Nutzung kinematischer 3D-Simulationen für die fortschrittliche Fertigungstechnik

09
Sep

Fertigungstechnik mit 3D-kinematischen (realen) Simulationen

• Von:Brian McMorris
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Die Mission von Futura Automation ist und war:„Beratung und Unterstützung nordamerikanischer Hersteller hinsichtlich der Vorteile von Industrie 4.0 durch die Implementierung von IIOT und Roboterlösungen.“  Das Beratungsteam von Futura Automation verfügt über unterschiedliche Hintergründe und Erfahrungen.  Als Team verfügen wir über diplomierte Ingenieure, teilweise mit höheren Abschlüssen, in den Bereichen Chemie, Elektrotechnik, Fertigungstechnik, Maschinenbau und Steuerungstechnik sowie Physik, Mathematik und Informatik.  Viele im Team verfügen über Erfahrung in der Roboterprogrammierung und -anwendung sowie in den Bereichen IT, ERP, MES, elektronische Motorantriebe, Bewegung und programmierbare Steuerungen.  Wir sind bestens gerüstet, um unsere Kunden bei ihren anspruchsvollen Fertigungsdesignanforderungen zu unterstützen.

Kundenziele:

Kunden von Futura Automation streben nach Qualitäts- und Produktivitätsverbesserungen in ihren Fertigungsabläufen, um die Unternehmensziele zu erreichen.  Angesichts des Arbeitskräftemangels jetzt und in naher Zukunft werden Automatisierung und Robotik zunehmend als Lösung zur Kostensenkung und Verbesserung der Produktivität angesehen.  Aber Roboter können nicht die gesamte menschliche Arbeit direkt ersetzen.  Meistens müssen die Aufgaben eines Roboters vereinfacht werden, da ihm die Intelligenz, das Urteilsvermögen, die Innovationskraft und die Geschicklichkeit eines menschlichen Bedieners fehlen.  Futura Automation arbeitet mit den KPIs (Key Performance Indicators) des Kunden zusammen, um Lösungen zu finden, die diese KPIs erfüllen.

Lösungen:

Für unsere Kunden ist es am besten, wenn Futura Automation schon früh im Entwicklungsprozess bei der Gestaltung des Fertigungsprozesses behilflich sein und ihnen dabei helfen kann, den Prozess effizienter und effektiver zu gestalten.  Der Schlüssel zur Verbesserung der Herstellungspraktiken ist die Simulation in der realen Welt, sodass verschiedene Lösungen in einer virtuellen Welt auf ihre Wirksamkeit getestet werden können.  Futura Automation kann mit der Simulationssoftware seines Partners OCTOPUZ solche kinematischen (realen) Simulationen für alle Arten von Fertigungsanlagen bis hin zur Maschinen- und Roboterprogrammierung bereitstellen.  Wir werden in der Lage sein, Lösungen zu identifizieren, die die Beziehung zwischen den einzelnen Herstellungsprozessen innerhalb des Systems aufrechterhalten.  Die Lösung muss Kapazitäten und Engpässe innerhalb des Systems genau simulieren und dies auf „kinematisch“ genaue Weise unter Berücksichtigung der Massen der Ausrüstung und des Produkts sowie realer physikalischer Einschränkungen.  Die Lösung muss auch zeigen können, wie sich Änderungen an den einzelnen Fertigungssubsystemen auf den gesamten Fertigungsbetrieb auswirken.

Implementierung

Die Fertigungsoptimierung erfordert eine vollständige Analyse des gesamten aktuellen Fertigungsprozesses und eine Neuvorstellung, wie der Prozess durch Änderung von Fertigungsprozessen, Arbeitsabläufen, Anlagenlayout, Maschinen und Implementierung von IIOT, Automatisierung und Robotik verbessert werden kann.  Im Folgenden sind einige Schlüsselaspekte aufgeführt, die für eine robuste Lösung erforderlich wären:

Was sollte eine Fertigungsoptimierungslösung leisten?

• Logistik:Wie gelangen Komponenten vom Hersteller zur Produktionsstätte und zum fertigen Produkt?
• Lagerung:  Wie werden Komponenten in der Anlage gelagert, um die Handhabungs- und Transportzeit zu minimieren?
• Materialhandhabung:  Wie werden Materialien aus dem Lager per Flur- oder Hängeförderer, Hubwagen oder autonomem Fahrzeug in den Produktionsbereich transportiert?
• Komponentenmontage:Wie werden Komponenten mit minimalem Arbeitsaufwand zusammengebaut und geprüft, um die Konstruktionsanforderungen an Produktivität und Qualität zu erfüllen?
• Komponentenveredelung:Wie werden zusammengebaute Produkte lackiert, poliert oder veredelt, wenn dies nicht bereits vor der Montage erfolgt ist?
• Endverpackung:Wie werden Fertigwaren für den Versand in Kisten, Kartons, auf Paletten und mit Umreifung oder Verpackung verpackt?
• HR:  Personalbestand, Qualifikationen, Schulung und Ausrüstungstechnologien, die zur Umsetzung der Lösung erforderlich sind?
• Bestand:  Optimierte Bestandsanalyse anhand historischer Daten und Echtzeitdaten, um den Bestand zu reduzieren, ohne die Unterstützung für Produktänderungen oder -anpassungen zu verlieren
• Auftragsverwaltung:Optimieren Sie die Planung und Reihenfolge für die Fertigungslösung, um die Rüst- und Umrüstzeiten zu minimieren
• Wie werden Simulationen visualisiert und allen Beteiligten kommuniziert?
• Wie können Änderungen im Prozessablauf bewertet und anschließend umgesetzt werden?
• Welche Informationstechnologiesysteme (IT-Systeme) verknüpfen Herstellungsprozesse und jeden Teilprozess mit dem Front-Office-System (ERP)?

KPIs zur Optimierung von Fertigungsprozessen

Angesichts zahlreicher potenzieller und konkurrierender Ziele im gesamten Fertigungsbetrieb muss sichergestellt werden, dass jeder einzelne KPI oder jedes einzelne Ziel zur Gesamteffizienz der Fertigung beiträgt. Im Folgenden sind potenzielle Möglichkeiten zur Verbesserung der Fertigung aufgeführt, die eine kinematische Simulationslösung bieten kann:

• Inventarauslastungsanalyse
• OEE oder Ressourcenzuteilung
• Arbeitsallokations- oder Produktivitätsanalyse
• Materialfluss und Einschränkungen
• Geräteverfügbarkeit und Wartungsplanung
• Anlagenkapazitätsanalyse und Erweiterungsplanung
• Ziele der Qualitätskontrolle; d. h. „6 Sigma“
• Sichtbarkeit der Werksleistung; d. h. Dashboards
• Fertigungs-Upgrades und ROI-Simulationen für die Gerätebeschaffung
• Training zur HR-Arbeitsleistungsverfolgung
• Planung und Produktionsausgleich

Bei der Arbeit an betrieblichen Verbesserungen ist es wichtig, die Kompromisse zwischen einer Alternative und einer anderen oder einer Reihe anderer Alternativen zu messen. Dies kann und wurde mit statischen Analysetools wie Tabellenkalkulationen erreicht. Solche „Single-State“-Tools berücksichtigen jedoch nicht die Dynamik der typischerweise miteinander verbundenen Fertigungsprozesse, Menschen, Materialien, Geräte und Systeme, die in den meisten Fertigungsabläufen vorhanden sind.

Die Lösung – Kinematische Simulation

Die kinematische Simulation ermöglicht nicht nur die Analyse verschiedener Produktionsszenarien und Gerätetypen, die vor der Anschaffung und Einrichtung dieser Geräte auf optimale Leistung getestet werden sollen. Eine breite Palette von Szenarien kann innerhalb von Tagen oder Wochen entwickelt und getestet werden, anstatt dass statisches Engineering, Ausrüstungsbewertung und -kauf, Bereitstellung und Schulung Monate oder Jahre dauern können. Dies ermöglicht es dem Benutzer, mit der virtuellen Umgebung zu interagieren und „on-the-fly“ alle Änderungen an Layouts, Prozessen, Personen, Geräten, Automatisierungsimplementierungen, Zeitplänen, Inventaroptionen, Sequenzierungsmustern und praktisch jeder erdenklichen Änderung zu testen, die sich positiv auf den Betrieb auswirken kann, ohne das Risiko und die Kosten für das Testen von Änderungen in einer Live-Umgebung. Die kinematische Simulation gibt dem Benutzer die Flexibilität, Änderungen in Echtzeit anzuzeigen, was Zeit und Geld spart. Die proaktive Vorhersage zukünftiger Ereignisse gibt dem Benutzer die Freiheit, mit verschiedenen Szenarien zu experimentieren und fördert so eine proaktive und wirtschaftlich vorteilhafte Entscheidungsfindung.

OCTOPUZ ist die intelligente Offline-Roboterprogrammierungs- und Kinematiksimulationssoftware, die sich ideal für jede bahnempfindliche Anwendung eignet.  Über die kinematische Simulation hinaus verfolgte OCTOPUZ einen revolutionären Ansatz zur Roboterprogrammierung, indem es die Offline-Programmierung von Robotern mit der Simulation des Fertigungsprozesses kombinierte.  OCTOPUZ bietet eine gängige, vielseitige, leistungsstarke und effektive Lösung für jede Roboter- oder Fertigungssimulationsherausforderung.

Simulationsmodellbau:

Typischerweise wird ein CAD-Layout, entweder 2D oder 3D, aus einer beliebigen Anzahl von CAD-Entwicklungstools zur Visualisierung von Arbeit und Arbeitsablauf in das Modell importiert. Anschließend werden Prozesse, Verbindungen/Förderer, Fahrwege und andere definierte Daten in das Modell eingegeben. Modelle werden grafisch erstellt, ohne dass Code geschrieben werden muss. Dies ist ein wichtiger Unterschied zwischen traditionellen und kinematischen Simulationsumgebungen. Die Definition von Zeitplänen, Sequenzen, Prozessen usw. erfolgte in der Vergangenheit manuell.   Mit dem Fortschritt der Technologie und dem zunehmenden globalen Wettbewerb bei den Arbeitskosten wird es immer wichtiger, in Echtzeit mit dem ERP-Auftragseingabesystem (Nachfragesystem) zu interagieren, um Produktmix, Routing und andere relevante Daten in das Produktionsmodell einzugeben und so Prozesse zu optimieren.  Die Simulation ermöglicht „Monte-Carlo“-Prognosen durch das Testen mehrerer Produktionslösungen, einschließlich der Hinzufügung, Entfernung oder Verlagerung von Ausrüstung.  Diese proaktive Prognose ermöglicht es dem Benutzer, projizierte Szenarien basierend auf tatsächlich erfassten Eingabedaten sowie Prognosen anzuzeigen.  Der Benutzer hat die Möglichkeit, mit dem Simulationsmodell zu interagieren, während es noch läuft, was Zeit spart und sofort Feedback gibt. Der Benutzer kann diese Informationen dann nutzen, um mögliche Ergebnisse sowie Vor- und Nachteile von Änderungen besser zu verstehen und letztendlich die logischste, effizienteste, machbarste und wirtschaftlich vorteilhafteste Vorgehensweise auszuwählen. Integrierte Optimierungsanalysen sowie 2D- und 3D-Visualisierung machen unsere kinematische Simulationslösung ideal für die Fertigungsoptimierungsanforderungen unserer Kunden.

Vorteile:

Die kinematische Simulation liefert durch integrierte Berichte und Szenarioanalysen sofort Feedback zu Effizienzsteigerungen am Angriffspunkt sowie dazu, wie sich die Änderung im gesamten System ausbreitet. Mit Simcad können Benutzer strategisch festlegen, wie der Betrieb auf der Grundlage von Nachfrageänderungen hoch- oder heruntergefahren wird, auf geplante und ungeplante Versorgungsunterbrechungen reagieren und wie sich Änderungen im Produktmix auf den gesamten Betrieb auswirken. Darüber hinaus kommt die kinematische Simulation dem Benutzer zugute, da sie eine Vielzahl von Änderungen am System in einer virtuellen Umgebung ermöglicht, in der dem Benutzer beispielsweise nicht die umfangreichen Kosten entstehen, die mit Versuch und Irrtum oder dem langwierigen Prozess der Verwendung von Excel-Tabellen verbunden sind. Eine kinematische Simulation gibt dem Benutzer die Möglichkeit, optimale Zeitpläne zu überprüfen und festzulegen, Live-Updates für eine bessere Kontrolle der Produktivität zu erhalten sowie „Was-wäre-wenn“-Szenarien durchzuspielen, um Ressourcen, Ausrüstung, Zeitpläne und Produktion zu optimieren. Die kinematische Simulation ermöglicht es dem Benutzer, Beziehungen während der gesamten Fertigung aufrechtzuerhalten, um besser zu verstehen, wie sich verschiedene Änderungen auf das gesamte System auswirken. Der Benutzer kann auch mögliche Effizienzunterschiede aufgrund von Automatisierung gegenüber manueller Arbeit analysieren. Der beste Weg für die Produktion kann ermittelt werden, um die Produktivität zu steigern und nicht wertschöpfende Zeit zu reduzieren. Durch Futura Automation und die kinematische Simulationsumgebung von OCTOPUZ kann all dies und noch mehr unter der Anleitung von Futura Automation erreicht werden.

Schlussfolgerungen

Die kinematische Simulation ist ein praktikables und genaues Werkzeug zum Verständnis aktueller Fertigungsbeschränkungen, zur Identifizierung der Auswirkungen von Maschinen- und Prozessänderungen und schließlich zur Visualisierung und Kommunikation der Auswirkungen des Übergangs von der aktuellen zur zukünftigen Fertigungsumgebung.

Vorteile und Nutzen einer kinematischen Simulationsumgebung

• Futura Automation bietet ein Team äußerst erfahrener und qualifizierter Ingenieure, die bei der Entwicklung der Details einer Fertigungsprozesssimulation helfen werden
• Futura Automation bietet eine Reihe von Ressourcen zur Unterstützung der finanziellen und betrieblichen Entscheidungsfindung
• Futura Automation kann IOT und integrierte MES-Systeme über Tulip Interfaces implementieren, um eine automatisierte Fertigungsumgebung zu ergänzen
• OCTOPUZ umfasst eine CAD-Bibliothek mit über 2 Millionen Komponenten von Roboter-, Maschinen- und Werkzeugmodellen, die schnell importiert werden können, wobei die Kinematik für die Prozesssimulation aktiviert ist
• OCTOPUZ bietet
  • Echtzeitkonnektivität mit externen Datenquellen, um genaue Berechnungen sicherzustellen
  • Interaktive „on-the-fly“-Änderungen an Fertigungsanlagen und Systemabläufen
  • Roboterprogrammierung in der Muttersprache des Herstellers (die meisten großen Marken) und kann dann auf reale Roboter heruntergeladen werden
  • Live-Updates im Internet für virtuelle Besprechungen zur technischen Überprüfung
  • Dynamische Lean-Analyse für Produktionsprognosen

Kinematische Simulation für die Fertigungsmodellierung ist die Zukunft.  Futura Automation ist Ihr geschulter und äußerst kompetenter Engineering-Partner, der Ihnen den Weg in diese Zukunft zeigt und Sie bei allen Aspekten der Fertigungsumgebung unterstützt, einschließlich der Kosten- und Ertragsaspekte des Prozesses.