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DER KONSTRUKTEUR 9/2015

DER KONSTRUKTEUR 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Komplexe mechatronische Systeme beherrschen 3D-Simulation in der Robotik und Automatisierungstechnik Eine frühzeitige Physik-Simulation in der Maschinen- und Anlagenentwicklung verschafft dem Maschinenbau mehr interdisziplinäre Initiative im Entwicklungsprozess. Wie aufwandslos beispielsweise eine Simulation von Industrie robotik gelingt, zeigen die Ergebnisse einer Expertentagung und wie Simulationssoftware die Maschinenentwicklung effizienter gestaltet, zeigen die Erfahrungen eines Komplettanbieters in der Industrieautomation. Volkswagen macht es vor: laut dem Manager Magazin will man mit Robotik die Fertigungskosten weiter senken. Noch liegen in der deutschen Automobilindustrie die Arbeitskosten bei mehr als 40 Euro pro Stunde, in Osteuropa sind es elf, in China gegenwärtig noch unter zehn Euro. Für den Maschinenbau hat diese Entscheidung eine klar erkennbare Strahlkraft, denn im Prozess der Maschinenentstehung gilt es, alle beteiligten Unternehmen, vom Komponentenhersteller über Systemintegrator bis zum Sondermaschinenbauer, mögliche Optimierungen zu realisieren, die zu mehr Effizienz in der Entwicklung und Produktion der Anlagen mit Robotik führen. Ein immer stärker genutztes Tool für robotikgestützte Projektierung sind 3D- Simulationen, mit denen man aufwandsreduziert Machbarkeits-, Erreichbarkeitsund Zykluszeitstudien durchführen kann. Insbesondere für die Planung moderner Roboteranlagen sind Simulation und Off- line-Programmierung eine zentrale Größe. Sie ermöglichen ohne reale Hardware die Roboterbewegungen zu simulieren, die Arbeitsabläufe zu programmieren und auch Taktzeiten zu bestimmen. Fragen zur kollisionsfreien Erreichbarkeit aller Punkte des Roboterprogramms erhalten mit der Simulation eine augenscheinliche Klärung. Mit echtzeitfähigen Simulationen lässt sich die Software für das System optimal entwickeln und testen, ohne dass man direkt in den Prozessablauf eingreifen muss. Crashfahrten und Ausschuss sind damit reduzierbare Risiken. 3D-Simulation hinterfragt Während der letztjährigen Packaging Excellence Center-Veranstaltung von Schneider Electric „Potenziale einer virtuellen Inbetriebnahme durch Simulation“ demonstriert die 3D-Simulationssoftware Industrial Physics von Machineering die Vorteile eines Prozesses, bei dem die Bewegungssteuerung frühzeitig am 3D-Modell eingebunden 44 Der Konstrukteur 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Simulation und Inbetriebnahme werden zu ineinandergreifenden Prozessen wird. Der Schwerpunkt des Events lag in der Darstellung der Machbarkeit einer Hardware in the Loop (HIL)-Anbindung für schnelle Verpackungsvorgänge sowie auf der Durchgängigkeit des Prozesses von CAD bis zur realen Steuerung. Was der Verpackungsbranche wichtig ist gilt analog auch für die robotergestützte Werkstückhandhabung in der Fabrikautomatisierung: hier kommt es auf die Roboterbewegung und die Steuerung der Abläufe durch hochflexible und intelligente Steuerungen an. Industrial Physics visualisiert individuelle Geometrien von Fördergut und Maschine, z. B. beim Aufnehmen der Werkstücke, beim Einfädeln in die Maschine, bei der Handhabung im Prozess sowie beim geordneten Stapeln. Fast jede Handhabungs- und Automatisierungsaufgabe lässt sich schnell und ohne reale Steuerung simulieren. Bezieht man die Steuerungstechniker in den frühen Entwicklungsphasen wertschöpfend mit ein, so lassen sich wesentliche Eigenschaften der Maschine interdisziplinär festlegen. Komplexe Anlagen und Roboter lassen sich schnell und einfach simulieren und Testläufe der erstellten SPS- Programmierung im Detail überprüfen. Für eine Offline-Programmierung liefert es wertvolle Erkenntnisse für das „Teachen“ der realen Applikation. Laut Erkenntnissen von Schneider Electric lassen sich typische Robotik-Applikationen unterscheiden, die eine 3D-Simulation geradezu provozieren: Auf einem Band laufen x-Produkte, 1/2/3-reihig, die es möglichst verlustlos zu palettieren gilt. Zu klären ist die Anzahl der Pickerzellen; zu untersuchen die Ausfallszenarien der Zellen. Erste Aufschlüsse ergeben sich durch die 3D-Simulation der Stückgüter. n Vorgabe sind Produkte auf einer Palette, die in definierten Abständen auf ein Band abzulegen sind. Definiert werden soll die erforderliche Bandgeschwindigkeit, um einen Produktstrom ohne Lücken zu gewährleisten. n Stehen Layout der Maschine und Anzahl der Picker fest, dann bleibt als offene Frage die Leistung, wie viele Produkte pro Minute und welche Leistungsreserven das System noch offen hat. n Fixe Vorgaben bezüglich der Anlage sind Layout der Maschine, Anzahl der Picker sowie Greiferzeiten und Verfahrwege des Roboters. Für Auslegung der Vormaschine und die Leistungsermittlung der Maschine ist eine Simulation erstrebenswert n Bei vorgegebenen Leistungsdaten sind Sortierungsaufgaben durchzuführen, z. B. farbliche Sortierung im Auslauf. Offene Fragestellungen nach Pufferstrecken und Anzahl der Picker lassen sich über eine Simulation klären. 24. Fakuma Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung Spritzgießmaschinen Thermo- Umformtechnik Extrusionsanlagen Werkzeugsysteme Werkstoffe und Bauteile 13.– 17. OKT. 2015 FRIEDRICHS- HAFEN www.fakuma-messe.de 01 Simulation hilft Komplexität zu beherrschen: Hier die optimale Anpassung der Pick-and-Place-Roboter an die Handhabungsaufgabe

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