Achim Gauß ist Geschäftsführer Vertrieb & Technologie und verantwortet Innovation und Wirtschaftlichkeit bei Zimmer. Das Unternehmen stellt Automatisierungs-, Maschinen- und Möbeldämpfungskomponenten her. Zuvor war Gauß 22 Jahre bei Homag tätig, zuletzt als Vorstand Forschung & Entwicklung.

Bild: Zimmer

Kommentar Die Multi ProcessCell – agile Losgröße-1-Fertigung

05.09.2019

Ein gesellschaftlicher Trend unserer Zeit ist der Wunsch nach individualisierten Produkten. Die Fertigung – besonders in der Möbelindustrie – unterliegt jedoch einem hohen Preisdruck. Daraus resultierte die Herausforderung, eine Fertigungszelle zu schaffen, die individuelle Bauteile fertigt und das bei gleichzeitig hoher Produktivität.

Achim Gauß war mit diesem Beitrag im A&D-Kompendium 2019/2020 als einer von 100 Machern der Automation vertreten.

In Zusammenarbeit mit einem namhaften Möbelhersteller hat sich unsere Maschinentechnik dieses Problems angenommen und eine roboterbasierte, hochflexible, produktive und modulare Fertigungszelle entwickelt. Die Zelle trägt dazu bei, auch am Hochlohnstandort Deutschland zu wettbewerbsfähigen Kosten produzieren zu können und damit Arbeitsplätze zu erhalten. Sie leistet damit auch einen Beitrag, um individualisierte Produkte erschwinglich zu machen.

Das System kann variable Werkstücke in Losgröße 1 verarbeiten und durch Hinzufügen von weiteren Funktionsmodulen die Leistungsfähigkeit nahezu beliebig skalieren. Der Ausbau der Zellen reicht von wenigen Metern mit einer oder zwei Bearbeitungsstationen bis zu 100 m mit mehr als 30 Bearbeitungsstationen.

Diese Modularität ermöglicht individuelle Lösungen, die schnell in Betrieb genommen werden können, da jedes Modul einzeln vorab getestet werden kann. Sie lässt sich leicht an spezifische Einsatzfälle oder auch dem logistischen Umfeld und den notwendigen Sicherheitskonzepten anpassen. Diese Agilität im vollautomatisierten Umfeld wird momentan von keinem konservativen System am Markt erreicht!

Für jedes dieser Module existiert ein digitaler Zwilling, das heißt, die Software ist für jedes Modul vorhanden und an einem HILS-System (Hardware in the Loop) getestet. Wird eine neue Kombination von Modulen benötigt, kann bereits vor der Disposition ein digitaler Zwilling der gesamten Zelle erzeugt, der Materialfluss getestet und die Leistungsfähigkeit der Anlage in Echtzeit überprüft werden. Dieser HILS-basierte digitale Zwilling begleitet die Anlage während der gesamten Lebenszeit. Er dient als Trainingsgerät für neues Bedienpersonal und zum Vorabtest bei Neuprodukten.

Bestandteile der Multi ProcessCell

Die zum Patent angemeldete Zelle besteht aus drei zentralen Einheiten: einem hochflexiblen Transportmodul, einem Bearbeitungsmodul mit zwei Industrierobotern und skalierbaren Handlingsmodulen. Das Transportmodul sorgt für den Werkstücktransport in der Zelle und verknüpft die Be- und Entladestationen mit den Bearbeitungs- und Messstationen.

Die individuell gesteuerten Transporteinheiten (Shuttles) können je nach Anforderung als Master oder als Slave eingesetzt werden und dabei entweder einzeln oder im Verbund agieren. Dadurch entfällt eine starre Kopplung des Transports, beispielsweise über ein durchgehendes Transportband.

Das zentrale Bearbeitungsmodul besteht aus zwei Industrierobotern, die jeweils mit einer Multibearbeitungseinheit ausgerüstet sind. Die beiden kooperierenden Roboter arbeiten in einem räumlich begrenzten Bereich. Hier wird das Werkstück innerhalb eines sonst fließenden Prozesses kurzzeitig angehalten. Der eng begrenzte Bearbeitungsraum ermöglicht dabei eine Minimierung der Bearbeitungstoleranzen.

Genaue Fertigung durch Inline-Korrektur-Funktion

Eine weitere große Herausforderung ist es, mit handelsüblichen Robotern eine auf ±0,1 mm genaue Fertigung zu ermöglichen. Dazu hat unsere Know-how Factory eine sensorische Inline-Korrektur-Funktion entwickelt, welche die geforderte Präzision permanent überwacht und gegebenenfalls automatisch nachkorrigiert.

Ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Maschinen ist die extrem hohe Anlagenverfügbarkeit der Roboterbearbeitungszelle. Das Transportsystem ist so konzipiert, dass die Shuttles bei Bedarf im Betrieb einzeln ausgeschleust und ausgetauscht werden können. Alle anderen Anlagenkomponenten erfordern im Servicefall oder bei Wartungsarbeiten keine unnötigen Demontagen.

Eine weitere Innovation liegt in der integrierten 48-V-Akku-Zwischenkreispufferung, welche in Kombination mit der Rekuperationsfunktion der Transporteinheiten die Laststromspitzen um circa 85 Prozent und somit den Energieverbrauch der Anlage um mehr als acht Prozent reduziert. Die Zelle kann direkt an ein MES angebunden werden. Die einzelnen Werkstücke werden durch einen Barcode von der Maschinensteuerung eindeutig identifiziert. Damit wird eine umfassende Fertigungskontrolle sichergestellt.

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