Automatisieren leicht gemacht

Großabnehmer von Umformprodukten verlangen hohe Qualität und einen guten Preis. wegen der hohen Lohnkosten hilft da nur eines: Automatisieren. Aber unter welchen Voraussetzungen lohnt sich der umstieg? „Moprum“ hilft die Antwort zu finden

24. August 2006

„Man braucht nur über die Hannover-Messe zu gehen, da gibt es so viele gute Hilfsmittel für mittelständische Unternehmen, dass man irgendwann die Orientierung verliert“, bringt Gerhard Brüninghaus von Brüninghaus& rissner das Dilemma auf den Punkt. Und genau da setzt das Verbundforschungs-Projekt »Moprum« an. Im Projekt Moprum (Modulare Prozessautomatisierung in der Metallumformung) entwickelten die beteiligten Firmen und Forschungsinstitute ein modulares, flexibles Konzept für die Planung und Bewertung von Automatisierungsprojekten, das die beteiligten Firmen an eigenen Lösungen testen. Wichtige Rahmenbedingungen waren, dass die Halbzeuge als Schüttgut vorlagen bzw. die Fertigung häufig wegen wechselnder Produkte umgestellt werden muss. Die Fertigungslinien bestehen meistens aus vie­len einzelnen Arbeitssystemen, die aufeinander folgend angeordnet sind, mit oder ohne Zwischenpuffer. Diese Lösungen arbeiten unter den Rahmenbedingungen flexibel, aber die einzelnen Einheiten sind schlecht miteinander zu verknüpfen. Dazu kommen noch ständig wechselnde Produktgeometrien und oft hohe Temperaturen und Schmutz.

Leitfaden zur Automation

Die Ergebnisse trugen die Verbundpartner in einem Leitfaden und einem modularen Baukasten zusammen. »Alle Informationen und Tools wurden in PPT- oder Excel-Format erstellt, da dies Standard-Office-Programme sind«, erklärt Thomas Ledermann vom Fraun­hofer-IPA. „Der Leitfaden selber besteht aus den Hauptbausteinen: Randbedingungen, Baukasten und Wirtschaftlichkeitsmodul, von denen alle drei unabhängig voneinander einsetzbar sind. Ziel ist es, dem Anwender zu ermöglichen Randbedingungen wie Prozesstechnik, Produktqualität, Sicherheit von Mensch und Maschine und Arbeitsorganisation zu erkennen und zu berücksichtigen, geeignete Module für die Automatisierungsaufgabe auszuwählen und die Wirtschaftlichkeit seiner Planung zu bewerten.“

Von Modulen und ­Anforderungen

„Bei dem Baukasten wird in einem ersten Schritt ermittelt, welche Modultypen benötigt werden“, so Thomas Ledermann. „Dann werden alle Anforderungen in einem Pflichtenheft zusammengetragen. Im letzten Schritt werden für jeden Modultyp die relevanten Module ermittelt.“ Entscheidend für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit ist die Stückkostendifferenz zwischen manueller und automatisierter Fertigung, bei mindestens gleicher Qualität der Produkte. Basis für diese Berechnung bilden Daten wie Stundensätze, Arbeitszeiten, Verteilung des Produktspektrums, Taktzeiten, Prüfkosten, Materialkosten et cetera. Eine Zielwertsuche ermittelt den Return of Investment, bei vorgegebener Investitionssumme, und den Investbetrag, d.h. was eine Automatisierung kosten darf. Mit unterschiedlichen Szenarien kann dann die Auswirkung der Variation wesentlicher Einflussgrößen auf Stückkostendifferenz, Investbetrag oder Taktzeit ermittelt werden.

Lösung Für das Roboterschweißen

„Der Baukasten beinhaltet keine fertigen Lösungen“, so Thomas Ledermann, „außerdem ist die Auswahl der Module herstellerneutral, d.?h. Lieferanten und Kosten der Module sind nicht angegeben, da die Pflege dieser Informationen aufwändig und schwierig ist und nach Abschluss des Projekts nicht sichergestellt werden kann.“ Ebenfalls wichtig ist, dass der Leitfaden allgemeingültige Aussagen enthält und das betreffende Unternehmen bei jedem erfolgten technischen Fortschritt das Ganze weiter anwenden kann. Das Unternehmen Brüninghaus & Drissner löste folgendes Problem im Projekt Moprum: Beim Schweißen von Baugruppen sollte das Einlegen und Einspannen der Teile in die Vorrichtung ebenso wie das Entnehmen der geschweißten Baugruppen durch einen Roboter erledigt werden. Die Verknüpfung zweier Roboter mit der Vorrichtung sowie die Lageerkennung der Teile ergab eine Menge Fragen: Lassen sich Fertigungstoleranzen so gestalten, dass eine gleichmäßige Klemmung der Teile in der Vorrichtung erreicht wird? Wie wirkt sich die Positioniergenauigkeit der Roboter in der Gesamttoleranz der Baugruppe aus? Wie ungenau darf die Bereitstellung der Einzelteile sein? Lassen sich Fehlteile aussortieren? Wie ist der Arbeitsablauf zu organisieren, so dass die Bedienkraft zweckmäßig eingesetzt und ein Mehrstelleneinsatz möglich wird? Wie steht es mit der Qualitätsabsicherung und der Programmierung der Robotersteuerungen?

Ursprünglich spannte ein Arbeiter die zu verschweißenden Blechteile in eine Vorrichtung ein. Diese Vorrichtung wird von einem Roboter in den für verschiedenen Schweißungen erforderlichen Positionen in eine Schweißmaschine gehalten. „Das Einspannen in die Vorrichtung ist für den Bediener belastend, da die Baugruppe durch Erwärmung oft klemmt“, so Gerhard Brüninghaus. »Außerdem lässt die enge Taktabstimmung zwischen Roboter und Bedienkraft wenig Freiraum und der Arbeitsplatz ist stark durch den Schweißrauch belastet, auch beim Absaugen.“ Das Ergebnis aus Moprum für seine Firma fast Gerhard Brüninghaus zusammen: „Die Investitionen für die automatisierten Vorrichtungen wurden getätigt. Sie erlauben die automatische Fixierung der Teile und überwachen das ordnungsgemäße Einlegen. Auf zwei Einlegroboter und eine Teilzuführung für insgesamt 200.000 Euro konnte verzichtet werden. Die Schichtleistung an der neu modifizierten Schweißroboteranlage stieg von 700 Baugruppen pro Schicht auf 1.050. Uns hat der Leitfaden riesige Fehlinvestitionen erspart, bei einem deutlich verbesserten betrieblichen Ergebnis.“

Moprum für Schmiedelinie

Bei Jung-Boucke wurden Leitfaden und Baukastensystem an der Umsetzung der sequenziellen Automatisierung einer Schmiedelinie erprobt. „Der eigentliche Fertigungsprozess wird beherrscht“, so Ingo Schauerte von Jung-Boucke, „die größten Herausforderungen waren die Schnittstellen zu den vor- und nachgelagerten Elementen der Prozesskette, d.h. von der Materialzuführung, durch die Erwärmung, zum Schmieden und vom Schmieden zum Entgraten.“ Diese Verkettung und die vollautomatisierte Hammerschmiedelinie mit zwei Robotern wurde zusammen mit der Firma Lasco ausgeführt. Siepmann setzte Leitfaden und Baukasten bei der Automatisierung einer Gesenkschmiedelinie ein. Und mit den Ergebnissen sind alle sehr zufrieden. „Die Leistungssteigerung in dem betreffenden Produktionsabschnitt war enorm“, so Dirk Betten von Siepmann.

Know-HowMoprum

Den Leitfaden gibt’s als CD beim Industrieverband Massiv­umformung e.V. (Tel: 02331/958846) und beim Industrieverband Blechumformung (Tel: 02331/958856) für 50 Euro Schutzgebühr. Der Leitfaden kann ohne Installation direkt von der CD gestartet oder auf dem PC installiert werden.

Erschienen in Ausgabe: 08/2006