und Bauteilen zu beinhalten, mit denen schließlich verschiedene Montage- und Handhabungsaufgaben automatisiert bzw. teilautomatisiert gelöst werden können. Diese Lösungen sollen bspw. während eines Praktikums von den Studierenden erarbeitet und aufgebaut werden. Im Vordergrund des Projektes steht am Anfang, dass die Grundkomponenten, wie Greifer, Antriebe, Förderbänder etc. bestellt werden. Auf Grundlage dieser Bauteile sollen schlussendlich die Aufgaben entworfen und gelöst werden.

Abb. 1: Arbeitstisch

Das Projekt "Baukasten Automatisierung" könnte bspw. im Praktikum im Rahmen des Fachs Montage- und Handhabungstechnik genutzt werden.

Um den Baukasten möglichst flexibel zu halten, wurden viele Einzelteile oder auseinandernehmbare Module bestellt. Außerdem sollen die Bauteile auf einem fahrbaren Tisch montiert werden, damit die aufgebauten Beispiele auch Raumwechsel unproblematisch überstehen. Damit auch mehrere kleine Beispielaufgaben parallel aufgebaut werden können, wurde ein großer Tisch gewählt (s. Abb. 1).

Im Rahmen der Konzepterstellung wurde auch eine Anforderungsliste erstellt. Diese finden Sie in der folgenden Datei.

(Datei einfügen)

(Kurze Erklärung der Anforderungsliste)

Realisierbare Funktionen

Zu Beginn des Praktikums haben wir uns darüber Gedanken gemacht, was für automatisierte Montage- bzw. Handhabungsaufgaben mit dem Baukasten ermöglicht werden sollen. Dabei sind wir zu den folgenden sechs groben Aufgaben gelangt:

• Montagearbeiten (auf-, in-, aneinander Fügen)
• Gezielte Lagerentnahme
• Teileförderung (Band, Greifer, Rutschen)
• Teileausrichtung
• Teilesortierung (Größe, Farbe, Form, z.B. Lego)
• Abpackanlage

Auf Basis dieser Überlegungen folgte die Konzeption unserer Beispielaufgabe. Unsere Beispielaufgabe sieht vor, einen Schraubvorgang zu automatisieren. Gemeint ist das Bestücken einer Schraube mit Unterlegscheibe und Mutter und dem anschließenden Transport inklusive Lagerung.

Beispielaufgaben

Im Rahmen des Praktikums wurde neben der ursprünglich geplanten Beispielaufgabe noch eine zweite, nicht so komplexe Aufgabe entworfen, um eine grundlegende Form der Bewegung bzw. Automatisierung auszutesten. Es entstand die Idee das Modul PicAlfa in Betrieb zu nehmen und mit Hilfe des Moduls ein Bauteil von einer Stelle A zu einer anderen Stelle B zu transportieren. Dies klingt zunächst ziemlich simpel, bildet aber die Grundlage für diverse komplexere Automatisierungsprozesse wie der vorher überlegte Schraubvorgang.

Beispiel Modul PicAlfa

Das Beispiel Modul PicAlfa ist schon ein wenig detaillierter geplant worden, so gibt es eine exakte Skizze und einen exakten Ablauf des automatisierten Prozesses. (Bild von PicAlfa, "Programmablaufplan" einfügen)

Beispiel Schraubvorgang

Abb. 3: Skizze zur ersten komplexeren Montageaufgabe

Das Konzept für den automatisierten Schraubvorgang mit Sortierfunktion ist in diesem Praktikum nicht über eine Skizze (Abb. 3) hinausgekommen.

(Skizze erklären)

Liste der Hersteller

Firma	Homepage
SMT Montagetechnik	http://www.smt-montagetechnik.de
Motedis	http://www.motedis.com
Bosch Rexroth	http://www.boschrexroth.com
Festo	http://www.festo.com
Festo Didactic	http://www.festo-didactic.com
Gecko Drive	http://www.geckodrive.com
isel	http://www.isel.com
igus	http://www.igus.de
ipf electronic	http://www.ipf-electronic.de

Hürden/Herausforderungen

Während des Projektes gab es einige Hürden und Herausforderungen. Diese werden im folgenden dargestellt, um anderen Gruppen die Möglichkeit zu geben, bereits aufgetretene Probleme zu umgehen.

1. Das Budget: Zunächst klang das Budget mit 12000€ als ziemlich hoch und vor allem ausreichend angesetzt. Es zeigte sich jedoch, dass Bauteile, wie sie hier gefordert waren, sehr schnell, sehr viel Geld benötigen. Dadurch wurde das Budget leider überschritten. Es sollten nun aber auch genügend Teile vorhanden sein, um einige Aufbauten zu konstruieren.

2. Zeitdruck bei der Bestellung: Dadurch, dass das Budget noch im Kalenderjahr 2016 vollständig aufgebraucht werden musste, fehlte uns die Zeit, zunächst einmal Teile für eine bestimmte Beispielaufgabe zu bestellen. Wir mussten somit abwägen, was für Bauteile allgemein sinnvoll für solch einen Baukasten sein könnten und diese wurden dann bestellt. Aufgrund des Zeitdrucks und der Lieferzeit der Bauteile folgte, dass uns die Zeit fehlte, eine Beispielaufgabe vollständig durchzuplanen und auszuprobieren. Es findet sich also in diesem Wiki lediglich eine theoretische Beschreibung und Darstellung unserer Beispielaufgabe.

3. Kompatibilität der Bauteile: Aufgrund der Vielzahl verschiedener elektrischer und pneumatischer Bauteile auf dem Markt, haben wir uns bei zwei Bauteilen für fertige Module entschieden. Da aber auch die Bauteile der Module einzeln genutzt werden sollten, wollten wir für die Module eine Demontage- bzw. Montageanleitung schreiben, damit sie immer in ihren Ursprungszustand zurück gebracht werden können. Dies nahm einiges an Zeit in Anspruch, wodurch die Umsetzung einer Beispielaufgabe hinten angestellt werden musste. Weiterhin konnten nur wenige elektronische Einzelbauteile bestellt werden, da die Lieferzeiten der Bauteile, welche damit angesteuert werden sollten, sehr hoch war. Ohne das überprüfen der Anschlüsse an dem anzusteuernden Bauteil war es nicht sinnvoll elektronische Bauteile/Ansteuerungen zu bestellen. Daraus resultiert, dass es uns nicht möglich war eine Beispielaufgabe vollständig aufzubauen.

Diese 3 Aspekte waren unsere größten Herausforderungen und Hürden. Ebenfalls zu beachten ist, dass die Bauteilliste des Baukasten selbst niemals vollständig sein wird. Es werden immer Teile fehlen, welche dann bestellt und in die Liste eingepflegt werden müssen. Außerdem ist zu beachten, dass der Kontakt mit den Herstellern immer einiges an Zeit in Anspruch nehmen wird, wenn eine Bestellung getätigt werden soll. Dies ist unbedingt einzuplanen.

Zusammenfassung

Das Projekt besitzt nun einen großen Teil an Grundkomponenten, welche in der Bautteilliste aufgeführt sind. Weiterhin gibt es einige Ideen an Aufgaben, welche mit dem Baukasten umsetzbar sein sollen. Diese sind unter realisierbare Funktionen aufgelistet. Weiterhin wurde der Tisch mit Rollen versehen, um ihn flexibel zu machen. Die Bauteile befinden sich im Praktikumsraum, in einem ausschließlich für den Baukasten vorgesehenen Schrank. Dieser ist beschriftet. Ebenso sind die Aufbewahrungsboxen beschriftet, sodass man von außen weiß, welche Bauteile in welcher Box sind.

Das Bild zeigt, den Tisch mit allen zu dem Zeitpunkt gelieferten Bauteilen. (Vllt Bild vom Schrank?)

Die Datenblätter der Bauteile und sonstige Dateien, die während des Projektes entstanden sind, befinden sich im SVN der HSHL.

Ausblick

Für den weiteren Verlauf des Projektes sind mehrere Aspekte zu beachten und zu vervollständigen.

1. Entwerfen und Aufbauen einer Beispielaufgabe der Montage- und Handhabungstechnik, auf Basis der vorhandenen Bauteile und möglicher ergänzender Bauteile. Als Orientierungshilfe dienen, die Überlegungen, welche Funktionen zu realisieren sind. Außerdem kann sich an den Beispielaufgaben orientiert werden.

2. Ergänzung der Bauteile, um fehlende Elemente, wie bspw. weiterer Ansteuerungstechnik, Sensoren oder andere Kleinteile. Stetige Weiterentwicklung der Bauteilstückliste

3. Finale Inbetriebnahme der beiden Module (Band, PicAlfa).

4. Entwerfen verschiedener Aufgabenstellungen anhand der vorhandenen Bauteile. Dabei sollten Skizzen und Lösungen vorhanden sein, um zu zeigen, dass der Baukasten die Aufgabe lösen kann.

Außerdem möchten wir noch einen abschließenden Hinweis geben. Wenn zusammengebaute Module, wie bspw. das PicAlfa, auseinander genommen wird, schreibt währenddessen eine Demontageanleitung, mit deren Hilfe das Modul wieder funktionsfähig zusammengesetzt werden kann. Dies sollte auch beim entwerfen von Aufgaben beachtet werden, damit Folgegruppen auf die Erkenntnisse zugreifen können und funktionierende Aufbauten rekonstruiert werden können.

Quellen

Autoren: (Raphael Blessau, Jan Völlmecke) 09.11.16

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