Simulation vor der Umsetzung, Flexibilität für zukünftige Aufgaben, bessere Bildverarbeitung und Steuerungen aus einer Hand: Wer diese Punkte beherzigt, kommt mit wenig Aufwand zu einem wirtschaftlichen Robotersystem.
Dipl.-Wirt.-Ing. Ulf Langenberg ist Vertriebsingenieur bei der Adept Technology GmbH in Dortmund
Der Anschaffungspreis eines Roboters ist wichtig. Doch welche Kosten das komplette System über die gesamte Dauer seiner Nutzung verursacht, sollten die Projektverantwortlichen auch wissen. Leider messen sie diesen Folgekosten oft nicht die Bedeutung bei wie der Erstinvestition.
Die Wirtschaftlichkeit eines Robotersystems über die gesamte Projektdauer schon im Vorfeld zu berechnen, ist kaum möglich. Welche Aufwendungen während der Laufzeit des Systems anfallen werden, kann bei der Planung des Projektes meist nur anhand von Systemleistungen geschätzt werden. Aber es gibt Planungshilfen!
Das Modell „Total Cost of Ownership“ (TCO) definiert die zu erwartenden Gesamtkosten einer Anlage hinsichtlich Ankauf, Installation, Betriebskosten, Wartung, Support, späteren Updates und Schulungen. Obwohl die resultierenden Zahlen im Einzelnen sehr diskussionswürdig sein können, liefert dieses Modell doch wichtige Ansatzpunkte zur langfristigen Planung einer Anlage.
Die unmittelbaren Anschaffungskosten für ein Investitionsgut sind nach einer Studie aus den USA nur von untergeordneter Bedeutung. Sie gehen nur zu etwa 20 bis 25 % in die TCO-Betrachtung ein. Hohe Kosten entstehen in der Regel durch
– Stillstandszeiten,
– hohe Rüstzeiten und
– nicht optimal ausgelastete Systeme.
Das Ziel von Roboter- und Systemlieferanten muss demnach sein, die TCO über die gesamte Projektlaufzeit beim Kunden zu minimieren. Verantwortungsbewusste Roboterhersteller und Systemhäuser versuchen deshalb, bereits im Vorfeld die Anforderungen an das System detailliert herauszuarbeiten. Bewährt haben sich Machbarkeitsstudien und Ermittlungen der Zykluszeiten bei der Handhabung der entsprechenden Teile.
Für die Erarbeitung von Montagekonzepten bietet eine leistungsfähige Simulationssoftware erfahrungsgemäß den schnellsten Weg, erste verlässliche Resultate zu erzielen. Ebenso können mit einer solchen Software die Sicherheit (Kollisionsvermeidung) und die Kontinuität (Taktzeiten und Zyklen) des Fertigungsablaufs überprüft und bei bereits laufendem System optimiert werden. Ziel ist eine optimale Effizienz des Systems mit Flexibilität und Potenzial für einen zukünftigen Ausbau.
Ein weiteres Problem: Das Fertigen kleiner Losgrößen nimmt zu. Langfristig wirtschaftlich können nur sehr flexible Systeme sein. Dies erfordert eine Anlagenkonzeption, die auch die Lösungen für Montage- und Handling-Aufgaben der Zukunft ermöglicht.
Verlässliche Resultate durch Simulation
Eine weitere sehr anspruchsvolle Aufgabe ist die Minimierung von Rüstzeiten bei einem Produktwechsel. Im Bereich der Automatisierungstechnik wird sie mit Hilfe von Industrierobotern bereits erfolgreich praktiziert. Zuführ- und Transportsystem werden heute so flexibel konstruiert, dass sich die Aufwendungen für die Rüstzeiten darauf reduzieren, die Greifer zu wechseln und die entsprechende Software aufzurufen.
Produktspezifische Hardwareautomationen oder Zuführsysteme (Wendelförderer) haben in diesem Bereich große Defizite. Diese Applikationen können bei kurzen Produktwechseln weniger schnell angepasst werden. Oft ist eine Neukonstruktion notwendig.
Ein Schlüssel zu mehr Effizienz sind die Bildverarbeitung (Lage- und Objekterkennung von Fördergut) und flexible Zuführsysteme (Vereinzelung von Schüttgut). Dies gilt vor allem bei Anwendungen, die über einfaches Pick and place hinausgehen. Moderne Technik macht es einfacher, neue Teile einzulernen, die später von der Bildverarbeitung in Lage und Größe erkannt und vom Roboter aufgenommen werden sollen.
Werden die Einzelkomponenten, wie Roboterkinematik, flexibles Zuführsystem und Bildverarbeitung, durch einen einzigen Controller gesteuert, sinken Wartungsaufwand, Support und Schulungsaufwand beträchtlich. Darüber hinaus ermöglicht eine Lösung aus einer Hand einen stabilen Betrieb durch weniger interne Schnittstellen als bei einer Anordnung von Systemen verschiedener Hersteller. Ebenso wird weniger Rechnerleistung zur Schnittstellenkommunikation beansprucht. Das System wird leistungsfähiger.
Alle Kinematiken mit einer Software steuern
Die meisten Roboterhersteller sind spezialisiert auf bestimmte Kinematiken, wie Scara-, Knickarm oder kartesische Roboter. Alle benutzen zum Programmieren und Steuern des Roboters verschiedene Softwaresprachen. Das heißt, bei einem Einsatz verschiedener Kinematiken in einem Betrieb oder an einer Produktionslinie müssen die Maschinenbediener alle benötigten Softwaresprachen zur Steuerung der Roboter und die verschiedenen Controller beherrschen. Der Schulungsaufwand ist erheblich.
Anbieter, die alle gebräuchlichen Roboterkinematiken der Automatisierungsindustrie basierend auf einer Steuerungssoftware und einem Controllertyp anbieten, ermöglichen dem Kunden einen erheblich reduzierten Zeitaufwand bei der Betreuung von Systemen. Die Steuerung aller im Betrieb befindlichen Roboterkinematiken mit einer Software spart außerdem Personal.
Lebenszykluskosten im Griff
Beschaffung von Robotersystemen
– Wer bereits in der Beschaffungsphase die Anlage mit Hilfe von Simulationen plant, arbeitet wirtschaftlicher.
– Machbarkeitstudien und Zykluszeitermittlungen: Hier wird die Flexibilität von Systemen geschaffen, die auch für zukünftige Aufgabenstellungen geeignet sind.
Installation
– Vereinfachter Aufwand bei der Installation der Roboterkomponenten durch einheitliche Software und Controllerstruktur, die auch in der Lage ist, andere Komponenten, wie Bildverarbeitung und Zuführsysteme, zu steuern.
Betriebskosten, Wartung und Service
– Langfristige Verfügbarkeit von Ersatzteilen.
– Wartung und Service des kompletten Systems von nur einem Lieferanten.
Schulungen
– Schulungen und Lehrgänge in landesüblicher Sprache reduzieren Zeitaufwand.
– Breite Schulungsbasis schaffen, das heißt Konzentration auf Wissen, das für möglichst viele Produkte genutzt werden kann – zum Beispiel, indem verschiedene Robotermechanismen von nur einer Software gesteuert werden.
Updates
– Updates werden auf einheitlicher Steuerungsbasis schneller realisiert.
– Sie sollen auch problemlos auf älteren Systemen laufen können. Updates, die eine Anschaffung von neuen Controllern erforderlich machen, sind unwirtschaftlich.
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