So verschmelzen Robotik und Maschinensteuerungen

Eine Lovestory, von der Maschinenbauer bislang nur zu träumen vermochten, erfüllt sich: Die Verschmelzung von Robotik und Maschinensteuerungen. Der Automatisierer B&R verschoss Amors Pfeil aus den eigenen Reihen. So schickte Konzernmutter ABB ihre fleißigen Bienchen in die oberösterreichische Tech-Metropole und bestäubte die Maschinensteuerexperten aus Eggelsberg (AT) mit ihrem geballten Robot- und Cobot-Know-how. Ein Nektar entstand, der künftig auch Maschinenbauern und Produktioner schmecken soll. Entstanden ist ein spruchreifes Konzept, das bisher eine unerreichte Flexibilität und Präzision in der Fertigung verspricht.

Losgröße 1 und individualisierte Massenproduktion lassen sich einfach umsetzen. Maschinenbauer erhalten zukünftig Robotik- und Automatisierungslösungen aus einer Hand. Die Roboter-Sparte des Schweizer Tech-Konzerns stellt eine Auswahl an Knickarm-, Scara-, Delta- und Palettierrobotern in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Nutzlasten zur Verfügung. Die Integration von Robotik und Automatisierung bedeutet, dass nur noch eine Steuerung und ein Engineering-System für Entwicklung, Diagnose und Wartung benötigt werden. Ein eigener Schaltschrank für den Roboter ist nicht mehr notwendig. Das spart Platz.

Die vereinfachte Programmierung ist ein entscheidender Vorteil, der sich aus der Verschmelzung von Roboter und Maschine ergibt. Die Entwicklungszeit wird deutlich verkürzt. Mit den vorgefertigten Softwarebausteinen von Mapp Technology parametriert der Entwickler die Maschinenapplikation einschließlich der Robotik – Kenntnisse spezieller Robotiksprachen sind nicht erforderlich. Auch sichere Roboterapplikationen lassen sich so umsetzen.

„Die Robotik ist ein hochentwickeltes Gebiet“, erklärt Sebastian Brandstetter, Produktmanager für integrierte Robotik bei B&R. „Allerdings war sie bisher völlig unabhängig von der restlichen Maschinenautomatisierung.“ Während Roboter in großen Produktionsstraßen in der Automobilindustrie seit Jahrzehnten zum Alltag gehören, sind sie als integraler Bestandteil von Maschinen bisher nur in Einzelfällen anzutreffen. „Das einfachere Handling einer Robotikapplikation ist ein entscheidender Vorteil der Verschmelzung von Roboter und Maschine“, sagt Brandstetter. „Ganz wesentlich ist jedoch auch die Möglichkeit, Roboter und die restliche Maschine mit einer bisher unerreichten Präzision zu synchronisieren.“ Das wird jetzt möglich, da es weder getrennte Hardware noch ein getrenntes Netzwerk, noch getrennte Applikationen gibt.

„Normalerweise ist ein Roboter ein in sich geschlossenes System mit einer eigenen Steuerung und einem eigenen Schaltschrank. Engineering, Diagnose und Wartung laufen über eigenständige Systeme mit einer speziellen Robotiksprache, für die oft ein speziell geschulter Programmierer benötigt wird“, so Brandstetter weiter. „Mit der vollständigen Integration von ABB-Robotern in das B&R-Automatisierungssystem beziehen Kunden nun Roboter und Maschinensteuerung von nur einem Anbieter. Für den Maschinenentwickler macht es in Zukunft keinen Unterschied, ob er eine Einzel-Achse oder einen Roboter in seine Maschine implementiert. Die Tools, die Engineering-Umgebung und der Ansprechpartner bei B&R sind die gleichen.“

Da der Roboter keine eigene Steuerung mehr benötigt, entfallen alle Schnittstellen zur Maschine. Alle Achsen und Sensoren kommunizieren nun in einem gemeinsamen Netzwerk, was die Präzision in den bisher unvorstellbaren Mikrosekundenbereich hebt. Während es bisher üblich war, dass ein Werkstück – zum Beispiel auf einem Werkstücktisch – in Position gebracht wurde und erst nach dem Stillstand des Tisches der Roboter mit der Bearbeitung begonnen hat, sind nun ganz andere Vorgehensweisen möglich: Roboter und Werkstücktisch können sich während der Bearbeitung bewegen. Die Maschinenapplikation kann automatisch die optimalen Bewegungsprofile errechnen, wodurch die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt werden kann. „Das gleiche Prinzip gilt natürlich, wenn ein ABB-Roboter mit einem Track-System wie Acopostrak kombiniert wird“, ergänzt Brandstetter. Der Roboter bearbeitet ein Werkstück, während es sich in hohem Tempo auf dem Track bewegt. Der Track ist einfach nur eine zusätzliche Achse, die bei der Berechnung des Bewegungsprofiles mit einbezogen wird. Der Wegfall von separater Hardware und getrennten Kommunikationsnetzen und Anwendungen macht die Synchronisierung zwischen dem Roboter und anderen Maschinenkomponenten exakter. Die Bewegungen des Roboters und aller Maschinenachsen lassen sich mit mikrosekundengenauer Präzision synchronisieren. Die Produktivität der Maschine und der Durchsatz werden erhöht.

Die Roboter werden wie jede andere Automatisierungskomponente in der B&R-Entwicklungsumgebung programmiert. So kann der Anwender den kompletten Bewegungsablauf einer Maschine inklusive Robotik anhand eines digitalen Zwillings simulieren und optimieren, bevor die Maschine überhaupt gebaut wird. Das beschleunigt die Entwicklung und macht sie zudem kostengünstiger. So kann der Wunsch, Robotik in die eigenen Produktionsmaschinen zu integrieren, umgesetzt und der Investitionsertrag gesteigert werden. „Die Komplexität der Kombination von Robotern und Maschinen und die Herausforderungen begrenzter Synchronisierung haben Hersteller bisher davon abgehalten, die Flexibilität und Produktivität zu erreichen, die sie für die individualisierte Massenproduktion benötigen. Hersteller brauchen mehr Flexibilität auf allen Ebenen, einschließlich der Maschinenebene, um verkürzte Produktzyklen zu erreichen und kleinere Mengen bei größerer Auswahl herzustellen“, sagt Steven Wyatt, Head of Portfolio and Digital bei ABB Robotics & Discrete Automation.

„Indem wir die Roboterflotte von ABB in das Portfolio von B&R integrieren, werden wir ein vollständiger One-Stop-Shop“, wie Sami Atiya, Mitglied des ABB-Konzernvorstands erklärt.