Keine Glaskugel ist nötig, wenn man Situationen in der Produktion im Voraus simulieren kann.

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Schlauchsimulation und Kollisionsschutz Mit Software in die Zukunft blicken

07.12.2016

Dank Simulationssoftware sind vorausschauende Planung und ein sicherer Betrieb von Anlagen möglich. So können bereits bei der virtuellen Inbetriebnahme Freiheiten für Kabel- und Schlauchpakete getestet werden, damit es später nicht zu Kollisionen und teuren Umbauten kommt.

Kabel und Schläuche für Elektrik, Pneumatik und Hydraulik müssen in Maschinen an den Gelenkpunkten frei beweglich sein. Sie virtuell darzustellen, ist eine Herausforderung: Erstens müssen vorhandene, bewegte oder feststehende Störkanten mit einberechnet werden, denn Roboterarme brauchen Bewegungsfreiheit. Zweitens müssen die Krümmung und der Freiheitsgrad der Kabel berücksichtigt werden. Bisher wurden in der Simulation Schläuche und Kabel als starre Elemente in Null-Lage gezeichnet, was wenig mit der Realität zu tun hat. Drittens bedarf es eines erhöhten numerischen Aufwands, einen beweglichen Schlauch zu zeichnen und reelle Bewegungen in Echtzeit zu berechnen. Mit einer Simulationssoftware wie Industrial Physics von Machineering ist das möglich. Derzeit bietet Industrial Physics eine Bibliothek mit mehr als 800 Roboterkinematiken.

In der Simulation können Schläuche und Kabel frei beweglich geplant werden. Sie werden mit CAD-Programmen gezeichnet und bidirektional in die Software übertragen. So stehen alle Daten virtuell zur Verfügung. Sind die beweglichen Elemente in der virtuellen Maschine möglichst realitätsnah integriert, gibt es bei der realen Inbetriebnahme keine bösen Überraschungen. Da bereits bei der virtuellen Inbetriebnahme die Freiheiten für Kabel- und Schlauchpakete getestet werden, kommt es später nicht zu teuren Änderungen. Früher wurde ein starr gezeichneter Schlauch zum Problem, wenn er real beweglich war und mit Störkanten in Berührung kam. Gleiches galt, wenn Länge oder Eigenschaften wie Flexibilität oder Stärke nicht optimal waren. Der Leitungsverlauf wurde oft anhand von Erfahrungswerten abgeschätzt, wobei die Materialeigenschaften und so das reale Verhalten flexibler Bauteile ungenügend berücksichtigt wurden.

Geisterroboter als Kollisionsschutz

Die Durchgängigkeit der Simulation mit simulierten Kabel- und Schlauchpaketen ermöglicht es, die gesamte Maschine virtuell zu planen. Künftig ist es denkbar, dass mit Erfahrungswerten von Schlaucheigenschaften sehr genaue Vorhersagen zur Abnutzung getroffen werden können. Hier ist das Know-how des Maschinenbauers gefragt, welches, kombiniert mit einer Prozesssimulation, eine verlässliche Auslegung ermöglicht. Plötzliche Fehler durch defekte Schläuche gehören so der Vergangenheit an.

Die virtuelle Schlauchbetrachtung im laufenden Betrieb ermöglicht einen Kollisionsschutz. Oft stehen bei robotergesteuerten Prozessen die Roboter auf engem Raum und müssen miteinander funktionieren. Um Kollisionen zu verhindern, lässt Machineering parallel zur virtuellen Maschine einen Geisterroboter laufen, der die nahe Zukunft spiegelt. Die Zeit, die dieser der realen Maschine voraus ist, lässt sich individuell einstellen. Die benötigte Zeit, um eine Kollision zu verhindern, hängt von Faktoren wie Geschwindigkeit oder Anzahl der Packstücke ab. Wenn sich ein Element etwa mit 1m/s bewegt und die Maschine mit 10m/s² abbremsen kann, bedeutet das, dass sie innerhalb von 100 ms stoppen würde. Um dies zu gewährleisten, müsste ein zusätzlicher Sicherheitspuffer eingebaut und die Maschine mit einem Vorlauf von 300 ms auf Kollision überwacht werden.

Die Simulation des Roboterverhaltens unterstützt Unternehmen, die Maschinenrichtlinie einzuhalten. So kann frühzeitig im Entwicklungsprozess die Bewegungsgeschwindigkeit an die Umgebung angepasst werden. In der Nähe von Gerüsten oder Zäunen gibt es klare gesetzliche Vorschriften darüber. Nun kann vor der Inbetriebnahme das Optimum ohne zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand ermittelt werden.

Bildergalerie

  • Schlauchsimulation: Es wird die Abnutzung des bunt markierten Schlauchpaketes untersucht.

    Bild: Machineering

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