Beitrag zur Sicherung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit moderner Fertigungsmittel

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Assistent am Lehrstuhl fUr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universitat MOnchen. Mein besonderer Dank gilt Prof. Dr. -Ing Joachim Milberg, dem Leiter dieses Instituts, der die DurchfOhrung dieser Arbeit ermiig lichte und durch richtunggebende Hinweise tatkraftig unterstiitzte. Des weiteren danke ich Prof. Dr. -Ing. K. Ehrlenspiel flir die auf merksame Durchsicht und die wertvollen Anregungen zur Gestaltung des Inhalts. Nicht zuletzt miichte ich Prof. Dr. -Ing. K. G. MOller meinen Dank aussprechen, unter dessen Amtszeit die ersten Anst1iBe zur Erstellung dieser Arbeit gegeben wurden. Allen Mitarbeitern des Lehrstuhls bin ich fUr die die tatkraftige Un terstlitzung bei der Erstellung der Arbeit und die immer kamerad schaftliche Zusammenarbeit zu aufrichtigem Dank verpflichtet. - I - Inhal ts ver zeichnis Inhaltsverzeichnis I-IV Abkijrzungen und Formelzeichen V-VI 1. Einleitung 1 1. 1 Wirtschaftliche Situation 1 1. 2 Konsequenzen 4 1. 3 Automatisierung 4 2. Flexible Automatisierung - Stand der Technik B 2. 1 Struktur flexibel automatisierter Produktionssysteme B 2. 2 Betriebsverhalten flexibel automatisierter Produktionssysteme 10 2. 3 Instandhaltung 11 2. 3. 2 Organisatorische Mallnahmen 11 2. 3. 2 Instandhaltungseignung 13 2. 3. 3 Fehlererkennung 14 2. 2. 4 Fehlerausbreitung 17 2. 4 ZuverHissigkeit bei hohem Automatisierungsgrad 17 3. Zuverlassigkeit und Verftigbarkeit heutiger Werkzeugmaschinen 19 3. 1 Datenbeschaffung 19 3. 1. 1 Werkzeugmaschinenhersteller 19 3. 1. 2 Werkzeugmaschinenanwender 20 3. 1. 3 Unabhangige Beobachtung des Ausfallverhaltens 21 3. 2 Analyse von Ausfalldaten 21 3. 2. 1 Drehmaschinen 21 3. 2. 1.

Inhalt

1. Einleitung.- 1.1 Wirtschaftliche Situation.- 1.2 Konsequenzen.- 1.3 Automatisierung.- 2. Flexible Automatisierung Stand der Technik.- 2.1 Struktur flexibel automatisierter Produktionssysteme.- 2.2 Betriebsverhalten flexibel automatisierter Produktionssysteme.- 2.3 Instandhaltung.- 2.4 Zuverlässigkeit bei hohem Automatisierungsgrad.- 3. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit heutiger Werkzeugmaschinen.- 3.1 Datenbeschaffung.- 3.2 Analyse von Ausfalldaten.- 3.3 Ausfallursachenanalyse.- 3.4 Diskussion der Ergebnisse.- 3.5 Bedeutung der Ergebnisse für zukünftige Fertigungsstrukturen.- 4. Redundanzen Ein Ansatz zur Verbesserung der Verfügbarkeit.- 4.1 Vorbemerkungen.- 4.2 Verfügbarkeit von Parallelschaltungen.- 4.3 Grenzen der Verfügbarkeitssteigerung durch herkömmliche Methoden.- 4.4 Unterschied von reparierbaren und nicht reparierb. Systemen.- 4.5 Redundante Systeme.- 4.6 Höhere Redundanzgrade.- 5. Verfügbarkeit höher automatisierter Fertigungsanlagen.- 5.1 Allgemeine Berechnung.- 5.2 Einflußgrößen auf die Verfügbarkeit.- 5.3 Verfügbarkeit 2-von-n- redundanter Systeme.- 5.4 Höhere Redundanzgrade.- 5.5 Zusammenfassung.- 6. Realisierung hoch zuverlässiger flexibel automatisierter Werkzeugmaschinen.- 6.1 Voraussetzungen, Randbedingungen, Kosten/Nutzen-Relation.- 6.2 Vorgehensweise zur Konstruktion hoch zuverlässiger Maschinen.- 6.3 Reparatur während des Betriebes.- 6.4 Hochverfügbare Steuer- und Regelkonzepte.- 6.5 Zuverlässigkeit der Vergleicher und Umschalter.- 7. Fehlertoleranter Steuerungsbaustein zur Vermeidung von Kollisionen.- 7.1 Ausfälle und Folgeschäden.- 7.2 Notwendigkeit einer Schutzeinrichtung gegen Kollisionen.- 7.3 Stand der Technik.- 8. Verbesserung des Schutzes gegen Kollisionen in Maschinen-Arbeitsräumen.- 8.1 Kollisions Ursachen.- 8.2 Diskussion der Ergebnisse.- 8.3 Einfluß des Werkers.- 8.4 Ansprüche an einen umfassenderen Kollisionsschutz für Drehmaschinen.- 9. Entwicklung eines Kollisionsschutzsystems.- 9.1 Konzeption.- 9.2 Datentechnische Beschreibung der Maschinenkonfiguration.- 9.3 Ausblick.- 10. Zusammenfassung.- A.1 Logische Reihenanordnung.- A.2 Logische Parallelanordnung (Redundanz).- A.3 Parallel-Reihen- und Reihen-Parallel-Anordnung.- A.4 Zuverlässigkeitsfunktion und Ausfallverteilung.- A.5 Konstante Ausfallrate z.- A.6 Zeitabhängige Ausfallrate.- A.7 Die Gauss'sche Ausfallverteilungsfunktion.