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Bibliographic Metadata

Title
Product-tolerant automation of cell-based manufacturing systems
Additional Titles
Product-tolerant automation of cell-based manufacturing systems
AuthorBertelsmeier, Fabian
ParticipantsTrächtler, Ansgar ; Dumitrescu, Roman
PublishedPaderborn, 2020
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (VIII, 171 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2020
Annotation
Tag der Verteidigung: 13.03.2020
Defended on2020-03-13
LanguageGerman ; English
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-36481 
DOI10.17619/UNIPB/1-890 
Files
Produkttolerante Automation zellenbasierter Fertigungssysteme [21.26 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Aktuelle Trends in der Fertigungstechnik zeigen eine steigende Individualisierung von Produkten mit hoher Variantenvielfalt. Daraus resultieren sinkende Losgrößen, steigende Auftragszahlen und der zunehmende Bedarf an Daten- und Informationsverarbeitung. Zur Handhabung dieser Komplexität werden modulare, oftmals in Zellen organisierte, flexible und rekonfigurierbare Fertigungssysteme benötigt. Vorteilhaft hierfür sind intelligente Produkte mit skalierbaren Fähigkeiten, die neben ihrer Präsenz als Werkstück zudem als aktives Element innerhalb der Steuerung und Planung des eigenen Fertigungsprozesses integriert sind. Diese Arbeit fokussiert eine anwendungsspezifische Symbiose der Produktintelligenz, der Flexibilität und der Autonomie, welche auf Basis der Topologie von flexiblen zellenbasierten Fertigungssystemen zu einer produkttoleranten Automation führt. Darauf aufbauend erfolgt erstmals die Entwicklung und Validierung einer produkttoleranten Steuer- und Regelung und die Spezifikation einer Strategie zur informationstechnischen Integration der Produktintelligenz in die dezentrale Automatisierung. Neben der gestiegenen dezentralen produkttoleranten Autonomie spielt die flexible Planung der zellenbasierten Fertigung bei kleinen Losgrößen und hoher Variantenvielfalt zusätzlich eine entscheidende Rolle. Basierend auf dem Highest Response Ratio Next Schedulingverfahren für Prozessoren, wird ein neuartiges zweistufiges flexibles Planungsverfahren für zellenbasierte Fertigungssysteme entwickelt. Abschließend erfolgt eine ganzheitliche produkttolerante Konzeptionierung einer hochflexiblen Kerzenfertigung, deren Systemverhalten partiell in einem realen Prüfstand zur Wachsabfüllung untersucht wird. Zudem werden Simulationsstudien zur Analyse und Validierung des neu entwickelten Fertigungsplanungsverfahrens durchgeführt.

Abstract (English)

Current trends in manufacturing technology show increasing individualization of products with a large variety of variants. This results in smaller lot sizes, increasing order numbers and rising data and information processing for manufacturing companies. To deal with this challenge, cell-based flexible and reconfigurable manufacturing systems are necessary. Even more advantageous for this are intelligent products with scalable capabilities which are, in addition to their presence as a workpiece or semi-finished product, active elements within the control and planning of their own production process. This thesis focuses on an application-specific symbiosis of product intelligence, flexibility and autonomy, which is based on the topology of flexible cell-based manufacturing systems and directly leads to a product-tolerant automation. First, the development and validation of a product-tolerant control and the specification of a strategy for the integration of product intelligence into the distributed automation is implemented. In addition to the increased decentralized product-tolerant autonomy, the flexible planning of cell-based production also plays a decisive role for the manufacturing of small batch sizes and a high variety of variants. Based on the highest response ratio next scheduler, a novel, two-stage, flexible planning concept for cell-based manufacturing systems is developed. Finally, a holistic product-tolerant conceptualization of a highly flexible candle manufacturing is shown. The partial system behavior pertaining to filling of candle wax is examined in a real test rig. In addition, simulation studies are carried out for the analysis and validation of the dynamic production planning of the newly developed scheduling process and three further planning methods.

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