Neue Maschinenkonzepte für die flexible Fertigung

Vor gut einem halben Jahr hat B&R sein Angebotsspektrum um ein flexibles Transportsystem erweitert: Supertrak. Dabei handelt es sich um eine Gemeinschaftsentwicklung mit ATS. Der Maschinenbauer hat es seit rund 14 Jahren im Einsatz – heute in der 3. Generation. Es gilt als optimale Lösung für eine schnelle, flexible und hoch effiziente Produktion von großen Stückzahlen bis hin zu Losgröße 1. Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland, erläutert die Details im Interview.

 

 

Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland: „Mit Supertrak stehen wir derzeit noch am Anfang der Adap­tionsschwelle. Die Vorteile unseres Systems werden Maschinenbauer allerdings schnell überzeugen“ (Bild: B&R)

 

„Die große Herausforderung bei den Themen Smart Factory, Indus­trie 4.0 oder IIot ist, Losgröße 1 und hohe Produktivität miteinander in Einklang zu bringen“, erklärt Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland. „Um die Kombina­tion aus hoher Produktivität und Flexibilität zu bewerkstelligen, sind neuartige Maschinenkonzepte erforderlich, aus denen sich neue Fertigungssysteme realisieren lassen. Mit Supertrak bieten wir dem Maschinenbauer nun eine Lösung für derartige Maschinen an.“

14 Jahre etablierte Technik

Als einen wesentlichen Vorteil des in Zusammenarbeit mit ATS entstandenen Systems nennt M. Sandhöfner, dass es seit Jahren am Markt bewährt ist und seine Tauglichkeit in vielen Applikationen unter Beweis gestellt hat. „ATS hat das erste Supertrak-System 2002 ausgeliefert. Das heißt, das System ist betriebserprobt – und das gerade im Hinblick auf hohe Standzeiten der bewegten Shuttles zum zuverlässigen Transport der Produkte. Auch das modulare Design und nützliche Zusatz­eigenschaften, wie hohe Präzision, Transport schwerer Lasten bis 10 kg über Distanzen mit Gesamtausdehnungen über 50 m und die genaue Synchronisation mit externen Achsen sind wegweisend“, erklärt er und fügt an. „Der Endanwender profitiert von der hohen Produktivität und der Zuverlässigkeit des Systems.“

Supertrak ist ein flexibles Transportsystem, das auf Langstartor-Linearmotortechnik basiert. Shuttles, die bis zu 10 kg Gewicht – und auf Anfrage auch mehr – transportieren können, verfahren mit einer Wiederholgenauigkeit von ±10 µm auf der Bahn. Dabei fährt jedes einzelne Shuttle mit einer individuellen Geschwindigkeit und Positionierung. Mechanische Stopp-Vorrichtungen sind demnach nicht mehr erforderlich. „Im Gegensatz zu konventionellen, starr getakteten Transportsystemen können mit intelligenten Transportsystemen alle Produkte individuell – mit unterschiedlichen Zielpositionen, ­Geschwindigkeiten und Abständen – transportiert werden“, sagt M. Sandhöfner.

Supertrak wurde für den industriellen Einsatz konzipiert. Robustheit und einfache Wartung garantieren eine hohe Maschinenverfügbarkeit, die für eine effiziente Massenproduktion erforderlich ist

 

Hoch genaue Positionierung

Supertrak kommt historisch aus dem Bereich der Montageautoma­tion, einem Marktsegment, in dem Genauigkeit eine große Rolle spielt. Aus diesem Grund bringt das System die hohe Genauigkeit von ±10 µm in der Positionierung mit. Daraus ergibt sich auch der Vorteil der Synchronisation von Shuttles mit allen Arten von Servoachsen, CNC- und Robotik-Systemen in harter Echtzeit. „Supertrak, Roboter, elektrische Kurvenscheiben und weitere CNC-gesteuerte Komponenten können zu einer automatisierten Produktionseinheit verschmelzen. Daraus ergeben sich wiederum Einsparpotenziale“, sagt der Experte. Zur Verdeutlichung zieht er ein konventionelles Transportsystem heran. „Der Bearbeitungsprozess ist wie folgt: Das Werkstück wird an die Bearbeitungsstation herangefahren, dort festgeklemmt und dann bearbeitet.“ Durch die hohe mechanische Steifigkeit des Supertraks und die hohe Synchronität mit externen Prozessbewegungen lassen sich Bearbeitungsschritte direkt auf dem Shuttle durchführen. Dadurch entfallen zusätzliche Zustellachsen, der Maschinendurchsatz steigt. Die Längsbewegung des Werkstücks mit dem Shuttle als Transportachse kann als hochgenaue Bearbeitungsachse genutzt werden. Diese ist völlig synchron mit zusätzlichen Achsen außerhalb des Transportsystems. So wird die Transportachse des Shuttles, das sich auf dem Track bewegt, zur voll integrierten CNC-, Robotik- oder kurvenscheibengesteuerten Prozessachse. „Das ist deshalb möglich, weil wir Transport und Bearbeitungsachsen auf einem gemeinsamen System fahren. Damit steuert der eingesetzte Industrie-PC sowohl den Supertrak als auch sämtliche Zusatzachsen“, sagt M. Sandhöfner. Wichtig ist ihm an diesem Punkt hervorzuheben, dass das gesamte System mit nur einer CPU gesteuert wird. „Das gelingt selbst bei großen Verfahrwegen und vielen Shuttles, da sich die Shuttles dezentral auf Servo-Drive-Ebene selbst organisieren. Damit können auf einem Supertrak-System mehr als 100 Shuttles individuell fahren“, informiert er. Dabei ist der Aspekt, lediglich auf eine CPU zu setzen, für die B&R-Entwickler von großer Bedeutung gewesen, um die einfache Beherrschung der gesamten Anlage zu ermöglichen. „Beim Einsatz mehrerer CPU muss zum einen deren Kommunikation untereinander geregelt werden und zum anderen steigen damit die Komplexität und der Programmieraufwand für den Kunden mit Einsatz jeder weiteren CPU drastisch an“, sagt der Experte.
Die Programmierung von Supertrak erfolgt in der B&R-Automatisierungssoftware Automation Studio. „Für die Konfiguration der Shuttle-Bewegung können die Softwareentwickler einfach auf die darin vorhandene Bibliothek und Funktionsbausteine zurückgreifen“, informiert er weiter.

Supertrak, Roboter und CNC-Systeme kooperieren hochflexibel und in höchster Präzision: Produktionstechnologie für Losgröße 1 in Perfektion

 

Einfache Wartung und schnelle Umrüstung

Als weiteren Vorteil des intelligenten Transportsystems nennt M. Sandhöfner dessen einfache Wartbarkeit. „Die Wartung kann innerhalb kürzester Zeit erfolgen“, sagt er und erörtert: „Das hängt mit der Konstruktion des Systems zusammen, die auf hohe Verfügbarkeit und schnelle Wartung ausgelegt ist: Der Track muss nicht zerlegt werden. Er ist in Segmente gegliedert, die einfach einzeln getauscht werden können – ohne, dass die gesamte Strecke angefasst werden muss. Und auch die rollengeführten Shuttles lassen sich einfach innerhalb von Sekunden mit einem Hebel abnehmen.“

Darüber hinaus optimiert Supertrak die Umrüstzeiten zwischen unterschiedlichen Produkten, die auf einer Anlage gefertigt werden. „Der Bediener wählt über das Bediengerät oder über ein Produktionsplanungssystem eine andere Option und das Transportsystem stellt sich automatisch auf das neue Produkt ein“, sagt der Experte. Damit entfallen Stillstandzeiten, die bislang auftraten, wenn Anlagen mechanisch auf neue Produkte umgestellt wurden.

Zusatzfeature Anti-Sloshing

Eine weitere Besonderheit bei dem System ist die Anti-Sloshing-Technologie. „Mit Sloshing wird die Oszillation einer freien Flüssigkeit in einem Gefäß bezeichnet. Umgangssprachlich wird diese Bewegung auch ,schwappen‘ genannt“, erklärt M. Sandhöfner. „Diese wird bei Supertrak durch spezielle Bewegungsprofile gezielt unterbunden. Das ist vor allem für Kunden im Liquid-Packaging-Bereich ein wichtiger Aspekt.“ Durch dieses ruckfreie Verfahren von Flüssigkeiten werden weder Blasen in die Flüssigkeit eingezogen, noch kommt es zu Schaumbildung. Ruhezeiten, die zur „Beruhigung“ der Flüssigkeit benötigt werden, entfallen somit ebenfalls. Die Produktivität steigt.

Das Vertriebsmodell

ATS als Maschinenbauer nutzt Supertrak in seinen eigenen Maschinen. Er vermarktet die Technologie selbst aber nicht an OEM außerhalb des eigenen Konzerns. „Hier kommen wir als B&R ins Spiel“, sagt M. Sandhöfner. „Wir bieten Supertrak unseren Kunden aus dem Maschinenbau und produzierenden Unternehmen an, damit sie dem Anspruch von Losgröße 1 in der Massenproduktion gerecht werden können.“

B&R hat Supertrak erstmals auf der Hannover Messe gezeigt. Das bisherige Interesse an dem System gibt M. Sandhöfner mit sehr hoch an. „Viele Kunden befinden sich aktuell in der Eruierungsphase. Diese ist auch wichtig, da es sich bei Supertrak um ein völlig neues Maschinenkonzept handelt. Kunden müssen sich damit zunächst intensiv befassen, bevor sie in die Umstellung gehen“, informiert er. Als prädestinierte Einsatzgebiete nennt er alle Applikationen, bei denen es um hohen ­Maschinendurchsatz – typischerweise mehrere Tausend Produkte pro Stunde – geht. Typische Anwendungen sind zum Beispiel die Herstellung von Lebensmitteln oder die Abfüllung von Getränken. „Die Bandbreite der Anfragen ist groß und reicht bis hin zu Inspektionsanlagen mit Zeilenkameras. Unser Ziel ist es nun, eine möglichst große Anzahl von Projekten in unterschiedlichen Branchen zu realisieren. Das Feedback der Kunden fließt dann in weitere Entwicklungen ein“, sagt der Geschäftsführer B&R Deutschland.

Ausblick

Supertrak wird auch ein Ausstellungsschwerpunkt auf dem B&R-Stand auf der diesjährigen SPS IPC Drives sein. Hier wird die hoch präzise Robotersynchronisation, die nicht nur auf der Geraden, sondern auch in der Kurve möglich ist, live gezeigt. „In Nürnberg wird Supertrak mit zwei Comau-Robotern synchronisiert sein – einem Knickarm und einem Scara. Der Scara-Roboter eignet sich ideal hierzu, da er mit den Shuttles in den Kurven hochgenau und bei gleichzeitig maximaler Shuttlegeschwindigkeit interagiert. Dadurch erhöht sich die Produktivität des Gesamtsystems und gleichzeitig vermindert sich die benötigte Fläche“, erklärt der Geschäftsführer Deutschland.

Mit Blick auf die weiteren Erwartungen und geplanten Entwicklungen rund um Supertrak sagt M. Sandhöfner: „Derzeit stehen wir noch am Anfang der Adaptionsschwelle. Einige innovative Maschinenbauer setzen das System bereits in ihren Maschinen ein. Das große Wachstum erwartet uns erst noch.“ In den nächsten Jahren wird das intelligente Transportsystem weiterentwickelt und dabei werden Kundenanforderungen aus den aktuellen Gesprächen direkt umgesetzt.

www.br-automation.com

SPS IPC Drives: Halle 7, Stand 206

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Weitere Neuheiten zur SPS IPC Drives

Neben dem intelligenten Transportsystem Supertrak setzt B&R in Nürnberg weitere interessante Schwerpunkte. Ein Beispiel ist Mapp Technology, mit der die Entwicklung von Maschinenapplikationen vereinfacht wird: Vorgefertigte und geprüfte Softwarebausteine nehmen Maschinen- und Anlagenbauern die Programmierung von Basisfunktionen ab. Nun wird das Software-Framework weiter ausgebaut und zusätzliches Einsparpotenzial bei der Erstellung von Applikationen in den Bereichen CNC, Robotik, komplexe Regelungstechnik und Visualisierung eröffnet.

Lösungen für die vernetzte Produktion

Ganz im Sinne von Industrie 4.0 werden auf der Messe zudem mehrere Kommunikationslösungen für die vernetzte Produktion der Zukunft gezeigt, zum Beispiel OPC UA und „openSafety“. Auf deren Basis hat B&R ein Konzept entwickelt, das neue sicherheitstechnische Lösungen ermöglicht: sich selbst organisierende Sicherheitsnetzwerke auf der Basis von OPC UA und dem quelloffenen Sicherheitsprotokoll „openSafety“. Mit diesem Konzept soll es möglich werden, Maschinenteile oder ganze Maschinen aus dem Maschinennetzwerk zu entfernen oder zu ergänzen, ohne dass die Sicherheitstechnik neu programmiert werden muss. „Sogar sich selbst validierende Maschinenlinien sind denkbar“, sagt Franz Kaufleitner, Produktmanager Integrated Safety bei B&R. Damit das Sicherheitsnetzwerk sich selbst organisieren kann und gleichzeitig alle Anforderungen an Security und Safety erfüllt werden, sind eine Reihe von Vorkehrungen notwendig. „Dabei nutzen wir die jeweiligen Vorteile von OPC UA und ,openSafety‘ optimal aus“, informiert er weiter.

Prozessleitsystem in der Cloud

Das Prozessleitsystem Aprol soll sich zukünftig in der Cloud installieren und betreiben lassen. Damit stehen Daten und Auswertungen des B&R-Prozessleitsystems weltweit zur Verfügung. Aprol ist auf virtuellen Computern aller gängigen Cloud-Anbieter installierbar. Die Daten können durch eine lokale Aprol-Installation vorverarbeitet und komprimiert werden, sodass nur aussagekräftige Daten an die Cloud-Datenbank versendet werden. Mit diesem Ansatz, der an das Konzept des Fog- oder Edge-Computings angelehnt ist, sollen die Kosten für den Datenverkehr niedrig gehalten werden. Das Prozessleitsystem unterstützt die Protokolle MQTT, AMQP und OPC UA. Die Zahl der lokalen Aprol-Installa­tionen, die Daten an ein zentrales Cloud-Aprol senden, ist nicht beschränkt. Die Auswertungen der Business-Intelligence-Lösungen lokaler und cloudbasierter Aprol-Installationen werden über eine REST-Schnittstelle abgerufen.

Neues User-Rollen-System

In der B&R-Automatisierungssoftware Automation Studio lassen sich Zugriffsberechtigungen in OPC UA nun noch leichter verwalten: mit dem neuen User-Rollen-System. Dadurch können unberechtigte Anwender nicht auf das OPC-UA-System gelangen und Daten verändern oder Aktionen ausführen. Es lassen sich beliebig viele Rollen definieren, denen wiederum für jeden Knoten individuelle Zugriffsrechte zugeordnet werden können. Typische Zugriffsarten sind Lesen, Schreiben und Browsen. Ein Knoten lässt sich für eine Rolle auch komplett unsichtbar machen. Zudem können die Rechte des übergeordneten Knotens vererbt werden.

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