Shopfloor-Automation auf neuem Level: Präzision, Flexibilität & Zuverlässigkeit

An der Maschine, nahe der Maschine, zwischen Maschinen – das IIoT ist nie fern

Flexibilität hält in der Automation Einzug – vielleicht wie nie zuvor. Und für Branchen, die Präzisionsbearbeitung, Montage und Messung benötigen, waren Automationstechnologien nie verfügbarer.

Automationslösungen reichen von höchster Präzision bis production-bewährter Zuverlässigkeit und Speed. Kaum je werden Technologien als Allheilmittel für alle Probleme dargestellt. Es ist kein „Gift wählen“, sondern die passendste Technologie auswählen und ROI rechtfertigen können. Bewährte Automation wie Stangenlader, Gantry-Lader, vereinfachte Pick-and-Place-Optionen sind nie weit vom Vordergrund, werden aber in vielen Fällen von neuen, schnelleren Robotertechnologien ergänzt und überholt, die den Vorteil der Vielseitigkeit mitbringen, den IIoT-Digitalkommunikation in die Fertigung trägt.

Präzision in der Uhrenfertigung führte zu Hunderten Robotern

Laut Rick Brookshire, Group Product Manager Robots bei Epson America Inc. (Carson City, CA), als Mutterkonzern Seiko Epson Corp. vor 35 Jahren Roboter für eigene Uhrenfertigung entwickelte, war Präzision alles. Heute kombiniert Epson Speed mit Präzision: über 300 Roboter, Reichweiten 175–1000 mm, Traglast bis 20 kg, Wiederholgenauigkeit bis 5 µm. Typische Erstapplikationen: handtellergroße Teile für Automotive, Medical, Electronics – Funktionen: Montage, Maschinenbeschickung, Kitting, Inspektion, Test, Palettieren in quasi jeder Industrie.

Neuzugang im Epson-Portfolio: Einstiegs-Synthis T3 All-in-One SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm), eingeführt zu Preis-Leistung, die Epsons Anwendungen in Automotive, Electronics, Medical Devices, Consumer Products weiter ausdehnen soll.

„Seit Einführung Ende 2017 fand der T3 Akzeptanz am Markt jenseits unserer kühnsten Erwartungen“, sagt Brookshire. „T3 hat Controller im Arm, PC-Verbindung für Programmierung – alles für 7.495 USD. Nutzt dieselbe Software wie unsere High-End-G-Serie-Sechs-Achs-Roboter.“

Wie Epsons andere SCARA-Roboter ist T3 ein Vier-Achs-Roboter, der von flacher Fläche zu flacher Fläche taktet – positioniert als Alternative zu Linearschlitten im Shop. „Linearschlitten müssen bei Wechseln ständig nachjustiert werden“, so Brookshire. T3 mit 400 mm Arm, max. 3 kg Traglast, erfüllt Flexibilitätsbedarf mit Speed für effizienten Betrieb, kompaktem Design, Epsons RC+ Programmiersoftware.

Roboter-Effizienz in kompakten Paketen

Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL) hat Historie in Palettiersystemen und Robotern für Werkzeug- und Werkstückhandling bei EDM-Bearbeitung sowie Maschinenbeschickung für Spanbearbeitung in Tandem oder Kombination mit EDM-Maschinen. „Ein Jobshop macht täglich was anderes. Das ist unsere Stärke: Werkstück auf Palette, in Magazin, Roboter bewegt es in Maschine zur Bearbeitung – ob 1, 2 oder 5 Teile“, sagt Chris Norman, President & COO. „Wir sind Nischenmarkt – unsere Automation für Jobshops, Werkzeug-/Formenbau, Kurzlauf-Luftfahrtfertigung.“

Nachfrage nach Erowa-Automation stark. „Akzeptanz für Automationslösungen in Shops gewachsen. Automation-Umsatzwachstum 10–20 % über 2017, das war schon 30 % über 2016“, so Norman. „Nicht mehr nur EDM-Leute, obwohl wir viel in Elektrodenfertigung/Handling machen. Unsere Tooling wird in vielen Fertigungsfacets genutzt. Schnellwechselsystem zwischen Paletten, Spannfuttern, Werkzeugwechslern, Elektrodenwechslern an EDM – Automation, an die viele Unternehmen nicht denken.“

Programmierung für Roboter vereinfacht, laut Norman. „Unsere Roboter sind nicht schwer zu programmieren. Verschiedene Integrationslevel. Basislevel: Roboter ist Slave der Maschine. Wir haben alle Interface-Arbeit gemacht, Interfaces zu allen großen OEMs. Bei Installation rufen wir Palette in Maschine wie Spindel – basically one line of code. Cell Control Software managt Maschine und Roboter statt Maschinensteuerung. Typischerweise nur ca. einen Tag Training mit Kunden.“

Der Shopfloor ist ein busy place

Neueste EDMs von Makino Inc. (Mason, OH) feature Automation für unbeaufsichtigten Betrieb. Support durch HyperConnect, Makinos Suite an IIoT-Applikationen für EDMs – verbessert User Experience und Effizienz, reduziert Maschinenstillstand. Verfügbar auf allen Makino EDMs mit Hyper-i-Control: HyperConnect ermöglicht Shop-Managern und Operatoren, EDM-Prozesse von jedem PC, Smart Device oder anderen Hyper-i-Controls im Netzwerk zu monitoren und zu steuern.

EDM-Operatoren haben schon genug auf dem Shopfloor. Das Letzte, was sie brauchen: Hin- und Herlaufen zwischen Maschinen und Büros. HyperConnect gibt Operatoren Zugänglichkeit zu dem, was sie für maximale Effizienz brauchen – ob an Maschine, im Büro oder remote.

HyperConnect Suite: vier primäre Konnektivitätsfeatures für Shop-Personal zum Monitoren, Planen, Troubleshooting von EDM-Operationen. EDM Mail und PC Viewer am häufigsten genutzt. EDM Mail sendet Maschinenstatus per Mail an Operatoren während unbeaufsichtigtem Betrieb – reduziert Downtime, unterstützt Multitasking. Liefert periodische Timed-Updates der Betriebsbedingungen oder alertet bei Maschinenstopp zu jeder Stunde.

Prozesse vernetzen – nur eine Idee entfernt

Wenn Technologie eines Maschinenbauers in sonst unverwandte Prozesse übergreift, kann Automation unerwartete produktive Links schaffen. Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), Supplier für Werkzeugmaschinen, 3D-Druck, Automation, machte „Quantensprung“ durch Kombination der Prozesse zur Produktionssteigerung in 3D-Fertigung. Automation-Zelle kombiniert Additive Manufacturing mit Robotik und subtraktiven Prozessen – Ziel: Post-Processing für schnelle, hocheffiziente fertige 3D-Teileproduktion.

Die 20-ft (6 m) Methods-Zelle: 3D-gedrucktes Produkt-Infeed-Station, schiebt 3D-Teile auf Bauplatten in FANUC C600 EDM, das teilweises Trennen von Teilen von Bauplatten schneidet. Nächste Station: FANUC-Roboter löst Platten von gedruckten Teilen, überführt Teile zu FANUC RoboDrill für finale Bearbeitung. Robodrills beliebt in Shopfloor-Umgebungen für selbstcontained, kompakten Automations-Footprint. Engineered für Lights-out Manufacturing, Zelle reduziert Gesamtzeit von 3D-Druck bis finales Post-Processing, vervierfacht Teile-Durchsatz angeblich, eliminiert manuelle Arbeit. Methods 3D-Druck-Partner: 3D Systems Corp. (Rock Hill, SC), Urheber des 3D-Drucks.

Smart Manufacturing heißt IIoT-Konnektivität

Zwei Maschinenbauer, Mazak Corp. (Florence, KY) und Murata Machinery USA Inc. (Charlotte, NC), kollaborierten für Smart Manufacturing System: Mazaks Bearbeitung, Automation, Smart Tech mit Muratec automatisiertem High-Density-Lager-/Retrieval-System. Resultat: Mazatec SMS (Smart Manufacturing System) – unbeaufsichtigtes Lights-out Manufacturing, High Output, IIoT-Konnektivität.

Mazatec SMS koppelt multiple Mazak Horizontale Bearbeitungszentren und/oder Multitasking-Maschinen mit Muratec vertikal-orientiertem Stocker-System (Paletten, Material-Bucket, High-Speed Stocker Crane). Modulares System: bis 150 Stocker (verschiedene Größen) in 6-Level-Konfiguration – signifikante Flächeneffizienzsteigerung.

Mazaks SmartBox IIoT-Technologie und Smooth PMC Produktionsmanagement-Software sind Schlüsselkomponenten. Muratecs automatisiertes System steuert alle Interconnects, synchronisiert mit Hersteller-ERP/MRP-Host und MES. Resultat: Mazatec SMS als Smart Factory Lösung für Prozesskontrolle, Monitoring, Optimierung – Vielfalt Werkstücke, auch kleine Losgrößen, mit hoher Effizienz. Kann verschiedene Maschinengrößen/-typen in gleiche automatisierte Fertigung integrieren. Peripherie: Einzelstationen für Laden/Zentrieren, Kipp-Laden, Heben/Senken-Laden, Werkstückeinrichtung, Teilereinigung. Stocker Crane handhabt Gesamt-Input Rohteile und Output Fertigteile.

Automation hängt von Software, IIoT-Fokus ab

Shop Floor Automations (SFA; La Mesa, CA) spezialisiert auf Fertigungsautomations-Software: Maschinenmonitoring, CNC-Vernetzung (DNC-Software), Werkzeugtracking, Produktionsdatenmanagement. „Unsere Advanced Technologies arbeiten mit Protokollen: MTConnect, OPC UA, Okuma Thinc, Modbus, FANUC FOCAS“, sagt Guy Barrow, Account Executive. „Lösungen erfolgreich für CNC-Maschinenbau, Fertigungsbau, Formenbau, jeden Shop mit Fertigungsprozess – High-Volume Aerospace, Medical, Firearms, Automotive, Kombi-Produktions/Jobshops.“

Laut Barrow wollen SFA-Kunden alte Medien auf Shopfloor eliminieren, ohne Maschinen zu ersetzen. Gehen wireless, ersetzen Floppy-Drives. „Während Programmtransfer und CNC-Revisionskontrolle nötig, ist Maschinenmonitoring aktuell populär. Maschineneffizienz sehr wichtig für Kunden. Wir haben Engineers für Customizing auf Kundenproduktionsbedürfnisse. Shops investieren in Industry 4.0 und IIoT-Standards – positiver Effekt auf unser Produktmix. Wir testen neue Lösungen für: alternative Programmtransfer-/Managementmethoden, Maschinenauslastung steigern, Revisionskontrolle, Papierlos, bessere Audit-Vorbereitung. Hilft auch bei ISO-Zertifizierung, Lights-out Manufacturing, Integration mit ERP.“

Small Scale Automation mit Big Capability

Kombination Bearbeitungszentren mit Palettenhandling bewährt für Automatisierungssysteme kleiner Serien bis Losgröße 1. Daher erweiterte Liebherr Automation Systems Co. (Kempten, Deutschland; Saline, MI) Automation-Angebot mit PHS Allround. Ziele: höhere Effizienz, einfache Bedienung unabhängig von Teilgröße/-gewicht. System verlagert Werkstück-Setup von Maschine zu separater Setup-Station, lagert vorgefertigte Werkstücke in Zwischenlager. Vorgefertigte Werkstücke kompensieren kurze/lange Maschinenlaufzeiten, ermöglichen Schichten mit minimal/kein Personal – Stückpreise optimierbar bis 20 %.

Liebherr entwickelte kompakte Klasse PHS Allround für Universalnutzer. Schließt Lücke zwischen Einstiegs-RLS-Rundladesystem und individuell konfigurierbarem PHS Pro Palettenhandling. PHS Allround erlaubt großer Nutzergruppe flexiblen Produktion in Kombination mit 4-/5-Achs-Bearbeitungszentren. Neues modulares Konzept in drei Gewichtsklassen bis 3 t – flexibel, individuell konfigurier-/erweiterbar. Entspricht Palettengrößen 500×500 mm bis 1000×1000 mm.

Custom Automation zielt auf Sekundäroperationen für AR-15 Laufverlängerungs-Fertigungszelle

Hydromat, Synonym für High-Volume-Produktion am Shopfloor, engineered und baute Custom-In-Process-Zelle zur Eliminierung zusätzlicher Handhabung und Sekundäroperationen für Laufverlängerungsteil des populären AR-15-Gewehrs. Zuvor: Teil auf mehreren Maschinen.

Lösung: Hydromats EPIC-Maschinentechnologie mit ergänzter Automation und Bearbeitungsprozessen. Engineering-Team entwickelte Prozess, der Job ohne externe Operationen erledigt – vom Rohstab zum Fertigteil.

Hydromat-Ingenieure schlugen Barrel Extension OP 10/20/30 Produktionszellenprozess vor. Enthält Austritt aus Hydromat EPIC Maschine in custom-integrierte Op 20 Broach/Coining/Deburr Vier-Stationen-Transferprozesszelle vor Rückkehr zur Hydromat für Op 30 Teilefertigstellung. Während Bearbeitung: Teil aus Maschine entnommen, in separater Zelle genutet, dann zurück zum Rotary-Transfer-Prozess zum Finish. EPIC 32/45-16 Rotary Transfer Machine mit Vollintegration Roboterautomation und Op 20 Zelle.

OP 10: Bündel-Stablader führt Stab in Spannzette und Abtrennen an Station 1. Teilrohling bewegt Stations 2–8 mit spezifischen Bearbeitungsprozessen für Features der ersten Teilseite. An EPIC Station 9: Teil mit erstem FANUC-Roboter aus Spannzette entnommen, in offene Position auf Zufuhrtablett in Op 20 Prozesszelle platziert. Zweiter Roboter greift Teil mit Schunk-Doppelbacken, platziert in Backe Position 1 des Tisches in Zelle.

Nach Laser-Positionsverifikation: Transfer zu Station 2. Teil per pneumatischem Transfersystem aus Backe in Broach-Prozessposition, Broachmaschine arbeitet.

Ty Miles Inc. (Westchester, IL) lieferte Broachmaschine und Werkzeug. Nach Broachen: pneumatisches System relokiert Teil in Backe vor Weitertransport zu Position 3 für Coining.

Teil zu Position 4 für finales Deburr-Broach vor Rückkehr zu Position 1 zum Entladen in Unload-Tablett. Von dort zurück zur Hydromat EPIC für Op 30 Stations 9H–16H für Bearbeitung Features zweiter Teilseite. Fertig: weiterer FANUC-Roboter entnimmt fertiges Laufverlängerungsteil aus Spannzette, legt auf Förderband zur Entnahme. Zykluszeit 15,0 Sekunden → 240 Teile/Stunde vom Rohstab bis fertig bearbeitet. Nach Härten: Schleifprozess für Marktfertigkeit.