Mit Paletten und Robotern neue Maßstäbe setzen

Das Angebot und die Anforderungen an flexible Bearbeitungszellen nehmen zu

Während sich automatisierte Fertigungsprozesse im Zuge von Problemen wie dem Fachkräftemangel immer weiter von „nice to have“ zu „must have“ weiterentwickeln, entstehen flexible Fertigungssystemkonfigurationen immer wieder in neuen und spannenden Formen.

Die COVID-19-Pandemie hat die Hersteller eindeutig dazu veranlasst, den Einsatz von Robotern in Palettensystemen voranzutreiben. Aber das ist nicht die einzige interessante Wendung, die das FMS in letzter Zeit genommen hat.

„Flexible Fertigungssysteme können heute ganz andere Bedeutungen haben als früher“, erklärte Automatisierungsmanager Zach Spencer von Methods Machine Tools mit Sitz in Sudbury, Massachusetts. „Früher war jeder an Palettenwechselsysteme gewöhnt, um maximale Flexibilität zu erreichen.“ Diese Palettenpools ermöglichten es den Kunden, verschiedene Werkstückhalterungen auf verschiedenen Paletten zu montieren und ihre Maschinen unbeaufsichtigt zu betreiben.

„Heutzutage kann flexible Automatisierung viele Formen annehmen. Dies kann von palettierten Maschinen über Roboter, die Paletten bewegen – wie unsere Automatisierungssysteme Plus-K und Plus-K60 – bis hin zu komplexeren, aber dennoch benutzerfreundlichen Systemen wie flexiblen Bildverarbeitungssystemen reichen Teile aufstellen.“

Für diejenigen, die neu im Automatisierungsspiel sind, empfiehlt Spencer, einfach anzufangen.

„Wir empfehlen in der Regel, mit einem kleineren und weniger komplizierten System zu beginnen, um mit der Automatisierung vertraut zu werden – machen Sie sich damit vertraut, bevor Sie einen großen Schritt wagen. Für uns kann dieser kleinere oder intelligentere Systemtyp bedeuten, dass wir eine Maschine anstelle mehrerer Maschinen betreuen müssen einen Chargendurchlauf statt viele verschiedene Arten von Werkstücken auf einmal zu bearbeiten.“

Da das Palettenautomatisierungsgeschäft „das Herzstück“ von Fastems ist, steht das finnische Unternehmen an der Spitze der aufkommenden Automatisierungstrends. „Die Pandemie hat die Einführung von Robotern zum Be- und Entladen von Teilen in FMS-Setups beschleunigt“, sagte Mika Laitinen, Solution Sales Director bei Fastems.

Andere Nebentätigkeiten würden zunehmend innerhalb derselben Systeme hinzugefügt, fügte Christopher Rezny, Regionalmanager für die zentralen USA bei Fastems, hinzu. Unabhängig davon, ob ein Teil gedreht oder maschinell bearbeitet wird, muss es gewaschen werden. Darüber hinaus müssen Teile überprüft werden – entweder einzeln oder nach einem Durchlauf von vielleicht 100 Stück. Es können auch Entgratungs- und automatische Vorrichtungsladevorgänge durchgeführt werden, und die Anbindung an automatisch geführte Fahrzeugsysteme (FTS) sorgt dafür, dass Materialien in den Betrieb fließen.

Ursprünglich für horizontale Bearbeitungszentren konzipiert. Das Fastems FPC-System (für flexible Palettencontainer) kann für den Betrieb von bis zu vier Werkzeugmaschinen erweitert werden.

„Zum ersten Mal, zumindest in Finnland, wird dieser Motorblock in dieser Art von Werkzeugmaschine mithilfe von AGVs automatisch be- und entladen“, da die Anlage ohne Regalbediengerät gebaut wurde. Das AGV bewegt die Bearbeitungspalette zum Waschen, Prüfen, Entgraten und Endbearbeiten von Ort zu Ort. „Wir haben auch Untermontageaufgaben, um bestimmte Endbearbeitungsvorgänge durchzuführen. Und wir haben Lager. Wir haben also dieselben Elemente wie beim herkömmlichen FMS auf Stapelkranbasis, aber jetzt ist alles auf einer Ebene.“ " wegen des Bauteilgewichts.

Der Einsatz von AGVs anstelle eines Krans sei in einer solchen Situation ideal, fuhr Laitinen fort, da die Bearbeitungszeit recht lang sei – mehrere Stunden –, sodass es kein Problem sei, das langsamere Be- und Entladefahrzeug für den Palettenwechsel zu verwenden.

Ob es sich bei den Palettensystemen um lineare oder rotierende Systeme handelt, ob mit einer oder mehreren Maschinen ausgestattet, die Palette der FMS-Systeme ist vielfältig.

Bei DMG Mori finden der LPP (linearer Palettenpool) und das einfachere RPS (rotierende Palettensystem) in verschiedenen Konfigurationen Verwendung.

Bei einem LPP „beträgt der typische Sweet Spot für einen Job-Shop 24 bis 36 Paletten und zwei oder drei Maschinen und zwei Ladestationen“, sagte John McDonald, General Manager für Entwicklung am Produktionsstandort von DMG MORI in Davis, Kalifornien. „Sie“ „Der Materialfluss in und aus den Verladestationen ist gewährleistet, die Arbeit stagniert im Palettenpoolsystem und die Maschinen sind Tag und Nacht im Einsatz.“

Mittlerweile sei das RPS „ein System mit einer Maschine und einer Palette“, fuhr McDonald fort. „Normalerweise sind darin fünf Paletten untergebracht, und wir gehen sogar bis zu 21 Paletten. Diese eignen sich wiederum hervorragend für Warteschlangenarbeiten. Man hat nicht so viel Teilemix, oder man kombiniert es mit einer Art Schnell- Ändern Sie die Vorrichtungen so, dass Sie Ihre Arbeitskonfiguration ändern können. „Letztendlich ist das richtige FMS für eine bestimmte Werkstatt dasjenige, das die unbeaufsichtigte Laufzeit optimiert. Es geht darum, mehr Spindelstunden am Tag zu haben und den Mitarbeitern mehr Zeit zu lassen, damit sie andere Aufgaben erledigen können, sagte er.

Die andere Aufgabe des FMS besteht natürlich darin, mehr Arbeit in die Tür zu bekommen. „Ich habe Kunden, die an meine Tür klopfen und sagen: ‚Hier gibt es einen Auftrag, auf den ich bieten kann, es gibt einen Auftrag, auf den ich bieten kann.‘ Was ich sehe, beschäftigt die meisten Menschen mit der Frage: „Kann ich das wirklich umsetzen?“ Unsere privaten Technologietouren und Bildungsveranstaltungen zeigen diesen Kunden, wie diese Tools tatsächlich zusammenarbeiten, um diese unbeaufsichtigte Laufzeit zu erreichen.“

Die 2021 eingeführte LPS 4-Software von DMG Mori ist die vierte Generation der Automatisierungssystem-Management-Software des Unternehmens. Damit können Hersteller einige Schritte der Materialverwaltung einsparen, indem sie eine direkte Verbindung zu einem ERP herstellen. Wenn ein Kunde beispielsweise 500 Blöcke aus 6061-Aluminium für die Herstellung von Wasserpumpen bestellt, erklärt McDonald: „Sobald Sie diesen Wasserpumpenauftrag erstellt haben, kann Ihr ERP-System die Nachfrage nach dem, was als nächstes produziert werden soll, an das Palettenpoolsystem weiterleiten.“ . Wir haben diesen manuellen Link entfernt, bei dem jemand Daten aus dem ERP in die LPS 4-Software eingibt; wir haben diesen Kreis geschlossen, indem wir diese beiden miteinander verbunden haben. Nicht alle Kunden sind heute bereit, diese Ebene zu verwenden – aber einige der produktiveren Geschäfte tun es.“

Als Beispiel dafür, was sein FMS leisten kann, betreibt DMG Mori in seiner eigenen Maschinenwerkstatt ein Ein-Meter-LPP mit drei Maschinen, so McDonald. „Es verfügt über eine Teilewaschstation, Roboterbeladung, hydraulische Vorrichtungen und Materialpaletten. Wir bearbeiten die Gussteile, aus denen wir unsere Maschinen bauen, hier in unserem Werk in Davis. Ein Bediener lädt die Gussteile auf die Materialpalette. Fast alle davon.“ Gussteile müssen mit einem Kran transportiert werden; sie sind viel zu schwer, als dass irgendjemand sie heben könnte. Sie werden mit einem Kran auf eine Palette gehoben, die wie eine Gabelstaplerpalette aussieht. Das Teil wird dort platziert und gelangt dann in die Palettenregale. Die Materialpalette kommt in die Der Roboter lädt sich selbst und die Vorrichtungspalette. Der Roboter nimmt also das Teil auf und lädt es auf die Vorrichtung. Anschließend wird das Teil mit einer hydraulischen Werkstückhalterung gesichert. Anschließend gelangt das Teil in das Bearbeitungszentrum.

„Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, geht es in die Teilewäsche. Das Teil wird gereinigt, um alle Späne oder Sandpartikel aus den mit Klebeband versehenen Löchern zu entfernen. Wir haben Kunden, die noch einen Schritt weiter gegangen sind und bei denen wir Messmaschinen und Lasermarkierungszellen integriert haben.“ Einige Kunden verwenden das LPP auch in Kombination mit unserem zentralen Werkzeugverwaltungssystem, sodass nicht nur die Werkstücke, sondern auch die Werkzeuge im Maschinenmagazin automatisch gewechselt werden. Typischerweise sehen wir OEMs, die diese Art von Zellen implementieren.“

Auch Methods dient der Entwicklung von einfachen Palettenaustauschsystemen hin zu robotergesteuerten Lösungen mit Palettenverwaltungssteuerung, sagte Spencer.

„Ein sehr erfolgreiches System, das wir entwickelt und eingesetzt haben, ist unser RoboDrill Plus-K-System“, erklärte Spencer. „Dieses System verwendet einen FANUC RoboDrill mit einem FANUC-Roboter zur Bedienung. Auf der Roboterseite besteht die Möglichkeit, bis zu 60 Werkstücke gleichzeitig im System zu lagern. Dieses System verfügt über eine in die Maschine integrierte Palettenverwaltungsfunktion Steuerung, die es dem Bediener ermöglicht, bestimmte Programmnummern für die verschiedenen 60 Stationen festzulegen, an denen Teile gelagert werden können. Dieses flexible System ermöglicht auch eine erweiterte Werkzeugausstattung an der Maschine, was bei der Arbeit an verschiedenen Arten von Teilen in den 60 verschiedenen Arbeiten äußerst hilfreich sein kann Stationen.

Und eine High-Mix-Produktion in kleinen Stückzahlen sei nicht vom Tisch, fügte Spencer hinzu. In solchen Fällen empfehlen wir normalerweise eine strengere Lösung. Bei jedem Automatisierungs- oder Werkzeugmaschinenverkauf versuchen wir, dem Kunden die ROI-Berechnungen für seine Werkstatt zu zeigen, um den Verkauf der Ausrüstung zu genehmigen. Wir tun, was wir können, um einen zu übertreffen 18 bis 20 Monate ROI für den Kunden.“ Das Plus-K-System des Unternehmens sei maßgeschneidert für Arbeiten mit hohem Mix und geringem Volumen, fügte er hinzu.

„Wir haben in der Medizinbranche mit flexiblen Systemen große Erfolge erzielt. Ich denke, ein Hauptgrund dafür ist der Bedarf der Medizinbranche an einer High-Mix-Anwendungsart. Damit meine ich, dass sie in der Regel kleine Chargen herstellen können – bis hin zu.“ auf vielleicht 10 Teile auf einmal – bevor ein anderer Teiltyp hergestellt werden muss. Dies eignet sich perfekt für eine flexiblere Lösung, die extrem einfach von einer Teilenummer zur nächsten geändert werden kann.“

Für Track-and-Trace-Anforderungen, fuhr er fort, „bieten wir Zellcontroller an, die Kunden bei der Rückverfolgbarkeit von Teilen durch Systeme unterstützen können. Zellcontroller können die Betriebszeit von Geräten, Alarmstatus und -historie sowie die Maschinennutzung überwachen. Typischerweise sind es diese Systeme.“ verfügen entweder über QR-Code-, Barcode- oder RFID-Scanfunktionen, die es dem Bediener ermöglichen, während der laufenden Produktion Teile in und aus den Zellen zu scannen. Diese Informationen werden normalerweise in einer Datenbank lokal in der Zelle gespeichert, wo sie auf den Server eines Kunden kopiert werden können. "

Wenn Laserschneiden und -schweißen ins Spiel kommen, erhält ein FMS eine etwas andere Definition, sagte Dominic Rickard, Vertriebsleiter für Nordamerika bei Prima Power Laserdyne mit Sitz in Brooklyn Park, Minnesota.

„Ein flexibles Fertigungssystem für die 3D-Laserbearbeitung bedeutet, ein System bereitzustellen, das eine Vielzahl von Laserprozessen unterstützen kann, z. B. Laserschweißen, Laserbohren und 3D-Laserschneiden“, erklärte Rickard. „Das System muss die Fertigungsanforderungen unterstützen und an die zukünftigen Anforderungen des Unternehmens anpassbar sein.“

Diese Anpassungsfähigkeit würde die Unterstützung für Folgendes umfassen:

--Geringes Volumen heute und höheres Volumen in der Zukunft.

--Eine Reihe von Materialien, von Weichstahl, Edelstahl und Aluminium bis hin zu Spezialmaterialien. Der Wechsel von einem Unterstützungsgas zum anderen mittels elektronischer und programmgesteuerter Steuerung ist wichtig.

--Schneller Wechsel von einem Herstellungsprozess zum anderen – vom Schweißen über das Schneiden bis zum Bohren und umgekehrt. Er sagte beispielsweise: „LASERDYNE-Systeme können in ein bis zwei Minuten vom 3D-Laserschneiden zum 3D-Schweißen wechseln.“

Darüber hinaus riet er dazu, dass laserbasierte FMS Echtzeit-Parameter- und Prozessinformationen an Fertigungs-/Betriebsüberwachungssysteme liefern müssen – und dass diese Informationen auch aufgezeichnet und für zukünftige Referenz- und Analysezwecke gespeichert werden müssen.

„Aus unserer Sicht ist die Größe des Systems oder der Maschine unabhängig von der Flexibilität“, sagte Rickard. „Die Größe des Systems wird durch die Teile bestimmt, die der Kunde laserbearbeiten wird. LASERDYNE-Systeme sind so konzipiert, dass sie die Fertigungsflexibilität unterstützen, unabhängig davon, ob ein kleines oder großes System gekauft wird.“

Die neueste Ergänzung von Prima Power Laserdyne ist das LASERDYNE 811-System, das die flexible Fertigungsphilosophie auf verschiedene Weise unterstützt, erklärte Rickard.

„Erstens unterstützt das gleiche System einen Hersteller, der einen hohen Teilemix und ein geringes Volumen hat, oder einen Hersteller, der das System für die Herstellung eines einzelnen Teils über mehrere Jahre bestellt. Zweitens kann der Kunde die Automatisierung zum Zeitpunkt der Installation des Systems integrieren.“ oder jederzeit in der Zukunft. Das System ist modular und anpassbar. Drittens kann das System ein eigenständiges Gerät oder ein integraler Bestandteil der Fertigungszelle sein.“

Das System sei für einen Kunden, einen Zulieferer der Automobil-, Lebensmittelverarbeitungs- und Haushaltswarenbranche, ein Segen gewesen, sagte er. Dieser Kunde wollte seine Bearbeitungsmöglichkeiten erweitern und die Teil-zu-Teil-Zeit für eine Vielzahl von 3D-Metallteilen und mehreren zylindrischen Teilen verkürzen. Darüber hinaus wollte der Kunde die Zeit für den Wechsel der Teilevorrichtung verkürzen.

„Wir haben dem Kunden die LASERDYNE 811 mit einem Indextisch [Drehtisch] mit zwei Positionen zum Laserschneiden von 3D-Teilen zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus haben wir eine gemeinsame Vorrichtungsschnittstelle bereitgestellt, damit der Bediener die Teilehalterungen auf dem Drehtisch einfach wechseln kann. Zur Unterstützung der Für zylindrische Teile haben wir einen Drehtisch mit der gleichen Teilehalterungsschnittstelle bereitgestellt, damit der Kunde den Drehtisch problemlos hinzufügen und entfernen kann. Das Hinzufügen und Entfernen des Drehtisches erfolgt auf die gleiche Weise wie das Hinzufügen und Entfernen der Teilehalterung.

„Das Ergebnis ist, dass der Kunde in einem hohen SKU-Mix laserbearbeiten und die Teil-zu-Teil-Zykluszeiten verkürzen kann, was die Gesamtkosten senkte, den Fabrikdurchsatz erhöhte, die Teilevorlaufzeiten für Endbenutzer verkürzte und es dem Kunden ermöglichte, zu bleiben.“ wettbewerbsfähig ohne Qualitätseinbußen.

Rickard erklärte, wie entscheidend die Weiterentwicklung des FMS für den Erfolg seines Unternehmens war.

„Aus der Not heraus war Prima Power Laserdyne ein früher Pionier in der 3D-Laserbearbeitung. Um erfolgreich zu sein, mussten wir flexible Fertigungssysteme anbieten. In den Anfangstagen des Geschäfts war es sehr schwierig, eine Einwegmaschine zu verkaufen. Die Kunden bestanden darauf Die Systeme mussten flexibel sein. FMS ist sozusagen ein zentraler Bestandteil unserer DNA.

„Im Laufe der Jahre begannen die Laserquellen des Systems mit CO2-Lasern, gingen dann zu Nd:YAG-Systemen über und sind nun zu Faserlasersystemen geworden. Mit jeder Änderung der Laserquelle konnte eine größere Anzahl von Materialien laserbearbeitet werden. Im Laufe der Zeit haben wir und entwickelt Wir haben unsere Systeme zur Unterstützung des Schweißens, Bohrens und Schneidens durch den Austausch der Düse am Ende der optischen Laserkette verbessert.“

Eine weitere Änderung war die Einführung von SPC und MTConnect in seine Systeme. „Mit SPC kann der Hersteller alle Prozess- und Maschinenparameter zur Analyse oder Aufzeichnung aufzeichnen. Mit MTConnect kann der Hersteller die Parameter in Echtzeit streamen und so eine Prozessüberwachung in Echtzeit ermöglichen. Schließlich verfügt das System über eine Echtzeitkontrolle.“ alle Aspekte der Maschine, einschließlich der Puls-für-Puls-Steuerung des Lasers. Die Echtzeitsteuerung ermöglicht der Steuerung die Unterstützung von sieben oder mehr Achsen und vereinfacht die Integration der Automatisierung mit LASERDYNE-Systemen.“

Letztendlich kam er zu dem Schluss: „Der allgemeine Fertigungssektor und die Auftragsfertiger sind führend bei der Definition und dem Bedarf an FMS. Diese Kundengruppe benötigt die Fähigkeit, ihre Fertigungsprozesse anzupassen.“

Typischerweise unterstützt diese Gruppe eine Vielzahl von Produkten und Kunden. Der Lebensunterhalt und der Erfolg hängen davon ab, wie schnell und effizient sie sich an das Arbeitsangebot des Marktes anpassen können. Jeder Marktsektor hat einen Auf- und Ab-Zyklus. Wenn ein Marktsektor ausfällt, kann die Geschwindigkeit, mit der sich der Hersteller an den wachsenden Marktsektor anpassen kann, den Unterschied zwischen Geschäftswachstum und Geschäftsaufgabe ausmachen.“

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