Industrieroboter bieten eine flexible, schnelle und kostengünstige Lösung für die Automatisierung von Fertigungs- und Verpackungsprozessen. Unterstützt werden sie durch das Fachwissen der Lieferanten und Simulationswerkzeuge zur Auswahl der am besten geeigneten Systeme sowie zur Optimierung von Prozessen und Arbeitsabläufen.
Das Marktsegment der Herstellung und des Verkaufs von Robotern entwickelt sich ständig weiter. Fabrikbetreiber müssen auf zahlreiche Kräfte des Wandels reagieren: auf Märkte, auf Konkurrenten, auf die Gesetzgebung sowie das Potenzial, dass Störfaktoren in das Wettbewerbsumfeld gelangen. Für die kontinuierliche Suche nach Verbesserungen ist die Automatisierung ein leistungsfähiges Instrument, das jedoch auch bedeutsame finanzielle Investitionen und den Einsatz von Zeit und Ressourcen erfordert. Eine sorgfältige Planung ist daher von entscheidender Bedeutung. Beim Entscheidungsprozess muss berücksichtigt werden, dass die gewählte Automatisierungslösung, sobald sie installiert ist, Teil der sich wandelnden Umgebung wird, in der Flexibilität unerlässlich ist.
Flexible Automatisierung
Roboter werden weithin als eine Technologie betrachtet, die arbeitsintensive manuelle Tätigkeiten übernehmen kann. Roboter können aber auch eine flexible, kompakte und umprogrammierbare Alternative zur herkömmlichen Fabrikautomation darstellen. Maschinen in etablierten Ausführungen, wie SCARA- und kartesische Roboter, sind in kompakten Größen mit Armlängen von über einem Meter bis herab zu wenigen Zentimetern erhältlich. Sie können für Lasten von 40 – 50 kg bis zu weniger als 1 kg ausgelegt sein. Die schnellsten SCARA-Maschinen haben Zykluszeiten von unter einer Sekunde. Die große Auswahl an unterschiedlichen Typen und Größen bietet Fabrikplanern zahlreiche Möglichkeiten bei der Suche nach einer angemessenen Lösung. Sie können mit der Änderung eines einzelnen Teilprozesses beginnen, der einen Engpass darstellt oder eine ganze Montagelinie umgestalten, die eine beliebige Kombination aus manueller Arbeit und herkömmlicher Automatisierung umfassen kann.
SCARA-Roboter bieten eine schnelle und kostengünstige Lösung für das Bewegen und Platzieren von Objekten mit hoher Genauigkeit
Bei der Evaluierung der robotergestützten Automatisierung ist es wichtig, die Stellen zu ermitteln, an denen die neuen Automaten am effektivsten eingesetzt werden können, um optimale Verbesserungen zu erhalten. Häufig wird dazu geraten, mit einer begrenzten Implementierung zu beginnen und nur einen oder einige wenige Prozesse auf eine roboterbasierte Implementierung umzustellen. Beginnt man mit einem kleinen Projekt, lässt sich eine funktionierende Lösung relativ schnell realisieren. Das Projekt kann wichtige Herausforderungen bei der Umsetzung aufzeigen, die verdeutlichen, wo zusätzliches Wissen für die Realisierung nachfolgender Projekte erforderlich ist. Die dabei gewonnenen Erfahrungen können bei der Erweiterung der Automatisierung auf andere Prozesse in der Produktionslinie und in der gesamten Fabrikhalle berücksichtigt werden.
Geschwindigkeit, Genauigkeit, Kraft und Ausdauer gehören neben ihrer programmierbaren Flexibilität zu den Hauptvorteilen von Robotern. Die Einführung von Robotern in industriellen Prozessen kann daher von einer oder einer Kombination dieser Eigenschaften profitieren. Ein Beispiel sind die Hebefähigkeiten der Roboter. Einige Industrieprodukte, wie z. B. Batteriemodule für E-Automobile, können zwischen 30 und 50 kg wiegen. Andererseits können Behältnisse, die mit Flüssigkeiten wie technischen Ölen oder Reinigungsmedien gefüllt sind, oft nur wenige Kilogramm wiegen. Die Einführung eines Hochgeschwindigkeits-SCARA-Roboters am Ende der Fertigungslinie kann die Produktivität spürbar steigern. Er kann das wiederholte Heben und Umsetzen übernehmen, das für jeden Mitarbeiter im Laufe seiner Schicht sehr ermüdend ist. Mit zunehmender Ermüdung steigt auch die Wahrscheinlichkeit von Verletzungen. Außerdem ist der Roboter in der Lage, den Gegenstand genau in die erforderliche Position zu bringen. Die Arbeitsgenauigkeit eines Mitarbeiters lässt mit der Zeit nach – insbesondere wenn die Gegenstände einige Kilogramm oder mehr wiegen.
Realisierung
Yamaha Robotics hat auf kürzlich veranstalteten Industriemessen in Europa Lösungen für die Realisierung von End-of-Line-Prozessen mit Hilfe von Robotern vorgestellt. Zu den Exponaten zählte auch eine Test- und Montagestation für Batterien für E-Automobile. Dieser Batteriemodul-Handler illustrierte das Heben schwerer Lasten, die schnelle Positionierung und die genaue Platzierung von 35 kg schweren Lithium-Ionen-Modulen in einer Prüfvorrichtung für elektrische Tests, gefolgt vom anschließenden Abstapeln der Module in Batteriepacks.
Handhabung von End-of-Line-EV-Batteriemodulen mittels SCARA-Roboter: Heben schwerer Lasten, hohe Geschwindigkeit und genaue Platzierung
Hohe Genauigkeit zählt zu den Stärken von SCARA-Robotern. Kleinere Ausführungen können Präzisionsmontagen wie das Einpressen von Komponenten oder das Montieren von Schrauben übernehmen. Pneumatische Schrauber werden häufig in Montagebereichen eingesetzt, um den Monteuren ein schnelles Arbeiten zu ermöglichen und sicherzustellen, dass das richtige Drehmoment eingehalten wird. Allerdings können Fehler auftreten. Ein Beispiel dafür sind Schrauben, die in tiefe Löcher eingeschraubt werden müssen. Einige Verbindungen könnten übersehen werden, da die Monteure nicht gut erkennen können, ob eine Schraube eingedreht wurde. Die Automatisierung der Verschraubungen bietet die Gewissheit, dass jede Schraube korrekt eingesetzt und mit dem richtigen Drehmoment angezogen wird.
Ein Roboter, der an einem bestimmten Bearbeitungsplatz in der Produktionslinie installiert ist, kann eine Aufgabe wie das Schrauben übernehmen und die Gesamtproduktivität und Qualitätssicherung erheblich steigern. Ein Knickarmroboter oder Cobot kann die Aufgabe so ähnlich wie ein Monteur ausführen, was eine größere Wiederholbarkeit gewährleistet. Alternativ kann ein SCARA-Roboter, der zusammen mit einer geeigneten Schraubenzuführung in eine kompakte Arbeitszelle integriert ist, die überragende Wiederholgenauigkeit sowie eine extrem kurze Zykluszeit liefern. Die feinfühlige Bewegungssteuerung, die für SCARA-Roboter charakteristisch ist, macht diese Maschinen auch zu idealen Automaten für das Auftragen von lufthärtenden Klebstoffen, Dichtungsmaterialien oder Versiegelungen.
Ein weiterer, verbreiteter Ansatz ist der Roboter-Einsatz in Offline-Prozessen, z. B. bei der Prüfung elektronischer Baugruppen und der Personalisierung oder individuellen Konfiguration von Produkten vor der Einlagerung in den Lagerbestand oder dem Versand an einen Kunden. Im Jahr 2024 stellte Yamaha eine Lösung vor, mit der Steckverbinder entsprechend den Vorgaben in einer Netzwerkdatei konfiguriert werden. Die Fertigungszelle enthält einen SCARA-Roboter, der das entsprechende Stanzwerkzeug auswählt und lädt und mit integrierter Bildverarbeitung überprüft, ob die richtigen Stifte gestanzt wurden und keine Grate vorhanden sind. Zur Fehlervermeidung wird der Prozess durch einen Barcode gesteuert. Er kann verschiedene Steckverbinder im selben Arbeitsgang verarbeiten. Außerdem wurde das automatische Be- und Entladen elektronischer Baugruppen in eine Prüfvorrichtung für In-Circuit- und Funktionstests demonstriert. Die Lösung basiert auf einem kartesischen Roboter, der eine präzise Positionierung der Baugruppe für die elektrischen Messungen sicherstellt.
Kartesische Roboter können Objekte präzise bewegen und Prozesse mit hoher Genauigkeit durchführen
Auswahl und Optimierung
Die Erstellung einer schlüsselfertigen Automatisierungslösung erfordert eine Kombination von Fähigkeiten zur Zusammenführung von Robotern und Software, anwendungsspezifischen Werkzeugen und Systemintegration. Um sicherzustellen, dass die Roboter möglichst effizient arbeiten können, müssen eventuell die Arbeitsabläufe und die räumliche Anordnung der Fertigungssysteme angepasst werden.
Geeignete Simulationswerkzeuge können eine wertvolle Hilfe bei der Planung der Produktionslinie sein. Sie unterstützen die Auswahl der am besten geeigneten Automatisierungsarten für jeden Prozess sowie die Optimierung von Zykluszeit und Durchsatz. Durch die Bereitstellung von Werkzeugen zur Erstellung digitaler Modelle von Produktionslinien hilft die Simulationssoftware dabei, Layouts und Arbeitsabläufe vor der physischen Umsetzung zu visualisieren und Engpässe oder andere Ineffizienzen im System zu erkennen. Sie simuliert den Materialfluss und die Prozesse sowie die Interaktionen zwischen Robotern, anderen Automatisierungssystemen und Menschen im gesamten Fabrikbereich. Die Simulation mit Werkzeugen wie dem Robotersimulator aus Yamaha RCX Studio ermöglicht das Experimentieren mit verschiedenen Konfigurationen, Geräteanordnungen und Arbeitsabläufen. Auf diese Weise können Projektteams die effizienteste Lösung finden, bevor sie sich auf Hardware festlegen oder technische Veränderungen in der Fabrik vornehmen.
In Zusammenarbeit mit Vertriebspartnern und Systemintegratoren arbeitet Yamaha kontinuierlich an der Entwicklung von Roboterzellen für spezifische Fertigungsanforderungen. Die Nutzung dieser Erfahrungen trägt dazu bei, effizient Lösungen für gängige Probleme zu erarbeiten.
Fazit
Die Automatisierung mit Robotern kann eine effektive Lösung zur Erhöhung der Fertigungsproduktivität bieten. Dabei gewährleistet sie die Flexibilität, sich an veränderte Produktionsanforderungen oder Produktmerkmale anpassen zu können. Unabhängig davon, ob sie inline oder in eigenständigen, offline durchgeführten Prozessen eingesetzt werden: Roboter können selektiv eingeführt werden, um den Ansatz zu erproben und Erfahrungen zu sammeln, bevor sie für die Automatisierung einer gesamten Prozesskette von Ende zu Ende skaliert werden.
Die Simulation ist ein leistungsfähiges Werkzeug, mit dessen Hilfe eine sorgfältige Untersuchung zur Optimierung der Prozesse, der Roboterpositionen in der Linie und der Zykluszeit ermöglicht wird, um die höchstmögliche Anlagen-Auslastung zu erzielen. Die Fähigkeiten und Fachkenntnisse externer Organisationen, einschließlich des Roboterlieferanten und des Systemintegrators, sind für die Realisierung einer effektiven und optimierten Lösung unerlässlich.
Über Yamaha Robotics FA Section
Yamaha Factory Automation Geschäftsbereich (FA), eine Unterabteilung der Yamaha Motor Robotics Business Unit von Yamaha Motor Corporation, konzentriert sich auf die Lieferung flexibler, hochpräziser Industrieroboter für die Herausforderungen der Präzisionsautomatisierung.
Die Abteilung hat ihre Wurzeln in der Einführung der Robotertechnologie in die Yamaha-Motorradmontage und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Lösung von Automatisierungsaufgaben von der Montage großer Produkte bis zum Mikrometerbereich. Die Industrieroboter von Yamaha Motor werden heute von weltweit führenden Unternehmen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterfertigung und der Montage von Elektronikprodukten, Haushaltsgeräten, Automobilkomponenten und großen Flüssigkristallanzeigen eingesetzt.
Yamaha Motor FA Section bietet eine weite Palette von Lösungen für die Roboter-Montage, darunter Einachsroboter, SCARA-Roboter, kartesische und Knickarmroboter. Innovationen wie das Linearfördermodul LCM200R, ein laufruhiger, platzsparender und vielseitigerer Nachfolger konventioneller Band- und Rollenförderer, bestimmen nach wie vor das Tempo in der Fabrikautomatisierung. Die Kerntechnologien der Robotik sowie Schlüsselkomponenten und komplette Robotersysteme werden im eigenen Haus hergestellt, was eine konstante Qualität und Kontrolle der Lieferzeiten sicherstellt.
Yamaha Europe FA Geschäftsbereich mit Hauptsitz in Neuss, Deutschland bedient Kunden in ganz Europa.
www.yamaha-motor-robotics.eu
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