Intelligente Transportlösungen

Mass Customization mit B&Rs Supertrak

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Kundenindividuelle Produkte sind mehr und mehr die Voraussetzung, um erfolgreich im Wettbewerb zu bestehen. Anlagenbetreiber und -bauer suchen deswegen nach Konzepten für die moderne Produktion mit kleinen Losgrößen und häufigen Produktwechseln – zu den wirtschaftlichen Bedingungen der Großserienproduktion. Welche Chancen hier flexible Transportsysteme eröffnen, erläutert Robert Kickinger, Manager Mechatronic Technologies bei B&R am Beispiel der Transportlösung Supertrak.

KEM Konstruktion: Herr Kickinger, mit Supertrack adressieren Sie insbesondere das aus der Industrie-4.0-Diskussion kommende Thema der kundenspezifischen Produkte. Welche Rolle spielt dabei ein Transportsystem?

Kickinger: Endverbraucher sind bereit, für kundenspezifische Produkte mehr zu zahlen. Deswegen suchen Anlagenbetreiber und -bauer nach neuen Konzepten für die moderne Produktion mit kleinen Losgrößen und häufigen Produktwechseln. Hier spielen flexible und intelligente Transportsysteme eine entscheidende Rolle, weil sie die Fertigung individualisierter Produkte zu Stückkosten ermöglichen, die preislich Standardprodukten nahekommen. Zusammen mit seiner Robustheit und einfachen Wartung bietet Supertrak darüber hinaus sowohl Flexibilität als auch Verfügbarkeit – beides entscheidende Voraussetzungen für eine effiziente Massenproduktion. Anders formuliert: Es entstehen Maschinen der Generation Mass Customization. Hier macht sich bezahlt, dass wir mit dem Anlagenbauer ATS einen sehr starken Partner mit langjähriger Felderfahrung ins Boot geholt haben. Supertrak ist seit 2002 in verschiedenen Branchen bei einer Vielzahl von Anwendungen im industriellen Einsatz und das System ist mittlerweile in der dritten Generation entsprechend ausgereift.

KEM Konstruktion: Wie spiegelt sich das im Aufbau des Systems?

Kickinger: Hier sind vor allem zwei Aspekte zu nennen: Wartbarkeit und Flexibilität. Der Supertrak von ATS (Partner für die Mechanik) und B&R wurde speziell für den 24/7-Betrieb in rauen Industrieumgebungen entwickelt – er arbeitet sehr zuverlässig, ist leicht zu warten und kann vor allem einfach an neue Anforderungen angepasst werden. Die Sekundärteile des Motors, die Shuttles, lassen sich innerhalb weniger Sekunden von der Laufschiene entfernen und wieder anbringen oder durch zusätzliche Shuttles ergänzen. Im Gegensatz zu alternativen Lösungen muss also zur Wartung nicht der komplette Track auseinander genommen werden. Auch die Elektronikbauteile sind modular austauschbar – ebenfalls ohne zeitaufwändige Demontage des Tracks. Die mittlere Reparaturzeit – kurz MTTR – ist sehr niedrig und entspricht den Anforderungen im 24/7-Produktionsalltag.

KEM Konstruktion: Und die Flexibilität wird über die individuell programmierbaren Shuttles erreicht?

Kickinger: Exakt, denn Umrüstzeiten von Produktvariante A auf B verursachen typischerweise einen Produktionsstillstand, was wertvolle Zeit und damit Geld kostet. Die wirtschaftlichen Vorteile der Massenfertigung gehen so verloren. Das zeigt ein Beispiel aus der industriellen Fensterfertigung: Bauherren können heute aus einer Vielzahl von standardisierten Fensterabmessungen wählen, zusätzlich aber auch kundenspezifische Abmessungen bestellen. Will heißen: Die flexible Produktion in Losgröße 1 erfordert Maschinen, die sich automatisch – ohne Intervention eines Maschinenführers – anpassen. Der Rahmen eines 147-cm-Fensters ist eben zwangsläufig länger als der für die 130-cm-Variante. Intelligente Transportsysteme drängen sich hier geradezu auf, weil sie im Gegensatz zu konventionellen getakteten Transportsystemen alle Produkte individuell transportieren können, also mit unterschiedlichen Zielpositionen, Geschwindigkeiten und Abständen. Das Umrüsten kann zudem völlig automatisiert erfolgen, gesteuert durch Software. Wir haben Supertrak deswegen auch als Komponente in unser Automatisierungssystem integriert und können auf diese Weise wichtige Synergieeffekte mit unserem restlichen Produktprogramm schaffen – Gateway-Module sind dazu nicht erforderlich.

KEM Konstruktion: Wollen Sie die angesprochenen Synergieeffekte etwas näher erläutern?

Kickinger: Für Entwicklung, Simulation, Diagnose und Wartung wird unsere Automatisierungs-Software Automation Studio verwendet – es sind dazu keine weiteren Softwaretools notwendig. Zudem ist nur eine Steuerungshardware nötig. Der Automation PC 910, der den Supertrak steuert, kann auf diese Weise gleichzeitig die Steuerung einer ganzen Maschine oder Teilanlage übernehmen. Sogar Roboter können ohne gesonderte Robotersteuerung integriert werden. Von Vorteil ist hier, dass B&R zusammen mit dem Roboterhersteller Comau das Lösungskonzept openRobotics entwickelt hat – die Robotermechanik wird mit Automatisierungskomponenten von B&R ausgestattet und der Roboter damit integraler Bestandteil der Maschine. Eine eigene Robotersteuerung ist nicht notwendig, der Automation PC steuert den Roboter. Ein weiterer Vorteil: Da die externe Robotersteuerung entfällt und die Servoverstärker von B&R eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisen, wird der Maschinenfootprint bedeutend kleiner.

KEM Konstruktion: Welche Vorteile ergeben sich hinsichtlich der Synchronisation der Shuttles mit Bewegungen anderer Maschinenkomponenten beziehungsweise Robotern?

Kickinger: Werkstückträger und Roboter lassen sich sehr präzise synchronisieren – durch diese hohe Präzision von Supertrak können sogar zusätzliche Bearbeitungsachsen in Trackrichtung entfallen, da diese Aufgaben mit von den Shuttles übernommen werden können. Generell lassen sich die Shuttles mit allen Arten von Servoachsen, CNC- und Robotik-Systemen in harter Echtzeit synchronisieren – so dass eine sehr effiziente automatisierte Produktionseinheit entsteht. Und da die Programmierung wie schon erwähnt wie bei jeder anderen Lösung von B&R mit Automation Studio erfolgt, können die Softwareentwickler für die Konfiguration der Shuttle-Bewegungen einfach auf vorhandene Bibliotheken und Funktionsbausteine zurückgreifen.

KEM Konstruktion: Kann der Programmierer dann auch von der B&R-Mapp-Technology profitieren?

Kickinger: Ja, weil diese Technologie eben Teil unseres Automatisierungssystems ist und vordefinierte und vor allem getestete und im Betrieb gehärtete Bausteine bietet, so dass ich sehr schnell die einzelnen Bewegungen umsetzen kann, ohne in die wildeste Mathematik einsteigen zu müssen. Ein sehr schönes Beispiel für das, was möglich ist, haben wir anlässlich der SPS IPC Drives 2016 gezeigt: In den Transportschlitten war eine Sinuskurve gefräst, und durch diese Öffnung führte ein Roboter einen Laserstrahl – und zwar synchron zur Bewegung des Schlittens auf einer umlaufenden Bahn (Bem. der Red.: siehe dazu Kasten ‚Tipp‘). Ein weiteres Beispiel für die Leistungsfähigkeit unseres Systemangebotes ist die leichte Nutzung von Regelungsalgorithmen, mit denen sich während der Bewegung ein Schwappen von Flüssigkeiten verhindern lässt. Das gelingt, in dem Beschleunigungs- und Bremsvorgänge entsprechend ‚feinfühlig‘ erfolgen, so dass sich die Flüssigkeit nicht aufschaukelt. Für den Maschinenbauer und letztlich den Kunden bedeutet dies: die Produktivität der Anlage lässt sich weiter steigern. Das alles lässt sich übrigens auch simulieren.

KEM Konstruktion: Könnten Sie das kurz näher beschreiben?

Kickinger: Mit Hilfe unseres neuen, ebenfalls in Automation Studio integrierten 3D-Visualisierungstools zu Supertrak lassen sich Engineeringprozesse optimieren – man gelangt gewissermaßen mit einem Klick von der Simulation zum Betrieb. Visualisiert wird damit die simulierte Bewegung aller Shuttles und synchronisierter Subsysteme wie Robotik und CNC in 3D. Damit lassen sich Maschinenkonzepte und Ablaufprogramme vorab validieren und die Inbetriebnahme beschleunigen. Wichtig dabei ist: Alle Simulationen basieren auf realem Maschinencode – zusätzliche Simulationssoftware und Schnittstellen sind nicht notwendig. Anschließend lässt sich also der Maschinencode mit wenigen Klicks auf die Zielhardware übertragen. Zur Laufzeit verarbeitet das Visualisierungstool übrigens Sensorsignale in Echtzeit und ermöglicht damit auch die Darstellung der Bewegungen auf der Maschinenvisualisierung. Damit lässt sich der Maschinenprozess optimal überwachen.

KEM Konstruktion: Wollen Sie uns abschließend noch etwas detaillierter den Aufbau von Supertrak vorstellen?

Kickinger: Es handelt sich dabei um ein flexibles Transportsystem auf der Basis von Langstator-Linearmotortechnologie. Das System besteht aus einem Motorstator in Form eines ovalen Tracks und beliebig vielen Shuttles. Diese werden allein durch die hohe Magnetkraft am Track gehalten. Die Bewegung der Shuttles entlang des Tracks ist rein elektromagnetisch aktuiert. Daher ist es nicht notwendig, Antriebsmomente über die Rollen der Shuttles auf die Führungen zu übertragen – der Verschleiß durch Reibung wird minimiert. Perfekt aufeinander abgestimmte Materialpaarungen der Führungen und Rollen garantieren zudem Zuverlässigkeit für den industriellen Einsatz. Nicht zuletzt erlaubt Supertrak sehr hohe Traglasten, was den Transport auch schwerer Produkte ermöglicht – Massen bis zu 10 Kilogramm lassen sich handhaben. Wichtig für die Präzision bei der Synchronisation mit Bearbeitungsaufgaben ist übrigens auch die hohe Genauigkeit der Bewegungsführung im Bereich von bis zu 10 Mikrometern. Zudem bieten wir die Möglichkeit, die Halterung der Shuttles individuell anzupassen, was die Anwendungsvielfalt weiter erhöht – zumal die Länge des Transportwegs getestet bis weit über 50 Meter betragen kann. Interessant dabei ist, dass wir sehr viele Shuttles mit einem Controller betreiben können. Das schaffen wir mittels einer dezentralen Regelung und Ansteuerung der einzelnen Shuttles untereinander. Durch Nutzung dezentraler Intelligenz ist es möglich, mehr als 100 Shuttles über ein einziges Powerlink-Netzwerk mit einem unserer Controller zu handhaben – was letztlich wieder den Engineering-Aufwand senkt. Nur wenn sich das ganze System einfach programmieren und parametrieren lässt, kann ich die Flexibilität auch nutzen. co

www.br-automation.com

Weitere Details zur Transportlösung Supertrak:

hier.pro/KGdaA


TIPP

Supertrak im Video

Anlässlich der SPS IPC Drives 2016 besuchten wir B&R und konnten die Synchronisation von Transportbewegung und Roboter am Beispiel einer Sinuskurve in Augenschein nehmen (dazu ein Video, Laufzeit 1:08):

http://hier.pro/VBnx6

Bild: Konradin Mediengruppe


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