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Automation wird smart

Flexible Zellen und neue Bedienkonzepte erleichtern die Integration
Automation wird smart

Nicht erst seit der Corona-Pandemie steht auch für kleinere Fertigungsunternehmen fest: An Automatisierung wird kein Weg vorbei führen. Doch wie meistert man das finanziell und wer hilft bei der Integration? Maschinenhersteller und Automationsspezialisten arbeiten daran, die Einstiegshürden für die flexible Automation bis Losgröße Eins zu senken. Autor: Dr. Frank-Michael Kieß

Während die Maschinenhersteller 2020 im Zuge der Corona-Pandemie teils herbe Einbußen hinnehmen mussten, fiel der Einbruch bei den Automationsspezialisten glimpflicher aus. Zwar legte der wachstumsverwöhnte Industrierobotik-Markt ein kleine Atempause ein, aber im Vorreiterland China legte die Zahl der Installationen bereits wieder um 19 % zu. Und für 2021 erwartet der Branchenverband IFR (International Federation of Robotics) ein starkes Wachstum für Nordamerika und Europa. Die Auftragsbücher in den USA füllten sich bereits schnell. Auch in Deutschland zeige die Prognose für das laufende Jahr eine starke Erholung und signalisiere eine Trendwende für die Branche. „Der Ausblick für die Robotikindustrie stimmt optimistisch“, sagt IFR-Präsident Milton Guerry.

Gerade die Knickarmroboter finden zunehmend ihren Weg von der Großserie bis hinunter in die Einzelfertigung. Denn Automatisierung ist auch im Werkzeugmaschinenbereich das Gebot der Stunde. „Das Thema Automatisierung rund um die Werkzeugmaschine, etwa mit Hilfe von Robotik, erlangt immer mehr Bedeutung“, bestätigt Uwe-Armin Ruttkamp, Leiter Machine Tool Systems bei Siemens (siehe Interview). Automatisierung ist das Mittel der Wahl, um gleichbleibende Bauteilqualität zu sichern, die Auslastung der Maschinen und damit die Produktivität zu erhöhen und nicht zuletzt den Mangel an Fachkräften abzufedern.

Knackpunkte: Flexibilität und Integration

Dabei steht die Branche vor der Aufgabe, mit allseits bekannten Vorbehalten aufzuräumen, die vor allem kleinere Lohnfertiger beschäftigen. Die Automatisierung eines Bearbeitungsprozesses sei teuer und unflexibel, der Integrationsaufwand hoch – so heißt es oft. Maschinenhersteller und Automationsspezialisten arbeiten daran, diese Probleme zu beseitigen – mit flexibel einsetzbaren Roboterzellen oder mit kollaborativen Robotern (Cobots), die allein schon wegen ihrer neuartigen Bedienphilosophie vergleichsweise leicht zu integrieren sind.

En vogue ist dabei die Integration von Robotern als Handling- oder gar als Bearbeitungssystem in die CNC. Dedizierte Kenntnisse in der Roboterprogrammierung braucht der Maschinenbediener dann gar nicht mehr. „Unser Ziel ist die Vollintegration des Roboters in die Maschine“, erklärt Ralf Winkelmann, Geschäftsführer Fanuc Deutschland GmbH (siehe Interview). Und Ruttkamp merkt an: „Eine Roboter-Steuerungsaufgabe, die nicht auch von
der CNC übernommen werden kann, gibt
es im Kontext einer Werkzeugmaschine nicht.“

Welche Ansätze unterschiedliche Hersteller vorschlagen, um die Maschinen-Roboter-Integration zu erleichtern, wurde im Rahmen der mav-Websession „Smarte Zellen für die flexible Maschinenautomation“ im Mai deutlich. Die übergreifende Erkenntnis lautete: Durch Nutzung von einfach integrierbaren Automationszellen, eingespielten Teams und Komplettlösungen aus einer Hand geht die Automatisierung von Werkzeugmaschinen oft schneller und kostengünstiger von der Hand, als das mit jeweils individuellen Sonderlösungen der Fall wäre.

Worauf es den Werkzeugmaschinen-Anwendern besonders ankommt, verdeutlichte bereits eine Blitzumfrage unter den rund 200 Teilnehmern: Für gut die Hälfte stand hohe Flexibilität bei kleinen Losgrößen im Vordergrund, knapp ein Drittel wünschte sich eine schnelle und einfache Integrierbarkeit in die Fertigung.

Lösungen aus einer Hand

Auf Lösungskonzepte aus einer Hand setzt Fanuc. Die Japaner haben das komplette Paket aus Werkzeugmaschinen, CNC-Steuerungstechnik und Robotik in ihrem Portfolio. Unter dem Begriff QSSR (Quick and Simple Start-up of Robotization) wurde ein Paket aus Hard- und Software geschnürt, das eine schnelle und einfache Roboter-Inbetriebnahme an einer Werkzeugmaschine ermöglicht. Alles, was man zur Anbindung von bis zu vier Maschinen an eine Roboterzelle braucht, wird im Baukasten bereits mitgeliefert. Mittels QSSR G-Code lassen sich Maschine und Roboter einheitlich von der CNC aus programmieren. Der Roboter wird so Teil der Werkzeugmaschine. Über die Module CNC Guide und Roboguide lassen sich Maschine und Roboter zudem offline simulieren – bis hin zur automatischen Erstellung des gesamten Zellen-Layouts.

Auch Fanuc-Wettbewerber Mitsubishi arbeitet daran, den Einsatz seiner breiten Palette an Melfa-Robotern im Werkzeugmaschinenumfeld zu erleichtern. In Zusammenarbeit mit dem deutschen Automationsspezialisten JAM Automation wurde ein Baukastensystem für die automatisierte Maschinenbeladung geschnürt, mit dem sich flexible Anwendungsszenarien realisieren lassen.

Auch den Trend zu kollaborativen Robotersystemen (Cobots) greifen die Partner auf. Cobots zeichnen sich nicht zuletzt auch durch ihre einfache Bedienbarkeit aus. Entsprechend wurde auf Basis von Mitsubishis neuen Melfa-Assista-Cobots eine Zelle entwickelt, die automatisierte Maschinenbeladung mit Bilderkennung für kleine
Losgrößen bietet. Die Programmierung des Cobots erfolgt einfach via Tablet; tiefere Kenntnisse in der Roboterprogrammierung seien dabei nicht erforderlich.

Kollaborative Robotik ist das Kerngeschäft des Cobot-Pioniers Universal Robots (UR). Die Dänen bieten mittlerweile vier Systeme mit Traglasten von 3,5 bis 12,5 kg an, die alle einem einheitlichen Bedienkonzept folgen und nicht allein auf kollaborative Jobs abzielen, sondern verstärkt auch den Einsatz in smarten Bearbeitungszellen adressieren – natürlich unter Berücksichtigung der physikalischen Grenzen, die sich den schlanken Robo-Kollegen stellen. Auf Basis des Universal-Robots+-Ökosystems lassen sich diverse Lösungen für die Zuführung oder die Greiftechnik einfach umsetzen. Plug&Play anstelle von starren Prozessen, wie man sie aus dem klassischen Maschinenbau kennt – so lautet das Motto.

Im Rahmen der mav-Websession skizzierten UR und Integrationspartner Ecosphere Automation die Meilensteine auf dem Weg zu einer erfolgreichen Cobot-Einführung – vom Kennenlernen bis zur Systemübergabe. Unterm Strich wurde dabei deutlich, dass die Einstiegsschwelle nicht unbedingt hoch sein muss.

Produktivität versus Flexibilität – in diesem Spannungsfeld bewegen sich Maschinenhersteller wie Heller. Aus dem Hochproduktivitätsbereich kommend, haben sich die Nürtinger Zug um Zug in die Felder Einzelmaschinen und flexible Fertigung geringer Losgrößen vorgearbeitet. Dabei haben sie die Erkenntnis gewonnen, dass auch bei Jobshops und kleinen Lohnfertigern mittlerweile die Produktivität, sprich die Maschinenauslastung, ein immer drängenderes Thema wird. Ein Schlüssel dafür sind skalierbare Palettenautomationslösungen. Dafür bietet das Unternehmen standardisierte Linearspeicher und – für beengte Platzverhältnisse – Rundspeicher an. Diese lassen sich schnell anbinden und schaffen skalierbare Kapazität. Aber auch kundenspezifische Lösungen sind nach wie vor möglich.

Standardisierte Lösungen
für die Werkzeugmaschinen-Automation

Auch Chiron stellt sich der Frage, wie sich hohes Volumen und hohe Flexibilität in Einklang bringen lassen. Für die Automation ihrer Bearbeitungszentren bieten die Tuttlinger standardisierte Lösungen an: Die Variocell Uno für das Einzelteilhandling sowie die Variocell Pallet für das Palettenhandling. Beide sind sowohl mit Linear- als auch mit Robotersystemen realisierbar. Der Löwenanteil der 60 bis 80 jährlich installierten Automationslösungen entfällt aber auf robotergestützte Systeme. Mit Variocell System schließlich lassen sich auch hybride Lösungen realisieren, die spezifische und komplexe Anforderungen erfüllen. So werden etwa unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, Messgeräte, Waschanlagen, Markierungs- und Bildverarbeitungssysteme etc. integriert.

Was könnte nun der nächste große Schritt in der Fertigungsautomation sein? Bei
Chiron verweist man auf die automatische Beladung mittles fahrerloser Transportsysteme (FTS). Diese bringen die Rohteile zu einem Pool von Bearbeitungsmaschinen und führen sie anschließend zur Fertigteilautomation, wo sich Wasch- und Entgratprozesse etc. anschließen. Wieder wird ein neuer Grad an Flexibilität erreicht, denn sowohl die Zahl der FTS als auch die der Maschinen ist skalierbar.

So vielfältig die Herangehensweisen auch sein mögen – eines ist klar: Der Schlüssel zu mehr Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit liegt in der Automation. Und die Fertigungsindustrie arbeitet engagiert daran, diese immer einfacher zugänglich zu machen.

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