Automation: Flexible Systeme für schnellen Wechsel des Teilespektrums

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Flexible Automation ermöglicht schnellen Wechsel des Teilespektrums

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Neue Antriebskonzepte zwingen die Automobilindustrie, unterschiedlichste Teile auf einer Fertigungslinie zu produzieren. Mithilfe von Robotern bietet FFG dafür flexible Lösungen an. ❧

Mona Willrett

Produktionsabläufe für Antriebskomponenten von Fahrzeugen verändern sich gerade grundlegend. Eine Fertigungslinie, die noch vor wenigen Jahren als starres System Millionen gleicher Teile produzierte, soll heute neben unterschiedlichen Bauteilen für Verbrennungsmotoren auch Komponenten für Elektroantriebe produzieren – prozesssicher, auch in mannlosen Schichten. Die Unsicherheit über weitere Entwicklungen bei den Antriebskonzepten führt dazu, dass viele OEMs derzeit nicht in neue Motorenwerke investieren. Stattdessen lassen sie bei Zulieferern fertigen. Doch die wissen oft nicht, ob sie auch den Anschlussauftrag erhalten oder ihre Anlagen bald mit anderen Teilen auslasten müssen.

„Das alles hat die Aufgaben, die uns unsere Kunden stellen, in den letzten Jahren sehr stark verändert“, sagt Gerald Mies. Er verantwortet als Geschäftsführer bei der FFG-Tochter MAG unter anderem den Bereich Factory Automation. Wo früher allein die Produktivität zählte, müssen die Anlagen heute ebenso flexibel sein. Und wo es noch vor wenigen Jahren keine Alternative zum Sonderanlagenbau gab, werden Fertigungslinien heute aus standardisierten Modulbaukästen konfiguriert.

„Hinzu kommt: Durch den Trend zu flexibleren Arbeitszeiten gelingt es vielen Betrieben nicht mehr, ihre dritten Schichten zu besetzen“, fährt Mies fort. „Dieses Problem unserer Kunden mussten wir lösen. Deshalb haben wir unsere Produktionslösungen flexibilisiert. Automationsmodule, die bislang in erster Linie fürs Be- und Entladen mit Werkstücken zuständig waren, übernehmen jetzt auch die Bestückung der Maschinen mit Werkzeugen.“ Doch das sei technisch nicht so einfach zu lösen. Denn: Dabei ist nicht nur exaktes Timing gefragt, die Automation muss auch mit der Steuerung der Maschinen kommunizieren. Wird beispielsweise ein Werkzeug durch einen Prozessfehler beschädigt, so muss die Maschinensteuerung bei der Automation Ersatz ordern.

„Die viel größere Herausforderung besteht jedoch darin, dass sich die Produktionsabläufe stark verändert haben“, betont Mies. Besonders die kurzen Innovationszyklen im Bereich der E-Motoren hätten maßgeblichen Einfluss auf die Fertigungstechnik. Deshalb seien wesentlich flexiblere Automationssysteme heute zwingend.

Komponenten für Verbrennungs- und E-Antriebe können zwar auf denselben Bearbeitungsmaschinen gefertigt werden, Werkzeuge, Vorrichtungen sowie Handhabungstechnik unterscheiden sich jedoch. Wo MAG früher fast ausschließlich auf Portallösungen setzte, kommt es deshalb zunehmend zur Durchmischung mit Robotern. Letztere erfahren über Steuerungsbefehle oder Visionsysteme, welche Teile als nächstes anstehen. Ausgestattet mit Nullpunkt-Spannsystem, Wechselgreifern und Greiferbahnhof, können sich solche Anlagen innerhalb weniger Minuten umstellen.

Ein weiterer Vorteil von Robotern: Sie können ihr Koordinatensystem an die Umgebung anpassen. Anders als ein Portal sind sie nicht darauf angewiesen, dass ein neues Anlagenmodul hochgenau platziert ist. Sie passen ihre Koordinaten der Maschine an und justieren sich selbst. So kann ein Roboter bei Bedarf vergleichsweise schnell und einfach anders positioniert werden.

Dabei spielt es laut Gerald Mies keine Rolle, ob ein einzelnes Bearbeitungszentrum, eine Sondermaschine oder eine Systemlösung zu automatisieren ist. Roboter seien sogar im Low-Cost-Segment angekommen. „Selbst in China werden heute rund 40 Prozent der Werkzeugmaschinen mit Automationslösungen bestückt. Die Zahl der Stand-alone-Maschinen, vor der ein Werker steht, nimmt stetig ab.“

Die Ursprünge des Automationsbereichs lägen bei FFG zwar im Systemgeschäft, „einfach weil dort der Bedarf und die Nachfrage bislang am größten waren“, berichtet Mies. „Inzwischen haben wir aber einen Automationsbaukasten geschaffen, der allen Gruppenmitgliedern die Möglichkeit gibt, ihre Maschinen mit überschaubarem Aufwand entsprechend auszustatten.“ Sind Roboter oder Portal definiert, lassen sich mit den passenden Bändern, Greifern und Vorrichtungen schnell individuelle Lösungen konfigurieren. Und mit digitalen Tools wie dem passenden digitalen Zwilling können die Spezialisten von FFG die Anlage schon für den Produktionsstart vorbereiten oder Prozesse simulieren, während die Anlagen-Hardware sich noch auf dem Weg zum Kunden oder gar in der Fertigung befindet.

MAG präsentierte auf der Messe AMB im vergangenen September erstmals eine vollständig automatisierte Kombination aus innerbetrieblicher Logistik, robotergestützter Werkstückbeladung, automatisiertem Werkzeugwechsel und hochproduktivem Bearbeitungszentrum. Diese Zelle fertigt bedienerlos und hoch flexibel, überwacht und gesteuert über eine Cloud.

Die in Stuttgart gezeigte Anlage bestand aus einem Bearbeitungszentrum der Baureihe Specht mit Palettenwechsler von MAG, einem Vero-S-Nullpunkt-Spannsystem von Schunk, einem an einem Portal hängenden Industrieroboter mit Greiferwechsel und einer innerbetrieblichen Logistik mit fahrerlosen Transportwagen (AGV) – beides von Kuka – sowie einer Cloud-nutzenden Sinumerik-Steuerung von Siemens.

Fahrerlose Transportsysteme bringen Teile

Das AGV kann sich autonom und flexibel im Raum bewegen, bringt Rohteile in den Arbeitsraum des Roboters und holt fertig bearbeitete Werkstücke ab. Videokameras erkennen die Bauteile und deren Lage, damit der Roboter sie sicher und lagerichtig greift. Letzterer wählt passende Greifer aus seinem Vorrat und be- und entlädt anschließend die Paletten auf dem Wechseltisch des Bearbeitungszentrums. Das gewährleistet minimale Nebenzeiten beim Werkstückwechsel. Der automatische Greiferwechsel ermöglicht zudem, mit dem Roboter beispielsweise Werkzeuge oder eine Blaseinrichtung zum Reinigen von Vorrichtungen sowie Werkstücken aus einem externen Zusatzmagazin in das Magazin des Bearbeitungszentrums einzuwechseln. So kann das Fertigungssystem über viele Stunden unterschiedlichste Bauteile – auch als Einzelstücke – bedienerlos fertigen. Gesteuert wird es von einer Siemens Sinumerik, die Daten mit einer Cloud austauschen kann. Der Nutzer ist somit für Industrie-4.0-Anforderungen gerüstet.

„Von den Potenzialen, die eine solche Anlage bietet, profitieren neben Automobilherstellern und Zulieferern auch Lohnfertiger im allgemeinen Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt sowie im Werkzeug- und Formenbau“, sagt Mies. „Je nach Auftragssituation produziert die Anlage in schneller Folge gleiche Teile in Serie oder dank automatisiertem Umrüsten wechselnde Werkstücke. Und das über viele Stunden autonom.“

Keine Gefahr durch KI

Mies sieht keine Gefahr, dass Simulation und Künstliche Intelligenz das Know-how von Fachkräften überflüssig machen könnte: „Wer die Parameter vorgibt, muss wissen, welcher Weg zum idealen Ergebnis führt!“ Ebenso würden Strategie und grundsätzliche Abläufe in der Produktion weiterhin von Programmierern mit entsprechendem Fachwissen vorgegeben. Andererseits könne Software mittels KI dessen Vorgaben nochmals verbessern, Bewegungsabläufe optimieren, Beschleunigungsspitzen glätten und so für flüssige und anlagenschonende Operationen sorgen.

Von den heute im Markt befindlichen Systemlösungen sind laut Mies höchstens 5 bis 10 % flexibel automatisiert. Während bei Tier1-Zulieferern die Durchdringung bei rund 10 % liege, sei der Anteil bei Tier2- oder Tier3-Zulieferern größer. Am schwersten falle die Umstellung noch den OEMs selbst.

Auch beim Thema Fernwartung erlebt der Automatisierungsspezialist noch eine große Zurückhaltung. In Deutschland seien noch immer nur wenige Kunden bereit, dem Ausrüster ein Online-Monitoring seiner Maschinen zu gestatten. Asiatische Kunden seien hier offener und profitierten entsprechend stärker von den Möglichkeiten. „Diesbezüglich brauchen wir hierzulande einen Philosophie-Wechsel.“

Dennoch geht Mies davon aus, dass sich die Produktionslandschaft in den kommenden Jahren komplett verändern wird. „Aus meiner Sicht wird der Verbund aus Werkzeugmaschine, Automation und AGV die starren Produktionseinheiten ablösen. Diese flexiblen Systeme lassen sich nicht nur bei einem Wechsel des Teilespektrums in einer veränderten Zusammenstellung weiter nutzen, sie bieten auch die Möglichkeit, die Verfügbarkeit der einzelnen Maschinen deutlich besser auszuschöpfen.



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