Das Ziel ist plug & work

Wenn es um die Konzeption von Sondermaschinen geht, ist die Sichtweise der Mechaniker, Elektriker und Elektroniker von Phoenix Contact heute anders als noch vor wenigen Jahren. Arbeiteten die Fachgruppen in der Vergangenheit weitgehend getrennt voneinander, hat sich mittlerweile die Überzeugung durchgesetzt, dass ein gemeinsamer Entwurf erhebliche Vorteile bietet. Deshalb folgt die gesamte Entwicklung nun den Prinzipien einer mechatronischen Entwicklung nach VDI 2206. Das neue Verfahren hat dabei entscheidende Auswirkungen auf die Umsetzung neuer Baugruppen.

Noch vor einigen Jahren wurde der Auftrag zur Konzeption einer neuen Montage-Baugruppe zunächst durch den für die Mechanik zuständigen Konstrukteur bearbeitet. Bei der Suche nach einer möglichen Lösung waren dem Mitarbeiter die selbst entworfenen Konzepte präsent. Daher war es für ihn naheliegend, dass er eine vorhandene Vorlage an die jeweiligen Anforderungen anpasst, ohne in der Datenbank nach anderen Ansätzen zu suchen. Im Verlauf dieser Vorgehensweise entstanden zahlreiche unterschiedliche Lösungen mit erheblichen Folgekosten für die Inbetriebnahme, Optimierung, Dokumentation und Schulung.

Im Rahmen des neuen Vorgehens beraten die mechatronischen Teams bereits frühzeitig über die Umsetzungsmöglichkeiten. Ergebnis der Gespräche ist eine Master-Lösung, deren entscheidende Elemente dokumentiert werden, sodass sie für eine spätere Verwendung oder ein adaptiertes Konzept, das auf der Master-Lösung basiert, zur Verfügung stehen. Wesentliche Grundlage der Entwicklung ist die vorherige Abstimmung eines Pflichtenhefts, um über die Definition eine möglichst umfassende spätere Nutzung sicherzustellen. Die Automatisierung im Sondermaschinenbau ist also durch folgende Punkte gekennzeichnet:

Im Bereich der Montage-Betriebsmittel sind Handling-Baugruppen eines der am häufigsten eingesetzten Systeme, mit denen Bauteile in Werkstückträger bestückt oder aus ihnen entnommen werden. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Pick&Place-Bewegung. Es gibt jedoch unterschiedliche Anforderungen an die Leistungsfähigkeit einer solchen Baugruppe, die dem Wunsch nach einer standardisierten Einzellösung entgegenstehen. Aus diesem Grund haben die Mitarbeiter eine Reihe von Master-Lösungen entwickelt, um die verschiedenen Forderungen umzusetzen. Der einfachste Ansatz ist ein aus einzelnen Schlitten zusammengesetztes rein pneumatisches Handling. Charakterisiert wird das Konzept durch einen starren Ablauf, bei dem die Endlagen der Bewegungen mechanisch eingerichtet werden können. Die Endpunkte der Vertikalbewegung sind identisch, Abhol- und Ablagepunkt liegen auf einer Höhe. Das bedeutet, dass Zuführ-Baugruppen präzise auf die erforderliche Höhe angepasst werden müssen, was zu einem zusätzlichen Aufwand führt. Als Weiterentwicklung dieses Ansatzes wird die Bewegung der Einheit über eine Bewegungskurve und einen pneumatischen rotatorischen Antrieb erreicht. Die Abhol- und Absetzpunkte sind jetzt in gewissen Grenzen einstellbar, weshalb geringere Anforderungen an die Peripherie der Einheit gestellt werden. Analoge Lösungen mit motorischem Antrieb erlauben eine Leistungssteigerung sowie die Programmierung der Anwendung. Schließlich gibt es in alle Richtungen frei programmierbare Einheiten, die in der Regel von Linearmotoren angetrieben werden.

Die elektrischen Handling-Einheiten zeichnen sich durch eine hohe Dynamik von bis zu 120 Takten pro Minute sowie eine hohe Positioniergenauigkeit aus. Die frei programmierbaren Systeme, die verschleißarm und energiesparend arbeiten, werden über standardisierte Schnittstellen geregelt. Das Produktprogramm des Blomberger Unternehmens ist durch eine große Varianz in der Ausprägung der einzelnen Komponenten charakterisiert. Der zunehmende Automatisierungsgrad in den Montageautomaten erfordert daher die Verwendung von Geräten, die die Anforderungen an erhöhte Flexibilität, schnelles Rüsten sowie hohe Verfügbarkeit und Dynamik erfüllen. Wurde bisher von einer Massenfertigung gesprochen, die zu Varianten fähig ist, geht der Trend nun zur Variantenfertigung unter den Bedingungen einer Massenproduktion. Das Ziel eines one-piece-flow in der Massenfertigung stellt das logische Ende dieser Entwicklung dar. Den Anforderungen eines solchen Herstellungsprozesses können nur vollelektrische Handlings gerecht werden.

Eine Herausforderung für die Automatisierung ist die einfache Nutzung der beschriebenen Geräte. Denn oftmals werden die Handling-Einheiten in einer Umgebung eingesetzt, in der kein Elektroniker mit Notebook und Software-Sammlung des Herstellers zur Verfügung steht, wenn ein Problem auftritt oder eine Erweiterung des Produktspektrums vorgenommen werden muss. Die Vorteile der flexiblen Verwendung elektrischer Handlings kommen erst dann voll zum Tragen, wenn

Da die am Markt erhältlichen technischen Lösungen nicht einfach gegeneinander ausgetauscht werden können und somit Geräte unterschiedlicher Anbieter genutzt werden, verfolgt der Bereich Manufacturing Solutions einen anderen Weg. Ziel ist es, die jeweiligen Komponenten mit einer einheitlichen Oberfläche zu programmieren und zu bedienen. Die größten Schwierigkeiten ergeben sich dabei aus der unterschiedlichen Bezeichnung, doppeldeutigen Begrifflichkeiten oder der nicht korrekten Einhaltung standardisierter Protokolle. Die Programmierung der Handling-Einheiten erfolgt mit der Automatisierungs-Software PC Worx von Phoenix Contact, während zur Visualisierung das Tool WebVisit verwendet wird. Damit sind die Voraussetzungen für eine geräteunabhängige Programmierung, Inbetriebnahme und Wartung geschaffen.

Dipl.-Ing. Wilhelm Grabbe, Phoenix Contact, Blomberg