Roboter und Schneidanlagen schnell und effizient programmieren

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Von: CENIT AG Digital Factory Solutions
JENOPTIK-VOTAN® BIM: Programmierung via Simulation
JENOPTIK-VOTAN® BIM: Programmierung via Simulation

Beim Laserschneiden kommt es auf Präzision und Geschwindigkeit an. Die Programmierung exakter Bahnen, sei es mit oder ohne externe Achsen, und der Einsatz dynamischer Spannwerkzeuge, ist selbst bei einfachen Werkstücken eine anspruchsvolle und zeitintensive Aufgabe, die voller Konzentration bedarf.
Die digitale Transformation bringt eine völlig neue Dynamik in diesen Bereich. Sie wird die Abläufe und Arbeitsweisen beim Trennen und Fügen nachhaltig verändern. Der Roboter und Maschinenprogrammierung steht eine umwälzende, chancenreiche Entwicklung bevor.

Neue Chancen für Lohnfertiger
Der Trend zu immer stärker individualisierten Produkten führt zu steigenden Produktvarianten bei gleichzeitig sinkenden Stückzahlen. Gleichzeitig verlangen Unternehmen von ihren Lieferanten gleichbleibende Qualität, pünktliche Lieferung und die Flexibilität, ihr Angebot schnell an sich ändernde Anforderungen anzupassen. Der Einsatz von roboterbasierenden Anwendungen wird daher ständig zunehmen und insbesondere kleine Losgrößen bis zur Einzelstückfertigung erfassen.
Die Technik dafür ist heute schon verfügbar. Werkzeuge der Digitalen Fabrik, also die Planung, Offline-Programmierung, Simulation und Optimierung von Fertigungsprozessen am Computer, sind Schlüsseltechnologien, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Wer hier zögert, verspielt seine Zukunft! Doch wer die sich bietenden Chancen konsequent nutzt, kann sich im Wettbewerb mustergültig positionieren.

Hochautomatisierte Laserschneidapplikation

Hochautomatisierte Laserschneidapplikation inklusive computergestützter Vorrichtungsfertigung

Beispiel Baumaschinenindustrie
Große Bauprojekte erleben seit geraumer Zeit einen Boom. Alleine die Modernisierung der öffentlichen Infrastruktur – Straßen, Brücken, Krankenhäuser, Flughäfen und Verkehrsknotenpunkte – wird bei Ingenieur- und Bauunternehmen über Jahre hinweg für volle Auftragsbücher sorgen. Dazu kommen privatwirtschaftliche Projekte aus den Bereichen Wohnungs- und Industriebau bis hin zu Stadien und Veranstaltungsorten. Diese Liste lässt sich beliebig erweitern. Das bedeutet für die Hersteller von schweren Baufahrzeugen und Baumaschinen eine hohe Nachfrage nach ihren Produkten.
Bauunternehmen benötigen viele Geräte, vom Kompaktlader bis zum Bagger, vom Auslegerkran bis zur Hubarbeitsbühne. Unternehmen fordern auch hier von ihren Lieferanten gleichbleibende Qualität, pünktliche Lieferung und die Flexibilität, ihr Angebot schnell an die sich ändernden Anforderungen anzupassen.

Automatisierung der traditionell manuellen Arbeitsschritte bei der Herstellung von Schwermaschinen
Der Schlüssel liegt in der Automatisierung der traditionell manuellen Arbeitsschritte bei der Herstellung dieser Schwermaschinen. Deshalb haben zukunftsorientierte Baufahrzeug- und Baumaschinenhersteller Robotersysteme für das Schneiden, Fügen und Lackieren in ihre Produktionslinien integriert. Roboter und Maschinen garantieren eine gleichbleibende Prozessqualität. Sie sorgen beispielsweise für einen stets perfekten Neigungswinkel, nutzen eine konstante und optimale Schneidgeschwindigkeit und wenden automatisch die perfekten Schneidparameter und Zyklen an. So können die Hersteller auch bei kleinen Stückzahlen hohe Qualität und maximale Effizienz erreichen.

Vorteil eines automatisierten Systems: es kann alle Schneidparameter in Echtzeit überwachen und eventuell notwendige Anpassungen automatisch vornehmen. Ein Mausklick und das Nachbearbeiten der Kanten entfällt! Das sind überzeugende Argumente für die Automatisierung von Schneidaufgaben bei der Herstellung von Fahrzeugen und Maschinen.

Prima Power Laserschneidanlage in der Simulation für die Offline-Programmierung (OLP)


Der beste Roboter und die beste Maschine sind jedoch nur so gut, wie ihre jeweilige Programmierung. Insbesondere bei Prototypen, kleinen Losgrößen und Kleinserien stoßen die Fahrzeug- und Maschinenhersteller an die Grenzen des Fachkräftemarktes. Erfahrene Roboterprogrammierer und Schneidfachingenieure sind rar. Die Ausbildung ist umfassend und der Markt sehr dynamisch. Ständig kommen neue Fertigungsmethoden und Prozesse hinzu. Es ist schon Herausforderung genug, bei den Fachthemen auf dem Laufenden zu blieben. Und sollen sich die Mitarbeiter auch noch mit hochkomplexen Robotik- und Automatisierungsthemen beschäftigen?

Simulation von Laseranlagen
Genau hier setzt die moderne Offline-Programmierung an. Sie kann beim Training und der Programmierung automatisierter Laseranlagen wertvolle Dienste leisten. Bisher verfolgen die Programmiersysteme für Roboter und Maschinen den Ansatz, eine Anlage und deren dedizierte Steuerung möglichst exakt virtuell abzubilden. Diese Werkzeuge orientieren sich konsequent an den herstellerspezifischen Eigenschaften und sind daher kaum miteinander kompatibel. Ein Experte aus der Maschinenprogrammierung tut sich schwer, wenn es um die Programmierung einer Roboteranlage geht und umgekehrt. Zudem kommen laufend neue Hersteller – oft mit eigenen Steuerungen – auf den Markt. Es wird daher immer schwieriger, sich vollumfassendes Know-how anzueignen, geschweige denn, immer und für jeden Hersteller auf dem neusten Stand zu sein und zu bleiben.
Doch es geht auch anders! Anstatt eine Maschine oder einen Roboter auf klassische Art und Weise zu programmieren, kann ein Bauteil mit allen bereits vorhandenen Daten herangezogen werden. Eine prozessorientierte Beschreibung ersetzt dabei die Programmierung. Sie erfolgt prozessorientiert auf einer neutralen Ebene und in einer universellen Beschreibungssprache. Das fertige Ergebnis wird dann automatisiert in ein ausführbares Schneidprogramm der spezifischen Steuerung konvertiert. Die Syntax inklusive aller proprietären Befehle und Zyklen wird dabei exakt übertragen und ausgeführt.

Programmieren am Beispiel einer JENOPTIK-VOTAN® BIM
BIM-Anlagen (Beam in Motion) kombinieren einen feststehenden Laser mit robotergestützten Bewegungsabläufen. Kernstück sind Laserroboter mit integrierter Strahlführung. Da der Laserstrahlengang integriert geführt wird, können sich die Achsen der Roboterarme im Idealfall etwa 60 Prozent schneller bewegen. So können deutlich kürzere Taktzeiten erreicht werden als bei konventionellen Laserrobotern.


Integrierte Strahlführung bei der JENOPTIK-VOTAN® BIM (Beam in Motion)


Um diesen Vorteil optimal zu nutzen, hat die Programmierung der Anlagen eine Schlüsselrolle inne. Anhand des folgenden Beispiels wird in neun einfachen Schritten aufgezeigt, wie schnell und einfach eine moderne Programmierung von der Hand geht. Tatsächlich finden nur zwei Schritte an der realen Anlage statt, der Rest läuft virtuell und digital:

  1. Standardanlage und Komponenten sind in einer Bibliothek vorhanden. Das Bauteil wird via CAD in einem der gängigen Formate inklusive der Features und Metadaten eingelesen.
  2. Das Werkstück wird in der Anlage virtuell positioniert. Die Roboter werden auf Erreichbarkeit, Konfiguration und eventuelle Singularitäten hin überprüft. Und mögliche Kollisionsräume zwischen Werkstück, Roboter und Spannvorrichtungen sofort visualisiert.
  3. Das Werkstück wird anhand vorgegebener Daten bearbeitet, Konturen definiert und die Prozessparameter definiert.
  4. Offline-Programmierung: Die Programme werden über FASTSUITE computergestützt generiert. Konfiguration, Kollision und Interpolation werden automatisiert überwacht und optimiert.
  5. Dann folgt mit einer kurzen Kalibrierung der Vorrichtung der erste Schritt in der realen Anlage:
    → reale Werkstückposition
    → Anpassen der Trajektorien
  6. Unmittelbar danach folgt auch schon der Download auf die Maschine.
  7. Nun folgt mit dem realen Schneidvorgang der eigentliche und einzige Bearbeitungsschritt auf der realen Maschine.
  8. Je nach Bauteilanforderung und Losgröße können vor der Endkontrolle in einem vorletzten Schritt noch weitere Optimierungen und Freifahrten oder Positions-, Qualitäts- und Geometrieanpassungen gemäß Kundenwunsch erfolgen.
  9. Der letzte Schritt ist dann nur noch die Endkontrolle.


JENOPTIK-VOTAN® BIM: Download und Schneidvorgang

Bei einer vernetzten Welt und einer durchgängig digitalisierten Produktion spielt der jeweilige Produktionsschritt nur noch eine untergeordnete Rolle. Damit das Prinzip reibungslos funktioniert, müssen sich alle Fertigungsebenen schnell und direkt untereinander austauschen können. Proprietäre Insellösungen sind nicht mehr zeitgemäß.

In einer digital transformierten Welt spielt es keine Rolle mehr, ob bei einem Prozess Material getrennt, gefügt oder disponiert wird. Genauso wie es keinen Unterschied mehr macht, ob dieser Prozessschritt von einem Werker, einer Maschine oder einem Roboter ausgeführt wird. In einer modernen Produktion verschmelzen die Fertigungsebenen. Ein Bauteil wird per Laser geschnitten, mit Lichtbogen geheftet und geschweißt und anschließend mit einer Sprühapplikation lackiert.

Warum soll man künftig noch unterschiedliche Programmiersysteme in unterschiedlichen Prozessebenen einsetzen, wenn man doch heute schon alles auf einer einzigen Plattform erledigen kann? Folgerichtig werden klassische Systeme zeitnah durch interdisziplinäre und einfache Prozessbeschreibungen abgelöst, die für jeden Prozess, für jeden Roboter und für jede Maschine ein und dieselbe universelle Beschreibungssprache nutzen.


Diverse Roboter mit verschiedenen Endeffektoren (Werkzeugen) für unterschiedliche Technologien:
Schneiden, Entgraten, Heften, Fügen, Kleben, Lackieren, Prüfen, Greifen und Montieren.

Die Zeit ist reif für einen Generationswechsel bei der Roboter- und Anlagenprogrammierung. Seit der Veröffentlichung des Impulsbeitrages „CAD-Systeme bilden Basis für Offline-Programmierung“ von Dr. FrankPeter Poschmann sind 30 Jahre vergangen. Die Welt ist schneller geworden, digital und vernetzt. <AutomationML/> (Automation Markup Language) steht als universale und zukunftsfähige Beschreibungssprache bereit.

Die FASTSUITE Edition 2 greift all das auf und ändert so die Art und Weise der OfflineProgrammierung für Roboter und Maschinen grundlegend und nachhaltig. FASTSUITE ist eine OLP-Plattform der neusten Generation: technologieorientiert, skalierbar und herstellerneutral.


Best Practice Crown Gabelstapler GmbH
Crown gehört zu den fünf größten Gabelstapler-Herstellern der Welt. Das USamerikanische Familienunternehmen verfügt über ein globales Produktions-, Vertriebs und Servicenetzwerk mit 19 Fertigungsstandorten in aller Welt sowie mehr als 500 Vertriebsstandorten in 84 Ländern. Die Kundenorientierung und den hohen Qualitätsmaßstab stellt Crown durch eine hohe Fertigungstiefe sicher: Bis zu 85 Prozent der Komponenten stammen aus der eigenen Produktion.


KUKA Lichtbogenschweißanlage

Crown produziert seit 1986 Stapler in Roding, Deutschland. In über 30 Jahren gingen von hier immer wieder Akzente für Innovationen in der Fertigung aus. Insofern wundert es auch nicht, dass Mads Adreasen, Director of Manufacturing, die Einführung von Schweißrobotern für seinen Standort vorangetrieben hat. Heute gibt es im Maschinenpark mehrere komplexe Roboteranlagen mit bis zu 13 Achsen.


Qualität erreicht Crown-Standard
Statt mehrerer Tage, dauert das Programmieren eines neuen Werkstücks oder einer neuen Teile-Variante nur noch wenige Stunden. Weil die Programmierung in der Simulationsumgebung von FASTSUITE geschieht, also parallel zum Produktivbetrieb der Anlage, werden die Stillstandzeiten der Anlage wesentlich verringert. Die Produktionsunterbrechung zum Einrichten und Teachen neuer Bauteile wird damit auf ein Minimum reduziert. Die vorherige Simulation des Schnittes eines neuen Bauteils hat zudem positive Auswirkungen bis in die Entwicklung und Konstruktion. Der Werkzeugbau kommt schneller zu der passenden Vorrichtung, weil die Anlage mit allen Kinematiken als simulierfähiges 3D-Modell vorliegt. Statt den realen Vorrichtungsprototypen mehrfach zu testen, kann die virtuelle Vorrichtung zuerst auf Zugänglichkeit geprüft werden und anschließend real gebaut werden. Neue Bauteile können während der Entwicklung für die spätere Fertigung optimiert werden.

Miteinander aller Ebenen von Anfang an
Der Erfolg eines Projekts hat auch oft damit zu tun, dass Beteiligte aus unterschiedlichen Abteilungen von Anfang an eingebunden werden. Laserexperten, Schweißfachleute, Roboterprogrammierer, Arbeitsvorbereitung und Fertigungsplaner, FertigungsprozessManagement sowie Werksleiter und Anlagenbediener. Die Simulation ist dabei der rote Faden und bildet die Basis für eine neue und direkte Art der Kommunikation zwischen den Entscheidungsebenen. „Bei Crown stehen alle hinter der neuen Lösung und nutzen die Möglichkeiten der Offline-Programmierung (OLP). Das Arbeiten hat sich verändert – zum Positiven. Der Aufwand und die Investition haben sich in jeder Hinsicht gelohnt“, berichtet Mads Andreasen: „Das OLP-Projekt ist in erster Linie gut für unsere Wirtschaftlichkeit. Aber wir sehen auch, dass unsere Mitarbeiter sehr zufrieden sind und das ist uns bei Crown ebenso wichtig.“

Weitere Informationen unter:
www.fastsuite.com/schweissen
www.fastsuite.com/offline-programmierung

Autor und fachlicher Ansprechpartner
Leo Bartevyan
Senior Account Manager
CENIT AG, Digital Factory Solutions
Halskestraße 38, D-40880 Ratingen
Tel.: +49 (0) 2102 55115 64
Fax: +49 (0) 2102 55115 99
E-Mail: L.Bartevyan@cenit.com
www.cenit.de

Über CENIT
CENIT ist der Partner für die erfolgreiche digitale Transformation. Kunden verfügen mit CENIT an ihrer Seite über weitreichende Möglichkeiten zur Optimierung ihrer horizontalen und vertikalen Geschäftsprozesse. Innovative Technologien aus den Bereichen Product Lifecycle Management, Digitale Fabrik und Enterprise Information Management schaffen dafür die Basis. Die Kompetenz der CENIT-Berater entsteht aus der Kombination von fachübergreifendem Prozessverständnis und tiefer Fach-Expertise. Der durchgängige Beratungsansatz gibt CENIT Kunden die Sicherheit, dass ihre Lösungen mit dem Verständnis für ihre gesamte Wertschöpfungskette entstehen. Als ganzheitlich aufgestellter Partner seiner Kunden übernimmt CENIT die Verantwortung von der Beratung über die Einführung innovativer IT-Lösungen bis zum wirtschaftlichen Betrieb. Das CENIT-Team stellt sich auf die spezifische Situation des Unternehmens ein und gewährleistet damit die Praxisnähe, die messbare operative Optimierungen erst ermöglicht. Seit 30 Jahren realisiert CENIT damit Wettbewerbsvorteile für namhafte Kunden in Schlüsselindustrien der Wirtschaft. CENIT beschäftigt rund 800 Mitarbeiter, die weltweit Kunden aus den Branchen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, Werkzeug- und Formenbau, Finanzdienstleistungen, Handel und Konsumgüter betreuen.
www.cenit.com

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