Intelligent verketten durch Simulationen

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Fraunhofer-Institut IPA Produktionstechnik und Automatisierung

Mit einer Kinematiksimulation lassen sich Aussagen bezüglich der Taktzeit eines Handhabungsgerätes und der Zugänglichkeit zu einer Maschine oder einem Lagerplatz machen. Dazu werden die Systeme modelliert und der Bewegungsablauf, wie das Einlegen eines Werkstückes in ein Bearbeitungszentrum, programmiert. Am Ende weiß man, wie eine Kollision zu vermeiden ist, und hat technische Daten, wie Taktzeit oder Auslastung, die als Grundlage einer Amortisationsrechnung dienen können. Handelt es sich bei dem Handhabungsgerät um einen Industrieroboter, kann man teilweise schon mit wenigen Klicks ein Offline-Programm erzeugen.

Materialflusssimulation optimieren Auslegung des Gesamtsystems

Materialflusssimulationen aber werden eingesetzt, um die Auslegung des Gesamtsystems zu überprüfen und zu optimieren. Auch Fehlinvestitionen lassen sich vermeiden, wenn durch eine Simulation herauskommt, dass die vorgesehene Fördertechnik oder der Puffer überdimensioniert ist. Für das Griff-in-die-Kiste-Szenario wurde aus mehreren Gründen eine Kinematiksimulation mit Delmia V5 durchgeführt (Bild 4).

Die Roboterzelle musste aufgrund der Platzverhältnisse beim Anwender sehr kompakt aufgebaut, das heißt alle Teile sehr nah am Roboter angeordnet werden. Die Erreichbarkeit eines Anlagenteils kann dabei problematisch sein, da sich der Roboter mitunter selbst im Weg ist.

Roboter und Laserscanner dürfen nicht kollidieren

Des Weiteren war die Auswahl des Roboters entscheidend, da der Laserscanner für gute Messergebnisse nicht zu hoch über der Kiste angeordnet sein durfte und somit beim Herausnehmen der Teile Kollisionsgefahr zwischen Roboter und Laserscanner bestand. Als dritter Punkt war eine Aussage über Taktzeiten für die Amortisationsrechnung entscheidend. Die Ergebnisse der Kinematiksimulation waren:

• Es war ein kleinerer Roboter nötig, als zunächst angenommen.
• Das Zellenlayout konnte optimiert werden.
• Die Investition ergab sich als finanziell lohnenswert und sicher.

Simulation mindert Risiko bei der Systemauslegung

Die vollständig automatisierte Verkettung kann in vielen Fällen sinnvoll sein. Wichtig dabei ist nicht nur, das richtige Verkettungskonzept zu finden, sondern auch zu beachten, dass das Gesamtsystem derart ausgelegt ist, dass die Störung einer Station nicht zusätzlich eine Vielzahl von anderen Stationen stört. Dies kann mit Simulationen während der Planungsphase untersucht werden.

Das Fraunhofer IPA entwickelt nicht nur Roboter- und Automatisierungssysteme für den innerbetrieblichen Materialfluss, sondern führt auch Simulationen für unterschiedliche Aufgaben durch.

Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl ist Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart und am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart. Dennis Fritsch und Hendrik Mütherich sind wissenschaftliche Mitarbeiter am IPA, Abteilung Robotersysteme in 70569 Stuttgart.

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