Simulation Flexibler Robotereinsatz dank herstellerunabhängiger Software

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Störungen in der Lieferkette können Unternehmen zum Umstieg auf Roboter eines anderen Herstellers zwingen. Oft ist dies jedoch sehr zeitintensiv. Bei Melton Machine war eine Umstellung in Rekordzeit möglich – aufgrund der herstellerunabhängigen Simulationssoftware Fastsuite.

Die Melton Machine & Control Company wurde 1970 in Missouri (USA) gegründet und ist Experte für automatisiertes Lichtbogenschweißen. Der Systemintegrator baut Roboter-Lichtbogenschweißzellen für Tier-1-Zulieferer von Autoabgassystemen. Vor einiger Zeit hat das Unternehmen seinen Fokus zudem auf neue Märkte und Prozesse ausgedehnt und baut nun automatisierte Materialhandling-, Montage- und Materialentfernungssysteme für große Metallstrukturen, die unter anderem in der Landwirtschaft und im Bauwesen eingesetzt werden.

Das Integrationsteam von Melton hilft seinen Kunden bei der Visualisierung der oft anspruchsvollen Automatisierungslösungen, was für die Angebots- und Designfunktionen von größter Bedeutung ist. Dabei kommt die Software Fastsuite Edition 2 Advanced Integrator zum Einsatz, die den gesamten Prozess unterstützt: von Konzeptplanung, Zellenlayout und Simulationen bis hin zu Robotererreichbarkeitsstudien, Zykluszeitabschätzungen und Offline-Programmierung. Das Advanced-Integrator-Paket ermöglicht auch das digitale Twinning, also das Erstellen eines digitalen Zwillings, von kundenspezifischen Werkstückvorrichtungen, einschließlich der Verhaltensmodellierung von Spannvorrichtungen und Werkstücknäherungssensoren. Für die Validierung von Werkzeugen ist dies ein wichtiger Faktor – und hat eine hohe Priorität für Melton Machine.

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Simulation von Schweißzelle mit zwei Robotern

„Im Rahmen eines Projekts brauchten wir eine Simulations- und Offline-Programmiersoftware, die zwei oder drei Roboter auf einer Führungsschiene unterstützt, die mit einer externen Achse synchronisiert sind“, sagt Glenn Archer, VP of Sales & Marketing bei Melton Machine. „Wir hatten Gespräche mit mindestens drei anderen Softwareanbietern und kein Unternehmen war bereit, mit seiner Software die Programmierung eines solchen Systems sicherzustellen. Außer Cenit.“

Die Roboter-Lichtbogenschweißzelle von Melton Machine, welche von der Fastsuite Software unterstützt wird, bietet nun eine real koordinierte Bewegung mit zwei Robotern und einem dynamischen Werkstückpositionierer.

„Mit der Hilfe von Cenit konnten wir diese komplizierte Einrichtung des Roboterteams perfektionieren und sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem wir zwei Roboter auf einer Hängebahn haben, die über ein Riesenradsystem synchronisiert sind. Das Gute dabei: Die Programme können im Voraus erstellt werden. Wenn wir die Roboter zum ersten Mal einschalten, können wir voll funktionsfähige Programme laden, die sofort schweißbereit sind und nur wenige Nacharbeiten erfordern. Da wir die gesamte Arbeit im Vorfeld erledigen können, anstatt die Programmierung erst nach dem Einschalten des Roboters vorzunehmen, ist die Zeit bis zur Auslieferung viel kürzer geworden."

Durchlaufzeit des Projekts um sechs Wochen verkürzt

Ein auf Parasolid basierender CAD-Kern mit exakter Geometrie ermöglicht es den Anwendern der Fastsuite-Software, Werkzeug- und sogar ganze Zellenlayoutdaten mit externen CAD-Systemen auszutauschen, ohne dass wertvolle Projektinformationen verloren gehen. Dabei werden die Teile mit echten Kurven oder Flächen programmiert anstatt mit mosaikartigen oder geteilten Segmenten, wie es bei anderer Software üblich ist. Die Cenit-Software reduziert die Programmierzeit, indem automatische Strategien für die Schweißnahtsuche und die Brennerwinkelausrichtung verwendet werden. So lässt sich die mühsame Punkt-für-Punkt-Programmierung vermeiden. Das Ergebnis ist ein schlankes, kompaktes Programm mit einer minimalen Anzahl von Punkten, das einfacher zu bedienen ist.

„In der Fastsuite gibt es Funktionen für die Prozessgeometrie, bei denen man auf die Schweißnaht klicken kann und alle Punkte automatisch ausgefüllt werden“, sagt Joseph Koirtyohann, Simulationsingenieur bei Melton Machine. „Mit ein paar Klicks können wir einen kompletten Werkzeugweg erzeugen und dann den Brennerwinkel, Werkzeugwinkel und andere Parameter anpassen. Das verkürzt die Programmierzeit um ein Drittel“, fügt er hinzu. „Unsere Zeit bis zur Inbetriebnahme hat sich erheblich reduziert“, erklärt Archer. „Durch den Einsatz der Fastsuite konnten wir die Durchlaufzeit des Projekts um sechs Wochen minimieren.“

Software ist unabhängig von der Robotermarke

Selbst bei der besten Planung können Probleme in der Lieferkette jedoch einen Strich durch die Rechnung machen: Kürzlich hatte der Integrator eine Herausforderung mit einem Materialtransportprojekt zu bewältigen, das bereits für eine bestimmte Robotermarke konzipiert war. Der Hersteller teilte mit, dass er nicht in der Lage sei, den Roboter innerhalb des erwarteten Zeitraumes zu liefern. Die neue Vorlaufzeit würde 36 Wochen betragen!

Laut Archer hätte die Verzögerung das Projekt für seinen Kunden zunichte gemacht, so dass Melton Machine eine andere Robotermarke mit einer kürzeren Lieferzeit einsetzen musste. Normalerweise würde diese Art von Änderung, in der ursprünglichen Software des Roboterherstellers, viel Zeit und Aufwand für die Neuprogrammierung erfordern. Die Fastsuite-Software ist jedoch markenunabhängig, was den Austausch einfacher macht.

Sie bietet eine umfangreiche Bibliothek mit über 800 Roboterarmen aller großen Hersteller. Erreichbarkeitsstudien, Achsbegrenzungen und Ähnliches werden von der Cenit-Software unabhängig von der Robotermarke ausgeführt – und auch unabhängig vom Prozess, sei es Materialhandhabung, Schweißen, Materialentfernung oder Montage. Mit der markenunabhängigen Software konnte Melton Machine einen anderen Roboter auswählen und in die bestehende Simulation einfügen.

Roboterbewegungen zuverlässig simulieren

„Wir waren in der Lage, den neuen Roboter innerhalb von acht Wochen zu beschaffen und ihn schnell zu liefern“, so Archer. „Damit war der Kunde wieder auf Kurs!“ Die Fähigkeit, Roboterbewegungen und die Koordination mit dynamischen Werkstückpositionierern, externen Achsen und hoch entwickelten Vorrichtungen zu simulieren, gibt den Ingenieuren von Melton Machine die Gewissheit, seinen Kunden den „Lieferumfang“ ihrer Lösung genau definieren zu können. Dadurch können sie die Wünsche ihrer Kunden solide und verlässlich bedienen.

Ein Beispiel dazu: Eine typische Zelle besteht aus mindestens zwei Robotern mit je sechs Achsen, plus einem Werkstückpositionierer, der eine weitere Achse hinzufügt. So stehen insgesamt 13 Bewegungsachsen zur Verfügung. Die Fastsuite-Software bietet eine genaue 3D-Prozesssimulation, einschließlich Kollisionserkennung und -vermeidung, Achsbegrenzungen und Singularitätsüberwachung, wodurch Melton Machine Zeit und Kosten für Nacharbeit spart.

Probleme früh in der Konstruktionsphase erkennen

„Zur Berechnung der Effizienz haben wir unsere eigenen internen Rentabilitätsberechnungen durchgeführt“, erklärt Archer. „Wir haben uns angeschaut, wie lange es dauert, einen Roboter in Betrieb zu nehmen. Von dem Tag, an dem er bei uns eintrifft, bis zu dem Zeitpunkt an dem wir bereit sind, Teile zu schweißen. Und in diesem Zusammenhang: wie eine Simulation und Offline-Programmierung diese Zeit verkürzen können.“ Wenn man in der Lage ist, alle Interferenzprobleme gleich zu Beginn der Konstruktionsphase zu finden, spart man viel Zeit und Mühe gegenüber nachträglichen Änderungen. Archer weiß: Es kann sein, dass etwas nur einen halben Zentimeter daneben liegt. Aber wenn das nicht im Voraus bekannt ist und später Änderungen vorgenommen werden müssen, ist das sehr teuer.

„Wenn wir die Simulation in Fastsuite durchführen und der Kunde dann einen anderen Roboter spezifizieren möchte oder wir ihn aufgrund eines Problems in der Lieferkette austauschen müssen, müssen wir trotzdem neu programmieren, aber alle Grundlagen sind bereits vorhanden“, sagt Archer. „Der Vorteil ist, dass bei jedem Roboter, den man sich wählt, alle Grenzwerte bereits eingestellt sind, so dass Studien zur Roboterreichweite und andere Parameter bereits berücksichtigt werden. Es ist schneller und kostengünstiger, den Roboter auszutauschen, wenn wir das über den Fastsuite-Pfad gemacht haben.“

* Tanya M. Anandan ist freie Fachautorin aus USA

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