Roboterbearbeitungszelle Multi processCell

11.12.2018 

Bei der Multi processCell der Zimmer Group handelt es sich um eine innovative, multifunktionale Roboterbearbeitungszelle, die für die Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken aus Holz, holzbasierten Werkstoffen, Composit-Werkstoffen oder Aluminium konzipiert wurde – Werkstücke, wie sie typischerweise in der Möbelindustrie eingesetzt werden.

Die zum Patent angemeldete Zelle eignet sich besonders für kleine Stückzahlen bis zur Losgröße 1. Sie besteht aus zwei zentralen Einheiten: Einem hochflexiblen Transportmodul („transportModule“) und einem Bearbeitungsmodul mit zwei Industrierobotern. Das Transportmodul sorgt für den Werkstücktransport in der Zelle und verknüpft die Be- und Entladestationen mit den Bearbeitungs- und Messstationen. Die individuell gesteuerten Transporteinheiten (Shuttles) können je nach Anforderung als Master oder als Slave eingesetzt werden und dabei entweder einzeln oder im Verbund agieren. Dadurch entfällt eine starre Kopplung des Transports z.B. über ein durchgehendes Transportband. Das zentrale Bearbeitungsmodul besteht aus zwei Industrierobotern, die jeweils mit einer Multibearbeitungseinheit ausgerüstet sind. Die beiden kooperierenden Roboter arbeiten in einem räumlich begrenzten Bereich. Hier wird das Werkstück innerhalb eines ansonsten fließenden Prozesses kurzzeitig angehalten. Der eng begrenzte Bearbeitungsraum ermöglicht dabei eine Minimierung der Bearbeitungstoleranzen. Die Lösung ist skalierbar, schnell und extrem flexibel, zudem kann die Zelle direkt an ein MES-System angebunden werden. Die einzelnen Werkstücke werden durch einen Barcode von der Maschinensteuerung eindeutig identifiziert. Damit werden eine umfassende Fertigungskontrolle und eine hohe Produktionsqualität sichergestellt.

Die Multi processCell zeichnet sich durch die Kombination von anpassungsfähigen, modular aufgebauten Transporteinheiten mit hochflexiblen Roboterbearbeitungs-, Mess- und Handlingseinheiten aus. Die Roboterbearbeitungseinheit ist mit einem multifunktionalen Bearbeitungskopf für Bohr-, Fräs- und Sägearbeiten ausgestattet. Durch ein optisches Einmessen und eine 3D-Kompensation der Roboternachgiebigkeiten erreicht das System eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit. Mit Hilfe einer zusätzlichen radarbasierten Nachgiebigkeitskompensation kann die Bearbeitungsgenauigkeit insbesondere bei höheren Prozesskräften noch weiter gesteigert werden. Die Lösung macht es sehr einfach, die Steuerung der Bearbeitungseinheiten in die Gesamtanlagensteuerung zu integrieren und damit die Bewegungen der Bearbeitungseinheit und des Transportmoduls zu synchronisieren. Die Produktion erfolgt vernetzt, denn alle Prozesse sind direkt an ein übergeordnetes MES-System angebunden. Dank zahlreicher Sensoren können aktuelle Zustandsinformationen in Echtzeit (Condition Monitoring) abgerufen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer Cloud-Anbindung.

Der kreative Ansatz des Systems besteht aus der Kombination eines flexiblen Bearbeitungskonzepts mit einem dynamischen Transportsystem, in dem die Transporteinheiten bedarfsorientiert miteinander verbunden werden, entweder als Master oder als Slave, wahlweise einzeln oder im Verbund. Der Bearbeitungsbereich besteht aus Robotern und Multibearbeitungsaggregaten, die sich einen eng begrenzten Arbeitsbereich teilen, um damit kurze Bearbeitungszeiten und flexible Bearbeitungsmöglichkeiten zu garantieren. Eine weitere Innovation der Multi processCell ist eine integrierte 48 V Akkuzwischenkreispufferung, welche in Kombination mit der Rekuperationsfunktion der Transporteinheiten die Laststromspitzen um ca. 85 % und somit den Energieverbrauch der Anlage um mehr als 8 % reduziert. Eine Bearbeitungszelle kombiniert einen oder mehrere Roboter in einem geschlossenen Fertigungsmodul. Der Roboter kann nicht nur das Be- und Entladen der Werkstücke übernehmen, sondern ist auch für weitere Bearbeitungsaufgaben ausgelegt. Jede Zelle kann um weitere Bearbeitungs- und Qualitätssicherungsmodule erweitert werden, so dass beliebig viele Produktionsschritte aneinandergereiht werden können. Das System ermöglicht einen flexiblen Transport ohne starre Taktung. Die  Geschwindigkeit jedes einzelnen Shuttles bzw. Shuttle-Verbundes ist frei wählbar. Die einzelnen Roboter erfüllen im Bearbeitungsprozess höchste Anforderungen an Präzision und Wiederholgenauigkeit. Eine Nachbearbeitung der Werkstücke ist damit nicht mehr erforderlich. Ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Maschinen ist die extrem hohe Anlagenverfügbarkeit der Roboterbearbeitungszelle. Das Transportsystem ist so konzipiert, dass die Shuttles bei Bedarf im Betrieb einzeln ausgeschleust und ausgetauscht werden können. Auch alle anderen Anlagenkomponenten sind so ausgelegt, dass im Servicefall oder bei Wartungsarbeiten keine unnötigen Demontagen erforderlich sind. Das System ist extrem flexibel einsetzbar und kann die unterschiedlichsten Werkstückabmessungen in Losgröße 1 verarbeiten. Da das System flexibel um weitere Module erweitert werden kann, ist es beliebig skalierbar. Durch die direkte Anbindung der Steuerung an ein übergeordnetes Manufacturing Execution System (MES) wird eine volle Vernetzung der Produktion erreicht. Mit Hilfe eines Digitalen Zwillings im HILS-System kann die Zelle virtuell aufgebaut werden, um die Anlagenleistung und Funktionalität schon vor der Realisierung überprüfen zu können. Damit setzt die Roboterbearbeitungszelle der Zimmer Group die Ansätze der Industrie 4.0 konsequent um.

Ein gesellschaftlicher Megatrend unserer Zeit ist der Wunsch nach individualisierten Produkten. Die Roboterbearbeitungszelle der Zimmer Group ermöglicht in der Möbelindustrie eine kostengünstige Produktion auch bei Losgröße 1. Sie leistet damit einen Beitrag, um individualisierte Produkte auch für breitere Gesellschaftsschichten erschwinglich zu machen. Die kostengünstige Produktionstechnologie trägt überdies dazu bei, auch am Hochlohnstandort Deutschland zu wettbewerbsfähigen Kosten produzieren zu können. Damit trägt die Roboterbearbeitungszelle nicht zuletzt auch zum Erhalt von Arbeitsplätzen am Standort Deutschland bei.

Der Einsatz der Roboterbearbeitungszelle der Zimmer Group bietet den Nutzern erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Durch die Nutzung von Industrierobotern anstelle von klassischen Bearbeitungsmaschinen und durch den deutlich einfacheren Aufbau ergeben sich signifikant geringere Investitionskosten. Das innovative Transportsystem mit den umlaufenden Shuttles, die in Bezug auf Geschwindigkeit, Taktung und anzufahrende Positionen individuell gesteuert und einzeln oder im Verbund betrieben werden können, ermöglicht in Verbindung mit den Bearbeitungsstationen eine deutlich höhere Produktionseffizienz als bei herkömmlich getakteten Maschinen. Über den gesamten Lebenszyklus betrachtet, bietet das neue Maschinenkonzept darüber hinaus auch noch hohe Investitionssicherheit, da der modulare Aufbau spätere Erweiterungen durch neue Bearbeitungsmodule ermöglicht.

Die Roboterbearbeitungszelle ist seit Mitte des Jahres 2018 zur Bohrbearbeitung bei einem großen Hersteller von Küchenmöbeln im Einsatz. Sie ist Teil einer Fertigungslinie, mit der komplette Küchenausstattungen in Losgröße 1 gefertigt werden. Der Auftraggeber hat bereits großes Interesse an vergleichbaren Anschlussprojekten geäußert. Durch den modularen Aufbau der Anlage kann der Einsatzbereich weiter ausgebaut werden, zum Beispiel auch beim Setzen von Möbelbeschlägen.

Da vergleichbare Fertigungsaufgaben bei allen Möbelherstellern zu erfüllen sind, ergibt sich ein erhebliches Marktpotenzial für die vorgestellte Anlage. Auch hier gibt es schon eine Reihe von namhaften Unternehmen, die an diesem innovativen Bearbeitungssystem Interesse gezeigt haben. Darüber hinaus ist das Maschinenkonzept aber auch in vielen anderen Bereichen einsetzbar. In Verbindung mit dem umfassenden Produktportfolio der Zimmer Group dürfte vor allem beim Einsatz in hochflexibel automatisierten Montagelinien ein erhebliches Marktpotenzial liegen.