RFID Mit Cockpit bei Pick-to-Light-System besser orientieren

Autor / Redakteur: Fabian Seidel* / Sariana Kunze

Ein der Smart-Factory-OWL wurde jüngst von Mitarbeitern und Studenten der Hochschule OWL um ein Put-to-Light-System sowie um ein Kennzahlen-Cockpit erweitert. Ziel war es, die Materialversorgung und die Orientierung für den Werker zu optimieren.

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Für eine bessere Orientierung wurde das Pick-to-Light-System jüngst durch ein Kennzahlen-Cockpit ergänzt.
Für eine bessere Orientierung wurde das Pick-to-Light-System jüngst durch ein Kennzahlen-Cockpit ergänzt.
(Bilder: Turck)

Wer kauft schon die Katze oder besser gesagt das System im Sack? Was im Privatbereich meist völlig unverständlich ist, ist in der Industrie häufig der Fall, denn nur selten kann der Kunde neue Systeme vor dem Kauf in Aktion sehen. Die Produkte müssen zwar vor ihrem Launch intensiv getestet werden, jedoch ist es nicht immer möglich alle Eventualitäten zu berücksichtigten. Die Einkäufer der Unternehmen müssen sich auf die Aussagen der Hersteller verlassen. Hier schafft die Smart-Factory-OWL mit ihrer Demonstrationsplattform für intelligente Automatisierung Abhilfe. „Ein Ziel der Demonstrationsplattform ist es, unterschiedliche Montagekonzepte zu entwickeln und dabei unterschiedliche Assistenzsystem-Technologien einzusetzen oder diese auch miteinander zu kombinieren“, sagt Prof. Sven Hinrichsen, der das Themengebiet des Industrial Engineering in der Smart-Factory-OWL vertritt. Die Professoren, Beschäftigen und Studenten der Hochschule Ostwestfalen-Lippe arbeiten dort in kleinen Teams, um mit Hilfe neuer Technologien Produktionsprozesse zu optimieren.

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Mit Put-to-Light und RFID optimiert

Seit nunmehr zwei Jahren arbeiten Hinrichsen und sein Team mit dem Pick-to-Light-System von Turck und dessen Optosensorik-Partner Banner Engineering. Das anfängliche Ziel war, einen variantenreichen manuellen Montageprozess für einen Maschinenbauer zu optimieren. Die erste Version der lichtgesteuerten Werkerführung wurde direkt im Gründungsjahr der Fabrik fertiggestellt und bis heute kontinuierlich weiterentwickelt. Zu Beginn liest der Werker über den Vision-Sensor iVu von Banner Engineering einen 2D-Code ein. Das angeschlossene HMI zeigt darauf den Startbildschirm des zugehörigen Montageprozesses an. Als Steuerung fungiert hier ein programmierbares Gateway für das IP67-I/O-System BL67. Auf dem Gateway programmierte Turck die Pick-to-Light-Applikation mit Codesys 3, dessen Zusatzprogramm Target-Visu die Visualisierung der einzelnen Montageschritte übernimmt. Das System wurde so realisiert, dass Anwender ohne Programmieraufwand selbst neue Produktkonfigurationen eingeben können. Die Sensorleuchten K50, K30 und PVD von Banner zeigen dem Werker jeweils das einzubauende Teil an und führen so durch den gesamten Montageprozess. Beim Griff in das signalisierte Fach quittiert der Werker die Entnahme durch das Auslösen des integrierten Sensors.

Mit Put-to-Light Materiallogistik optimieren

Im Praxiseinsatz muss ein Logistikmitarbeiter die unterschiedlichen Montagearbeitsplätze ablaufen und überprüfen, ob Behälter leer sind, diese ins Lager bringen, auffüllen und zurück an den Arbeitsplatz schaffen. Dabei können auch Behälter vergessen oder im Durchlaufregal falsch eingeordnet werden, was den Montageprozess stören würde. Im Modell-System nahmen sich Hinrichsen und einige seiner Studenten dieser Herausforderung an und entwickelten eine Put-to-Light-Lösung zur Optimierung der Materiallogistik. Das Lager wird vom System automatisch über leere Behälter informiert. Wenn während des Montageprozesses ein Behälter geleert wird, legt der Werker diesen auf einen Transportwagen, der sich neben dem Arbeitsplatz befindet. Im vorderen Bereich des Wagens befindet sich ein RFID-Schreib-Lese-Kopf, der die Informationen des Behälters ausliest und ein Signal an das Warenlager schickt. Im Lager werden neue Behälter mit den benötigen Komponenten befüllt. „Im Unterschied zu bedruckten Behältern können wir mithilfe des RFID-Systems den jeweils aktuellen Behälterinhalt auf den Datenträger schreiben. Zudem können wir durch die schnelle Informationsübermittlung die Anzahl der benötigten Behälter und damit den Warenbestand im Betrieb reduzieren“, so Sven Hinrichsen. Zurück am Arbeitsplatz kommt der eigentliche Put-to-Light-Prozess zum Tragen. Das Durchlaufregal, das auf der Vorderseite mit dem Pick-to-Light-System ausgestattet ist, besitzt auf der Rückseite als Äquivalent ein Put-to-Light-System. Der Logistik-Mitarbeiter hält den aufgefüllten Behälter vor einen Schreib-Lese-Kopf. Auf Basis der übermittelten Daten leuchtet am Regal die Lampe derjenigen Bahn grün auf, in die der Behälter eingeführt werden muss. Der Mitarbeiter quittiert das Einfügen des Behälters in den entsprechenden Schacht mit einem Druck auf die Lampe. Diese erlischt in der Folge, quittiert der Werker die Falsche, leuchtet diese rot auf.

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Monitoring: Per OPC UA Kennzahlen darstellen

Nachdem Studenten das Montagesystem ausgiebig getestet hatten, kam der Wunsch auf, den Fortschritt des aktuellen Montageprozesses anzuzeigen. Diese Informationen zeigt das Kennzahlen-Cockpit heute dem Mitarbeiter in Echtzeit neben dem Arbeitsplatz an. Darüber hinaus kann es die gefertigte Losgröße, die Auftragsliste und andere Kennzahlen darstellen. Das Cockpit bezieht seine Daten direkt über OPC UA vom HMI des Pick-to-Light-Systems. „Jeder einzelne Schritt wird zurückgemeldet, so dass wir einen fortlaufenden Status haben“, erläutert Hinrichsen die Entscheidung. Die Berechnung der einzelnen Werte erfolgt in Turcks programmierbarem Gateway BL67. Dieses gibt die Information über Ethernet an das HMI TX513, welches die Information per OPC UA an das große Display über dem Arbeitsplatz sendet. In der Industriepraxis ist auch die Identifizierung von Problemen mit dem Kennzahlen-Cockpit möglich. Schwankt die Dauer eines Arbeitsschritts sehr stark, so sollte dieser Prozessschritt überprüft werden. Möglicherweise hakt an dieser Stelle ein Bauteil. Aber auch Rückschlüsse auf die Ergonomie des Arbeitsplatzes oder das Werkzeug sind möglich.

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Bildverarbeitung in manuellen Montageprozessen

In seiner Masterabschlussarbeit beschäftigte sich Alexander Nikolenko eingehend mit den Möglichkeiten der Bildverarbeitung in manuellen Montageprozessen. „Dies ist eigentlich ein Gebiet, das bisher nicht im Fokus der Systemanbieter steht. Bildverarbeitung leistet aktuell vor allem einen Beitrag zur Sicherung der Produktqualität in hochautomatisierten Prozessen. Da insbesondere manuelle Montageprozesse durch eine steigende Variantenanzahl und kleine Losgrößen tendenziell komplexer und damit fehleranfälliger werden, bieten Bildverarbeitungssysteme aber auch in diesem Anwendungskontext große Potenziale“, sagt Nikolenko, der mittlerweile als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Smart-Factory-OWL tätig ist. Nikolenko beschäftigte sich eingehend mit den Anforderungen an die Bildverarbeitung und dokumentierte den Optimierungsbedarf. Für seine Studien nutzte er die VE-Kamera von Banner Engineering. Noch ist die Kamera kein fester Bestandteil des Pick-to-Light-Arbeitsplatzes. Doch in Zukunft soll die VE-Kamera dem Monteur von oben über die Schulter schauen und überprüfen, ob die Komponenten richtig eingesetzt und verbaut werden. Sollte dies nicht der Fall sein, erkennt die Kamera das und gibt den nächsten Montageschritt nicht frei.

Projektionsbasierte Assistenzsysteme von Assembly Solutions

Auf der Hannover Messe 2016 zeigte die Hochschule Ostwestfalen-Lippe einen Demonstrator eines projektionsbasierten Assistenzsystems. Das Interesse an diesem Prototyp war groß. Diesen Erfolg nahmen Daniel Riediger und weitere Mitstreiter zum Anlass und gründeten die Firman Assembly Solutions, die Assistenzsysteme für manuelle Montageprozesse entwickelt. Assembly Solutions entwickelte ein System, das mithilfe eines Projektors die aktuellen Arbeitsanweisungen direkt auf die Werkbank und die Bauteile projiziert. Die Projektion stellt bildlich, symbolisch und in Klartext die notwendigen Informationen zur korrekten Montage dar. Lichtkegel, Pfeile oder andere Markierungen zeigen an, welches Bauteil aktuell wie anzubauen ist. So wird der Mitarbeiter kontinuierlich durch den Prozess geführt, was die Fehlerquote verringert und die Produktivität fördert.

Messende Lichtvorhänge erfassen und kommunizieren

Umgesetzt wurde das projektionsbasierte Assistenzsystem an einem Montagearbeitsplatz, an dem Baugruppen für ein Bündigfräs-Aggregat in unterschiedlichen Varianten manuell zu montieren sind. Das Assistenzsystem lenkt den Monteur der Bündigfräs-Aggregate auch mit Hinweisen an den Bauteil-Fächern zum Griff in das richtige Fach. Ob der richtige Griff erfolgt, überprüfen zwei messende Lichtvorhang-Paare aus dem Turck-Portfolio, die dazu vor dem Durchlaufregal mit den Bauteilbehältern horizontal und vertikal montiert sind. Die so genannten Easy Arrays von Banner Engineering bilden ein 2D-Koordinatensystem, in dem sich die Behälterpositionen und -größen leicht definieren und anpassen lassen. Sie sind somit unabhängig vom Materialwagen, in dem die Behälter lagern. Easy Arrays kommunizieren über Modbus RTU mit Turcks TBEN-S-2COM-Modul, das wiederum über Modbus TCP mit der PC-basierten Steuerung der Applikation kommuniziert. „Die eigentliche Kommunikation läuft autark über die 2COM-Module, die wir nur über deren Webserver eingestellt haben; es waren keine weiteren Einstellungen nötig“, erklärt Riediger den Aufbau. Im Unterschied zu vielen anderen I/O-Modulen hat das TBEN-S-2COM bereits einen vorinstallierten Modbus-RTU-Client (Master) an Bord. Die Programmierung des Modbus-Clients sowie den Kauf einer zusätzlichen Modbus-Lizenz spart sich der Anwender des Moduls.Sollte der Mitarbeiter einmal in einen falschen Behälter greifen, registrieren die Easy Arrays die Position der Hand und übermitteln die Positionsdaten an das 2COM-Modul, das sie der Steuerung über Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP zur Verfügung stellt. Diese veranlasst in der Folge die Projektion des Textes „Falscher Behälter“ auf die Arbeitsfläche und leuchtet den entsprechenden Behälter rot an.

* *Fabian Seidel, Vertriebsingenieur Fabrikautomation, Turck

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