Die vorliegende Arbeit beschreibt exemplarisch die Schritte zur Produktentwicklung nach VDI 2221. Es gilt, eine Flaschenöffnungsmaschine zu entwickeln, welche die Kronkorken automatisiert von den Getränkegebinden entfernt. Die Aufgabestellung soll dazu dienen, die erlernten Methoden im Modul Konstruktionssystematik zu vertiefen und selbige rational anzuwenden.
Es gilt eine Maschine zu planen, zu entwerfen und zu konstruieren, welche das automatisierte Öffnen von Getränkeflaschen unterschiedlicher Formate ausführt. Bei den Gebinden handelt es sich um so genannte Rahmenkästen, welche in unterschiedlichsten Formaten bereitgestellt werden. Die Verschlüsse der Flaschen differenzieren sich in Kronkorken und Schraubverschlüsse. Die Getränkekiste wird vom Bediener bereitgestellt und soll automatisch geöffnet, sowie die entfernten Deckel entsorgt werden. Anschließend ist die geöffnete Getränkekiste in Griffhöhe bereit zu stellen.
Weiterhin ist gefordert, dass die Maschine eine Kiste pro Minute bearbeitet. Zusätzlich sollen sich in der Ausgabestation zu jedem Zeitpunkt zwei geöffnete Kisten befinden.
Aus dieser Beschreibung ergibt sich die im folgenden Abschnitt aufgeführte Anforderungsliste. Aus dieser Anforderungsliste resultieren die geforderten Funktionen der Maschine.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufgabenstellung
2 Anforderungsliste
3 Funktionsliste
3.1 Hauptfunktion
3.2 Teilfunktionen
3.3 Lösungsmatrix der Teilfunktionen (Morphologischer Kasten)
4 Ermittlung von Bewertungskriterien
4.1 Systematisierungskriterien
5 Gewichtung von Bewertungskriterien (binärer Vergleich)
6 Ermittlung von Lösungen
7 Beurteilung und Auswahl von Teillösungen
7.1 subjektive Lösungsbewertung
7.2 subjektive Lösungsbewertung anhand der Wartungsfreundlichkeit
7.3 subjektive Lösungsbewertung anhand der Zuverlässigkeit
7.4 subjektive Lösungsbewertung anhand der Ressourcen/ Energieorientierung
7.5 subjektive Lösungsbewertung anhand der Hygiene/Reinigungskriterien
7.6 subjektive Lösungsbewertung anhand der Kosten
7.7 subjektive Lösungsbewertung anhand der Geschwindigkeit
7.8 subjektive Lösungsbewertung anhand der Bedienerfreundlichkeit
7.9 subjektive Lösungsbewertung anhand der Optik
7.10 subjektive Lösungsbewertung anhand der Flexibilität
7.11 subjektive Lösungsbewertung anhand der Betriebssicherheit
7.12 subjektive Lösungsbewertung anhand der Größe
8 Wertungsmatrix
8.1 Wertungsmatrix für Teilfunktion Kiste Bereitstellen
8.2 Wertungsmatrix für Teilfunktion Flasche erkennen
8.3 Wertungsmatrix für Teilfunktion Flasche öffnen
8.4 Wertungsmatrix für Teilfunktion Verschluss entsorgen
8.5 Wertungsmatrix für Teilfunktion Kiste ausfördern
9 Die Black Box
9.1 Die Black Box des Gesamtsystems
9.2 Aufteilung in Teilsysteme
9.2.1 Blackbox des Teilsystems Kiste bereitstellen
9.2.2 Blackbox des Teilsystems Verschluss erkennen
9.2.3 Blackbox des Teilsystems Flasche öffnen
9.2.4 Blackbox des Teilsystems Verschluss entsorgen
9.2.5 Blackbox des Teilsystems Kiste ausgeben
9.3 Aufgabenverteilung
9.3.1 Feineinteilung
10 Kombination der Teillösungen
10.1 Entwurfsskizze
11 Funktionsbeschreibung
11.1 Initialisierungsschritt
11.2 Öffnungsalgorithmus
11.2.1 Deckel entsorgen
11.3 Ausschleusung
11.4 Sicherheitsrelevante Maßnahmen
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit hat zum Ziel, eine automatisierte Flaschenöffnungsmaschine nach VDI 2221 zu planen und zu konstruieren, die verschiedene Gebindeformate und Verschlussarten effizient verarbeitet. Die zentrale Forschungsfrage liegt in der methodischen Entwicklung eines Systems, das den gesamten Prozess von der Bereitstellung der Getränkekiste bis hin zur Ausschleusung der geöffneten Flaschen unter Berücksichtigung definierter technischer Anforderungen und Sicherheitsstandards sicherstellt.
- Methodische Produktentwicklung gemäß VDI 2221
- Strukturierung der Funktionen mittels Black-Box-Verfahren
- Objektive Bewertung von Teillösungen durch eine Wertungsmatrix
- Konstruktive Ausarbeitung inklusive Entwurfsskizze
- Integration von Sicherheitskonzepten für den Betrieb
Auszug aus dem Buch
1 Aufgabenstellung
Im Verlauf des Moduls Konstruktionssystematik, im Sommersemester 2010, der Fachhochschule Südwestfalen Standort Soest, ist folgende Aufgabenstellung zu bearbeiten.
Es gilt eine Maschine zu planen, zu entwerfen und zu konstruieren, welche das automatisierte Öffnen von Getränkeflaschen unterschiedlicher Formate ausführt. Bei den Gebinden handelt es sich um so genannte Rahmenkästen, welche in unterschiedlichsten Formaten bereitgestellt werden. Die Verschlüsse der Flaschen differenzieren sich in Kronkorken und Schraubverschlüsse. Die Getränkekiste wird vom Bediener bereitgestellt und soll automatisch geöffnet, sowie die entfernten Deckel entsorgt werden. Anschließend ist die geöffnete Getränkekiste in Griffhöhe bereit zu stellen.
Weiterhin ist gefordert, dass die Maschine eine Kiste pro Minute bearbeitet. Zusätzlich sollen sich in der Ausgabestation zu jedem Zeitpunkt zwei geöffnete Kisten befinden. Aus dieser Beschreibung ergibt sich die im folgenden Abschnitt aufgeführte Anforderungsliste. Aus dieser Anforderungsliste resultieren die geforderten Funktionen der Maschine.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenstellung: Definition der Anforderungen und Zielsetzungen für die Entwicklung einer automatisierten Flaschenöffnungsmaschine.
2 Anforderungsliste: Zusammenstellung der Festanforderungen, Minimal-/Maximalanforderungen sowie Wünsche an das System.
3 Funktionsliste: Festlegung der Haupt- und Teilfunktionen sowie deren systematischer Lösungsansatz mittels morphologischem Kasten.
4 Ermittlung von Bewertungskriterien: Definition der elf relevanten Systematisierungskriterien für die anschließende Bewertung.
5 Gewichtung von Bewertungskriterien (binärer Vergleich): Relativierung der Kriterien durch einen binären Vergleich zur Festlegung ihrer Wichtigkeit.
6 Ermittlung von Lösungen: Herleitung verschiedener Lösungsansätze basierend auf dem morphologischen Kasten.
7 Beurteilung und Auswahl von Teillösungen: Objektiver Vergleich und subjektive Bewertung der Lösungsansätze.
8 Wertungsmatrix: Detaillierte Berechnung der optimalen Lösung durch Einzelbewertungen und Gewichtung.
9 Die Black Box: Systematisierung der Energie-, Stoff- und Informationsflüsse innerhalb des Gesamtsystems und der Teilsysteme.
10 Kombination der Teillösungen: Integration der gewählten Lösungen in eine finale Entwurfsskizze.
11 Funktionsbeschreibung: Erläuterung des Initialisierungsprozesses, des Öffnungsalgorithmus, der Deckelentsorgung sowie der Sicherheitsmaßnahmen.
Schlüsselwörter
Produktentwicklung, VDI 2221, Konstruktionssystematik, Flaschenöffnungsmaschine, Morphologischer Kasten, Wertungsmatrix, Black-Box-Verfahren, Automatisierung, Teilsysteme, Funktionsbeschreibung, Sicherheitskonzept, Kronkorken, Schraubverschlüsse, SPS, Öffnungsalgorithmus.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Ziel der beschriebenen Arbeit?
Das Ziel ist die systematische Planung und Konstruktion einer automatisierten Flaschenöffnungsmaschine, die in der Lage ist, Kronkorken und Schraubverschlüsse von Flaschen in verschiedenen Kistenformaten zu entfernen.
Welche zentralen Themenfelder behandelt das Dokument?
Die Arbeit behandelt die methodische Produktentwicklung nach VDI 2221, die Funktionsanalyse mittels Black-Box-Methodik, die Bewertung von Konzepten durch mathematische Wertungsmatrizen sowie die detaillierte Funktionsbeschreibung eines komplexen Automatisierungssystems.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär zur Lösungsfindung angewandt?
Zur Lösungsfindung wird die Methode des morphologischen Kastens verwendet, ergänzt durch einen binären Vergleich zur Gewichtung der Bewertungskriterien und detaillierte Wertungsmatrizen zur Identifikation der optimalen technischen Lösung.
Welche Anforderungen muss die Maschine erfüllen?
Neben dem automatisierten Öffnen und der Deckelentsorgung muss die Maschine eine Kapazität von einer Kiste pro Minute aufweisen, verschiedene Kistenformate verarbeiten können und Sicherheitsstandards gemäß UVV einhalten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit detailliert beschrieben?
Der Hauptteil befasst sich mit der systematischen Aufteilung des Systems in Black-Box-Teilsysteme, der Aufgabenverteilung innerhalb des Teams sowie der konkreten Funktionsweise der Maschine, inklusive Sensorik, Greifersteuerung und Sicherheitslogik.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Projekt am besten?
Die zentralen Schlüsselbegriffe sind Produktentwicklung, VDI 2221, Konstruktionssystematik, Wertungsmatrix, Automatisierung und Funktionsbeschreibung.
Wie werden die unterschiedlichen Verschlussarten von der Maschine erkannt?
Die Erkennung der Verschlussart (Kronkorken oder Schraubverschluss) erfolgt über einen 3D-Lasersensor, dessen Daten durch eine bildverarbeitende Software ausgewertet werden, um der Steuerung (SPS) die entsprechenden Parameter zu übergeben.
Welche Rolle spielt die Sicherheitstechnik in der Konstruktion?
Die Sicherheitstechnik ist in drei Ebenen unterteilt, die von Not-Aus-Schaltern und mechanischen Verriegelungen bis hin zu Software-Endschaltern und Überlastschutzschaltern reichen, um sowohl den Bediener als auch die Maschinenstruktur zu schützen.
Wie funktioniert die Entsorgung der entfernten Deckel?
Die Entsorgung nutzt das Prinzip des Staudrucks: Beim Öffnen der Greifarme wird der Abluftstrom so umgelenkt, dass die Deckel physikalisch gezielt in ein Auffangbehältnis befördert werden.
Welche Steuerungshardware kommt zum Einsatz?
Als Steuerung wird ein Industrie-PC der Firma Siemens verwendet, auf dem die SPS-Software (SoftSPS) sowie die Bildverarbeitung als Windowsapplikation laufen.
- Citar trabajo
- Florian Kamin (Autor), 2009, Exemplarische Produktentwicklung nach VDI 2221: Konstruktion einer Flaschenöffnungsmaschine, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/296237
