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Ludwig Nägele

• Roboter sind in der heutigen Zeit kaum mehr wegzudenken. In großen Fabriken erfüllen die leistungsfähigen Maschinen rund um die Uhr schwere und hochpräzise Aufgaben und erzielen bei der Fertigung insbesondere von Serienprodukten mit hohen Stückzahlen eine effiziente Produktion mit konstantem Durchsatz. Im Zeitalter der Industrie 4.0 soll Automatisierung auch in denjenigen Branchen Einzug erhalten, die aufgrund komplexer Fertigungsprozesse und kleiner Stückzahlen mit hoher Variabilität bis heute von manuellen Arbeitsschritten geprägt sind. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz intelligenter und flexibler Fertigungsanlagen, die über neue Fähigkeiten und Freiheitsgrade zur Fertigung anspruchsvoller Bauteile verfügen. Mit der Flexibilität wächst jedoch auch die Komplexität bei der Programmierung. Daher werden neue Maßstäbe an die Steuerungssoftware solcher Systeme gesetzt, um den vollen Umfang an Freiheitsgraden nutzbar zu machen. Einen möglichen Ansatz bieten Methoden der automatischenRoboter sind in der heutigen Zeit kaum mehr wegzudenken. In großen Fabriken erfüllen die leistungsfähigen Maschinen rund um die Uhr schwere und hochpräzise Aufgaben und erzielen bei der Fertigung insbesondere von Serienprodukten mit hohen Stückzahlen eine effiziente Produktion mit konstantem Durchsatz. Im Zeitalter der Industrie 4.0 soll Automatisierung auch in denjenigen Branchen Einzug erhalten, die aufgrund komplexer Fertigungsprozesse und kleiner Stückzahlen mit hoher Variabilität bis heute von manuellen Arbeitsschritten geprägt sind. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz intelligenter und flexibler Fertigungsanlagen, die über neue Fähigkeiten und Freiheitsgrade zur Fertigung anspruchsvoller Bauteile verfügen. Mit der Flexibilität wächst jedoch auch die Komplexität bei der Programmierung. Daher werden neue Maßstäbe an die Steuerungssoftware solcher Systeme gesetzt, um den vollen Umfang an Freiheitsgraden nutzbar zu machen. Einen möglichen Ansatz bieten Methoden der automatischen Programmierung, wonach optimale Roboterprogramme vollständig vom Computer geplant werden. Doch aufgrund der vielen kombinatorischen Möglichkeiten der zur Verfügung stehenden Aktionen wächst die Planungskomplexität exponentiell. Schon bei vergleichsweise einfachen Planungsproblemen der Fertigung führt dies schnell zu einer Überschreitung der Kapazitäten eines Planers und der Ressourcen eines Computers. Das zentrale Ergebnis dieser Dissertation ist ein allgemeiner Planungsansatz (PaRTs), der für ein vorliegendes Computermodell des zu fertigenden Produkts eine vollständige Automatisierung der Fertigung in einer flexiblen Roboterzelle ermöglicht. Einen wichtigen Aspekt stellt dabei die Einbeziehung von Know-How der unterschiedlichen Fachexperten dar, das abstrakt beigetragen und auf verschiedenen Ebenen zur automatischen Planung verfügbar gemacht wird. Bei der Fertigung in einer flexiblen Roboterzelle bedarf es oft der gegenseitigen Unterstützung mehrerer Roboter. Die Planung über PaRTs erarbeitet derartige Kooperationen und strebt darüber hinaus eine maximale Parallelisierung gleichzeitiger Fertigungsschritte mit mehreren Robotern an, um die Gesamt-Ausführungszeit der Fertigung zu verkürzen. Ein zentraler Schwerpunkt des Planungsansatzes ist die Bewältigung der exponentiellen Planungskomplexität, die durch die Anzahl der benötigten Fertigungsschritte und der anwendbaren Fähigkeiten der Roboterzelle gegeben ist. Durch die Kombination mehrerer Strategien verfolgt PaRTs eine zielgerichtete Planung, wodurch der Planungsaufwand deutlich reduziert werden kann. Anhand zweier unterschiedlicher Fallstudien werden die Ergebnisse dieser Arbeit evaluiert und über die simulative sowie die reale Ausführung der automatisch geplanten Roboterprogramme ausgewertet. Im Vergleich zu üblichen Vorgehensweisen bei der Automatisierung von Fertigungsprozessen erlaubt PaRTs eine signifikante Verkürzung der benötigten Entwicklungszeit und minimiert die Ausführungszeit der Fertigung durch den Einsatz paralleler Fertigungsabläufe mit mehreren Robotern. PaRTs ermöglicht dadurch eine effiziente und ökonomische Automatisierung gerade von Produktionen mit hoher Variabilität und geringen Stückzahlen und stellt somit einen vielversprechenden Ansatz für die zukünftige Roboterprogrammierung dar.…