TU Chemnitz: Fakultät: Institut: Professur: EDF: Chronik
Historischer Abriss Institut, Professur und Laborumgebung
1956
Gründung des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme– IBF
1959
Die Wurzeln der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb liegen in dem 1959 gegründeten Institut für Betriebsanlagen, Normung und Standardisierung, welches unter der Leitung von Prof. August Schläfer (Gründungsrektor der TH) stand. Er hatte bereits zwei Jahre vorher seine Ernennung zum Professor mit Lehrauftrag für das Fachgebiet Betriebswissenschaftenerhalten.
1986
Anlässlich der Erhebung der Technischen Hochschule Karl-Marx-Stadt in den Status einer Technischen Universität im Jahre 1986 wurde unter der Projektleitung der Wissenschaftsbereiche der Sektion TmvI in Verbindung mit Bereichen anderer Sektionen, z.B. der Automatisierungstechnik, Fertigungsprozess und -mittel (Messtechnik), das erste Labor einer vollständig automatisierten rechnergesteuerten Fertigungsstätte der Öffentlichkeit vorgestellt (Abbildung 1).
Automatisierte bedienarme Produktion (ABP-1986)
Grundlagen bei der Projektierung boten u.a. Konzepte der Flusssystemtheorie, der bausteinorientierten Gestaltung und der integrierte gegenstandsspezialisierter Fertigungsabschnitte (IGFA) (Abbildung 2).
Integrierter gegenstandsspezialisierter Fertigungsabschnitt IGFA (über zwei Ebenen)
1988
1988 wurde die erste „automatisierte, bedienarme Fabrik“ zur Fertigung und Montage von Tischbohrmaschinen in Thum (Erzgebirge) praxiswirksam realisiert (Abbildung 3 bis Abbildung 13). Schon vor und in die Wendezeit hinein wurden CIM-relevante Lösungen für unterschiedliche Betriebsstrukturen entwickelt. Mit Unterstützung der IBM Deutschland wurde das FabrikinformationssystemChemnitz (FIS-C) am Institut etabliert.
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Abbildung 3:
Werk Thum: Teile für Tischbohrmaschinen |
Abbildung 4:
Werk Thum: Fertigungsabschnitt I |
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Abbildung 5:
Werk Thum: Fertigungsabschnitt II |
Abbildung 6:
Werk Thum: Teilansicht EHB |
Abbildung 7:
Werk Thum: Tragkorb EHB I |
Abbildung 8:
Werk Thum: Tragkorb EHB II |
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Abbildung 9:
Werk Thum: Tragkorb EHB III |
Abbildung 10:
Werk Thum: Tragkorb EHB IV |
Abbildung 11:
Werk Thum: Heb- und Senkstation EHB I |
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Abbildung 12:
Werk Thum: Heb- und Senkstation EHB II |
Abbildung 13:
Werk Thum: Heb- und Senkstation EHB III |
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Vor 1990
Die Laborumgebung an der Technischen Universität Karl-Marx-Stadt, genannt Technikum „Automatisierte bedienarme Produktion“, bietet schon damals folgende Ausstattung:
- Roboterintegriertes Bearbeitungs- bzw. Mess- und Montagesystem
- Materialflusssystem
- Mikrorechnergesteuertes Regalbediengerät (RBG)
- Hochregallager mit unterschiedlich automatisierten Übergabebereichen
- Automatisches Überflurtransportsystem (Hängebahn)
- Informationsflusssystem
1992
- materielle Bereitstelltechniken einschließlich Positionierung der Transporthilfsmittel, Paletten u.a. inclusive der Steuerungen der Bewegungsabläufe
- Identifizierung der Transporthilfsmittel, Paletten u.a.
- informationelle Einbindung des Bereitstell- und Identifizierungsablaufes in den produktionslogistischen Prozess.
Abbildung 14: Labor "Materialfluss und Logistik" (Layout)
Der hardwareseitige strukturelle Aufbau ist in Abbildung 15 zu sehen.
Folgende Voraussetzungen wurden dafür geschaffen:
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- FMS300-20
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UNIX-Leitrechner mit Plantafel.
Er übernimmt Globalaufträge vom PPS-System und leitet diese an die notwendigen Teilsysteme weiter. |
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- TUL-Steuerrechner
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UNIX-Steuerrechner mit TCP/IP-Datenprotokoll
Übernahme der Aufträge vom Leitrechner -> Auftragsübergabe an alle Einzelprozesse. |
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- FMS 300-10
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UNIX-Rechner
Er verteilt auftragsgemäß benötigte NC-Programme zu numerischer Steuerung SINUMERIK. |
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- SICAM-BDE-Rechner
und ES-Terminals |
Betriebs- und Maschinendatenerfassung und -weiterleitung bzw.\ -rückmeldung.
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- SIMATIC S5
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SPS zur Steuerung der Transportgeräte, Einschienenträgerbahn (ETB), Rollenbahn (RB) und Verteilwagen (VTW).
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1993 – 1996
Nach der Wende war zwischen 1993 und 1996 das Speziallabor Materialfluss und Logistik (Abbildung 16) ein Bestandteil des CIM TTZ für Weiterbildung und Technologietransfer der Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik der TU Chemnitz.
Speziallabor Materialfluss und Logistik – Gesamtansicht
Das von 1993 bis 1996 in Form einer Modell-Testfabrik (Abbildung 17, Abbildung 18) ausgestattete Versuchsfeld bezog gleichzeitig wesentliche Instrumente wie Modelle, Methoden und rechnerunterstützte Werkzeuge sowie Softwarelösungen mit ein, die für die Fabrikplanung und den rechnerunterstützten Fabrikbetrieb notwendig waren.
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Abbildung 17:
Speziallabor Materialfluss und Logistik – Produktions- und Logistikfläche |
Abbildung 18:
Speziallabor Materialfluss und Logistik – Portal- und Lagerbereich |
Über einen Leitstand (Abbildung 19) wurden alle Prozesse und Abläufe erstmals automatisch gesteuert. Das Materialfluss- und Logistiklabor diente der Demonstration, der Ausbildung unterschiedlicher Fachrichtungen und der weiterführenden Forschung.
Speziallabor Materialfluss und Logistik - Leitstand
1995
Auf Initiative der Professoren Enderlein (Arbeitswissenschaft), Wirth und Förster (Fabrikplanung und Fabrikbetrieb) sowie Petermann (Produktionsprozesssteuerung und Fabrikautomatisierung) erfolgt 1995 die Neugründung des heutigen Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme – IBF (Institutsleiter Prof. Wirth).
2003 - 2004 (1. Ausbaustufe)
Von 2003 bis 2004 wurde unter Leitung des 2002 an die Professur berufenen Prof. Egon Müller das Materialflusslabor zur Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) umgebaut. Im Oktober 2004 öffnete die EDF erstmals ihre Türen (Abbildung 20). Im Rahmen der Tagung "Forschung rund ums Automobil" wurde die erste Ausbaustufe dieser „Fabrik“ vor den Teilnehmern aus Industrie, Forschung und Universität in Betrieb genommen.
Herr Walther (USK), Prof. Müller, Rektor Prof. Matthes bei der Eröffnung der 1. Ausbaustufe
Die Experimentier- und Digitalfabrik wurde bereits zu diesem Zeitpunkt aus den zwei Teilen Experimentier Center und Digital Center konzipiert.
Mit dem Experimentier-Center wurden durchgängige Systemlösungen geschaffen, die es dem Institut ermöglichten, bei Anknüpfung an die Vorgaben bzw. Eingangsgrößen Produkt, Prozesse der Fertigung und Montage und Produktionssystem, den produktionslogistischen Teil des ganzheitlichen Produktionsablaufes auf hohem technisch-wissenschaftlichen Niveau zu dimensionieren, zu gestalten und produktionsnah zu testen sowie bei Praxisüberführung von entwickelten Lösungen beratend mitzuwirken.
Ergänzt wurde das Digital-Center durch das interaktive Planungsinstrument „visTABLE“ und Präsentationstechnik für die Visualisierung von Produktionssystemen, um Planungslösungen partizipativ im Team gestalten und großformatig darstellen zu können.
Das Nutzungskonzept war neben geplanten intensiven Forschungsaktivitäten zur Gestaltung neuer Produktions- und Logistiksysteme vordergründig auf eine praxisnahe und zukunftsorientierte Ausbildung der Studenten in den Studiengängen Maschinenbau, Systems Engineering und Wirtschaftsingenieurwesen/Maschinenbau und Medientechnik ausgerichtet.
Ab 2007 (2. Ausbaustufe)
Seit Eröffnung der zweiten Ausbaustufe im März 2007 (Abbildung 21, Abbildung 22) verfügt die EDF über eine Gesamtfläche von ca. 500 m². Die EDF besteht aus dem Experimentiercenter mit den produktionslogistischen Anlagen und Steuerungssystemen und dem Digitalcenter, in dem sich die PC-Arbeitsplätze befinden. Das EDF-Konzept zielt auf die Gestaltung partieller Lösungen flexibler produktionslogistischer Systemeinheiten mit integrativer Kopplungsfähigkeit. Die komplexe Engineering-Lösung eröffnet neue Möglichkeiten, mit Hilfe des Rechners digital gestaltete Systemlösungen am realen Prototyp bezüglich ihres Prozessverhaltens zu untersuchen und zu optimieren.
Herr Wicke, Rektor Prof. Matthes, Prof. Hiersemann, Prof. Müller (v.l.) bei der Eröffnung der 2. Ausbaustufe
Experimentiercenter
Beginnend 2009 bis 2011 wurde die Experimentier- und Digitalfabrik in wesentlichen Funktionalitäten erweitert. Damit war die Installation eines Wandlungsfähigen Fabrikbaukastens und eines Innovationslabors verbunden (Abbildung 23). Dieser Verbund sichert die exzellente Forschung auf den Gebieten der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebs sowie der Logistik.
Das unmittelbare Wechselspiel zwischen Planung und Betrieb einerseits und Virtualität und Realität andererseits ermöglicht die anwendungsgerechte Entwicklung/Anpassung von Methoden und Werkzeugen für Fabrikplanung und -betrieb sowie die Verhaltensuntersuchung von Fabrik- und Logistikprozessen und -konfigurationen. Forschungsschwerpunkte sind u.a. Wandlungsfähigkeit, Energieeffizienz sowie Identifikations- und Navigationskonzepte.
Die EDF besteht folglich nicht nur aus dem Experimentiercenter mit flexibel konfigurierbaren produktionslogistischen Anlagen, gesteuert durch innovative Leit- und Regelungstechnik, sondern auch aus dem Digitalcenter mit modernster Soft- und Hardware der Digitalen Fabrik. So gehören neben gängiger Software von Delmia, Siemens UGS (Tecnomatix) und Autodesk ein eigenentwickeltes interaktives Planungsinstrument visTABLE (plavisGmbH, Ausgründung der TU Chemnitz) und Präsentationstechnik für die Visualisierung von Produktionssystemen in 2D, 3D bis hin zu VR-Technik mit großformatiger Stereoprojektion zur Ausstattung.
Die EDF gestattet die durchgängige Abbildung typischer produktionslogistischer Abläufe der Stückgut- und Automobilproduktion mit allen wesentlichen Bearbeitungs- und Logistikkomponenten (u.a. Fertigungs- und Montageanlagen, Hochregallager, Rollenbahnen, Elektrotrag- und -hängebahn, FTS, Portalroboter) sowie deren Planungs- und Steuerungskomponenten.
Das Nutzungskonzept der EDF ist einerseits auf eine intensive Grundlagen- wie auch anwendungsorientierte Forschung zur Gestaltung neuer Produktions- und Logistiksysteme ausgerichtet und zielt anderseits auf eine praxisnahe und zukunftsorientierte Ausbildung der Studenten in den Studiengängen Maschinenbau, Systems Engineering, Automobilproduktion und Wirtschaftsingenieurwesen ab.
Die EDF versteht sich als Repräsentation einer „kompletten Modellfabrik“ mit allen wesentlichen Bearbeitungs- und Logistikkomponenten der Stückgutproduktion sowie Komponenten deren Planung und Steuerung.
Experimentier- und Digitalfabrik mit wandlungsfähigem Fabrikbaukasten – Überblick
Die dritte Ausbaustufe der Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) ist am 19. April 2011 von den Wissenschaftlern der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb eingeweiht worden. "Durch die neue Ausbaustufe können wir jetzt in der Experimentier- und Digitalfabrik komplette Produktions- und Logistikabläufe untersuchen", sagte Prof. Dr. Egon Müller, Inhaber der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb. Bei der Weiterentwicklung liegt die Betonung auf dem Wechselspiel zwischen realer und virtueller Produktion. "Wenn es in einer Fabrik ein Problem gibt, können wir dieses zuerst rechnergestützt am digitalen Planungsmodell beheben und die Lösung anschließend in unserer realen Modellfabrik im Betrieb austesten. Denn unser Digital Center und unser Experimentier Center sind direkt miteinander verbunden", ergänzt Dr. Jörg Ackermann, Leiter der Fachgruppe Fabrikplanung und Digitale Fabrik an der Professur.
Vier mobile Bearbeitungszellen komplettieren nun die EDF. Diese können mit geringem Aufwand und innerhalb kurzer Zeit so umkonfiguriert werden, dass sie sich für unterschiedliche Produktionsaufgaben eignen. Untersuchen werden die Wissenschaftler dadurch vor allem die Wandlungsfähigkeit einer Fabrik - und das nicht mehr nur am Rechner, sondern auch in der Realität. Um diese Zellen optimal in die Produktion der Fabrik einbinden zu können, wurden intelligente Fertigungs- und Logistikleitstände mit modernster Steuerungstechnik installiert sowie flexible Handling- und Transportsysteme integriert. Beispielsweise können nun in kurzer Zeit neue Fabrikkonstellationen in die Leitstände geladen werden, das fahrerlose Transportsystem kann sich frei im Raum bewegen oder die Einbindung von Werkzeugen der Digitalen Fabrik erlaubt die reaktionsschnelle Gestaltung angepasster Layout- und Materialflussstrukturen. (Abbildung 24, Abbildung 25)
Abbildung 24:
Dr. Jörg Ackermann (l.) und Dr. Sebastian Horbach, Wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz, testen im Experimentier Center der Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) innerhalb der realen Produktion die Schnittstellen im Materialfluss. Foto: Hendrik Schmidt
Abbildung 25:
Im Digital Center der Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz variieren die Wissenschaftlichen Mitarbeiter Hendrik Hopf (l.) und Frank Börner innerhalb der virtuellen Produktion ein Fabriklayout. Foto: Hendrik Schmidt
Die Fabrikplaner der TU Chemnitz werden in der EDF zukünftig die Praxistauglichkeit von Neu- und Weiterentwicklungen einzelner Komponenten einer Fabrik nicht nur in Bezug auf Wandlungsfähigkeit unter die Lupe nehmen. In Kooperation mit anderen Professuren wollen sie beispielsweise energiesparende Lösungen aus der Fördertechnik testen. Außerdem steht der Mensch im Fokus: Klären wollen die Wissenschaftler, wie er sich in der Fabrik verhält und wie er bestimmte technische Neuerungen akzeptiert. Die EDF steht neben der Lehre und Forschung an der Universität verstärkt auch Kooperationspartnern aus der Wirtschaft zur Verfügung. Firmen können hier Probleme lösen und Weiterentwicklungen testen.
Die EDF erstreckt sich auf einer Fläche von 465 Quadratmeter. Die dritte Ausbaustufe ist Ergebnis des Projektes "Baukasten für wandlungsfähige Fabriksysteme". Gefördert wurde die Erweiterung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) mit rund 500.000 Euro. Am Projekt unmittelbar beteiligt waren neben vielen weiteren Firmen die Partner: USK Karl Utz Sondermaschinen GmbH Limbach-Oberfrohna, Hiersemann Prozessautomation GmbH Chemnitz, Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) Dortmund, CBS GmbH - Computer Beratung Vertrieb & Service GmbH Chemnitz, plavis GmbH Chemnitz und Dresden Informatik GmbH.
