Greifer Intelligentes Equipment für die smarte Produktion

Die industrielle Produktion steht vor einem grundlegenden Wandel. Dabei reicht die Digitalisierung der Produktion weit über den Aufbau hochintegrierter Maschinen hinaus – sie erstreckt sich über den Anlagen-Lebenszyklus bis zur Wartung und Langzeitanalyse.

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SCHUNK GmbH & Co. KG Spann- und Greiftechnik

Innerhalb seines Standardprogramms erschließt der Greifspezialist Schunk systematisch die Digitalisierungspotenziale der einzelnen Phasen. Drei Aspekte stehen im Fokus: die Kommunikation aller beteiligten Komponenten, eine maximale Transparenz auf Anlagen-, Komponenten-, Leittechnik- und Unternehmensebene und schließlich eine flexible Reaktion auf externe und interne Ereignisse. Mithilfe unterschiedlicher Tools und mit intelligenten Modulen unterstützt Schunk Anwender dabei, ihre Planungs-, Inbetriebnahme-, Wartungs- und Stillstandzeiten zu reduzieren. Zudem ermöglichen letztere eine hohe Transparenz und Flexibilität innerhalb der unterschiedlichen Prozesse. Das übergeordnete Ziel ist eine Simplifizierung des gesamten Anlagen-Lebenszyklus.

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Erstes Plug&Work-Konzept für den Maschinenmarkt

Mit dem Linearmodulen der Baureihe ELP realisiert Schunk erfolgreich ein Plug&Work-Konzept für den Maschinenbau. Erstmals ist es laut Unternehmensangaben am Markt gelungen, ein ultrakompaktes Linearmodul mit wartungsarmem 24V-Lineardirektantrieb zu realisieren, dessen Inbetriebnahme radikal vereinfacht wurde. Der Antrieb, die Steuerung und die Auto-Learn-Technologie sind vollständig in das kompakte Modul integriert. Es genügt, die Achse über Norm-Stecker (M8/M12) anzuschließen, die Endlage mechanisch mit einem Sechskantschlüssel einzustellen und die Ein- beziehungsweise Ausfahrgeschwindigkeit an zwei Drehschaltern zu regulieren.

Um das Linearmodul einzusetzen, sind also weder mechatronisches Know-how noch Platz im Schaltschrank erforderlich. Eine in die Achse integrierte LED-Anzeige signalisiert dem Bediener automatisch den Status des Learn-Vorgangs. Meist genügen zwischen zwei und fünf Hübe, bis die automatische Programmierung abgeschlossen ist. Anschließend wird der Prozess kontinuierlich überwacht. Ändert sich das Teilegewicht im laufenden Prozess, passt die Achse ihr Bewegungsprofil automatisch an.

Greifer erkennen fehlerhafte Teile und treffen autonome Entscheidung

Dass die Greifer von Schunk zu weit mehr in der Lage sind als Teile von A nach B zu transportieren, verdeutlichen exemplarische Anwendungen des sogenannten „Smart Grippings“ aus der zerspanenden Fertigung und der Highspeed-Leiterplattenproduktion. In beiden Anwendungen ermöglichen intelligente, auf Kraft und Position regelbare EGL Greifer autonome Handhabungsszenarien und gewährleisten eine vollautomatische Qualitätssicherung. Hierfür wurden die Greifer mit einem Kraftmesssystem sowie mit einer speziellen Elektronik ausgestattet, die die Daten verarbeitet. Nach der Verarbeitung können sowohl die ermittelten Informationen (z.B. ob das Bauteil gut oder schlecht ist) wie auch die Messdaten zur Prozessregelung an die Anlagensteuerung übertragen werden.

Ohne Einsatz externer Sensoren erkennen die Greifer an ihrer exponierten Position „closest-to-the-part“ fehlerhafte Teile und entscheiden autonom, ob diese aus dem Prozess auszuschleusen ist. Wird ein Bauteil vor und nach einem Prozessschritt gegriffen, so analysiert ein digitaler Dienst auf Basis des Wissens des Greifers im Falle einer Häufung von NIO-Teilen automatisch, ob der Fehler von vornherein vorlag oder ob beispielsweise Prozessveränderungen in der vorgelagerten Station zu einer Beschädigung des Bauteils geführt haben. Die ermittelten Informationen können kontinuierlich an die Anlagensteuerung, an übergeordnete interne und externe Systeme sowie an Cloudlösungen für statistische Prozessanalysen übertragen werden. Sämtliche Prozessschritte werden in Echtzeit überwacht und übergeordneten Ebenen, wie etwa einem ERP-System oder einer cloudbasierten Monitoring-Plattform zur Verfügung gestellt.

Komplette Handhabungssysteme simulieren

Konstrukteure und Anlagenplaner werden mithilfe des Mechatronics Concept Designer von Siemens PLM Software und der digitalen Zwillinge von Schunk schon bald in der Lage sein, komplette Handhabungssysteme im dreidimensionalen Raum zu simulieren und den gesamten Engineering-Prozess vom Konzept über Mechanik, Elektrik und Software bis hin zur Inbetriebnahme virtuell abzubilden. An die Stelle des klassischen CAD-Hüllenmodells tritt dabei ein detailreiches digitales Abbild der einzelnen Komponenten, das deren vollständige Funktionalität enthält.

Der digitale Zwilling umfasst zum einen das CAD-Volumenmodell mit allen geometrischen Daten zur Modellierung in Siemens NX, CAE-Daten (Eplan) sowie ein kinematisches Verhaltensmodell, in dem der Hub, die Aus- und Einfahrgeschwindigkeit, die Beschleunigung, der Ruck, die Nennkraft und die Masse hinterlegt sind. Zusätzlich wird Schunk seine digitalen Zwillinge in einem zweiten Schritt künftig um diverse SPS-Bausteine zur virtuellen Inbetriebnahme (Software/Hardware in the Loop) erweitern. Das integrierte Engineering mithilfe der virtuellen Simulation ermöglicht Anlagenbauern und Anwendern eine signifikante Verkürzung der Projektlaufzeit, eine schnellere Inbetriebnahme und deutliche Effizienzeffekte bei der wiederholten Realisierung ähnlicher Anlagen.

Greifsystemprogramm im Eplan Data Portal

Wer noch nicht so weit gehen will, profitiert bereits heute von der Integration des Schunk Greifsystemprogramms in das Eplan Data Portal. Im ersten Schritt stellt Schunk die Elektro- und Fluidpläne von 16 Baureihen mit insgesamt 843 einzelnen Komponenten auf der webbasierten Datenplattform bereit. Mit dabei sind die Greifer-Flaggschiffe der PGN-plus, PZN-plus und MPG-plus Familien sowie die wichtigsten Sensoren aus dem Zubehörprogramm. Zudem stehen ab sofort der mechatronische 24V-Greifsystem-baukasten mit den Greifern EGP, den kompakten Greif-Schwenkmodulen EGS und den selbstlernenden Linearachsen ELP sowie die intelligenten Mechatronikgreifer EGL mit CAN-Bus- und Profibus-Schnittstelle zur Verfügung. Alle weiteren Baureihen aus dem weltweit größten Standard-Greifkomponentenprogramm sowie zahlreiche Dreh-, Linear- und Roboterzubehörmodule werden sukzessive folgen.

Mit den bereitgestellten Makros können Konstrukteure und Anlagenplaner ihren Projektierungsaufwand reduzieren und die Qualität der Maschinen- und Anlagendokumentation erhöhen. Sämtliche Daten stehen auf der Eplan Plattform weltweit in der stets aktuellen Version zur Verfügung. Sie können entweder direkt in die entsprechende Eplan-Softwarelösung integriert beziehungsweise über die Browserversion des Eplan Data Portals für den Einsatz in anderen CAE-Programmen heruntergeladen werden und lassen sich einfach per Drag & Drop in die jeweiligen Pläne einfügen. Damit erhöhen die standardisierten Makros die Effizienz und reduzieren zugleich die Gefahr von Fehlern bei der Projektierung.

Spannmittel mit integrierter Prozessüberwachung

Dass sich die Digitalisierung der Fertigung auch auf die Spannmittel auswirken wird, zeigt Schunk anhand mehrerer Studien für die smarte Werkstückspannung. So ermöglicht das elektromechanische Nullpunktspannmodul VERO-S NSE-E mini 90-I eine permanente Überwachung von Einzugskraft, Spannschieberstellung, Innentemperatur und Zyklenzahl. Zudem kann das Modul die Anwesenheit der Werkstücke beziehungsweise Spannpaletten detektieren. So ist sichergestellt, dass der gesamte Spannprozess jederzeit unter optimalen Bedingungen abläuft. Werden die vorgegebenen Zielparameter über- oder unterschritten, weil beispielsweise die Einzugskraft nicht ausreicht, um einen Axialversatz des Werkstücks auszugleichen, erfolgt unmittelbar eine Meldung an die Anlagensteuerung. Auf diese Weise kann der Prozess gestoppt werden, bevor es zu Schäden kommt.

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