Roboterquartett für optimalen Teilefluss

Hochkomplex, aber clever gelöst: Ein ABB-Roboter vereinzelt die Schnittmuster mit einer von SRW intelligent gelösten Greifertechnologie. (Bilder: x-technik)

Möbelteile online planen, kalkulieren und bestellen: Mit diesem Konzept konnte die Speedmaster GmbH in den letzten 20 Jahren mehr als 21.000 Tischlereibetriebe in Österreich, Deutschland, der Schweiz sowie Südtirol überzeugen und als Kunden gewinnen. Das Angebot reicht dabei vom Zuschnitt über Korpusse, Möbelfronten, Arbeitsplatten, Schubladen bis hin zur kompletten Küche. „Aufgrund unserer großen Produktvielfalt können vor allem kleinere Tischlereibetriebe ihr Produktportfolio für den Endkunden stark ausweiten, ohne selbst in kostspielige Spezialmaschinen oder mehr Personal investieren zu müssen. Da der Zukauf von Möbelteilen in den vergangenen Jahren ständig an Bedeutung gewonnen hat, konnten wir kontinuierlich wachsen“, erläutert Bernhard Holzer, Leiter Instandhaltung bei Speedmaster.

Gestartet als klassische Tischlerei konnte sich das Unternehmen dadurch zu einem hochmodernen Produzenten von Möbelteilen mit zwei Produktionsstandorten in der oberösterreichischen Firmenzentrale in Eberstalzell sowie im deutschen Steinsfeld und rund 300 Mitarbeitern weiterentwickeln. Als „verlängerte Werkbank für das Tischlereihandwerk“ ist in erster Linie die Geschwindigkeit die große Stärke von Speedmaster. Bestellungen, die bis 13:00 Uhr eingehen, werden innerhalb der nächsten 48 Stunden produziert und anschließend versendet. Individualität ist eine weitere Stärke von Speedmaster, denn jedes Möbelteil wird genau nach Wunschmaßen gefertigt.

Über zwei Etagen sorgen vier ABB-Roboter für einen optimalen Teilefluss zwischen den Holzbearbeitungsmaschinen.

Andreas Stummer
CTO bei SRW

„Als systemunabhängiger Integrator wählen wir für jedes Automatisierungsprojekt das jeweils optimale Produkt, auch in der Robotik. Für den Anwendungsfall bei Speedmaster waren die Roboter von ABB die ideale Wahl. Die Kombination aus einer Traglast bis 150 Kilogramm, einer Reichweite von 3,2 Metern sowie vor allem die hohe Geschwindigkeit auf der ersten Achse, die wir unbedingt benötigten, ist beim IRB 6700 herausragend.“

Arbeitsabläufe durchgängig automatisiert

Um die hohen Ansprüche an sich selbst mit höchster Effizienz und Qualität erfüllen zu können, setzen die Oberösterreicher auf einen modernen Maschinenpark und optimierte Arbeitsabläufe. „Angefangen von der Konfektionierung der Möbelteile im Onlineshop bis hin zur Rechnungslegung ist mittlerweile der gesamte Datenfluss durchgängig digital, ohne dass man die Aufträge noch manuell bearbeiten müsste“, schildert Holzer, der fortfährt: „Auch in der Produktion greifen alle Fertigungsprozesse wie feine Rädchen in einem Uhrwerk ineinander. Unser eigens entwickeltes ERP-System verbindet den Onlineshop direkt mit dem Maschinenpark – vom computergesteuerten Lager, das tausende verschiedene Platten in den unterschiedlichsten Dekoren verwaltet, bis hin zu sämtlichen Bearbeitungsmaschinen.“

Ziel dabei sei es schon, die Automatisierung so weit voranzutreiben, damit Teile vollautomatisch die Produktion durchlaufen können. Diesem Ziel wieder einen Schritt näher gekommen ist man vor gut eineinhalb Jahren mit der Inbetriebnahme einer Automatisierungslösung von SRW, die zwei Nesting-Anlagen mit zwei Kantenleimmaschinen verkettet und mittels vier ABB-Robotern für einen optimalen Teilefluss zwischen den Bearbeitungsmaschinen und hin zu den Folgeprozessen wie Verpackung oder weiteren Bearbeitungsschritten sorgt.

Virtuelle Inbetriebnahme mit Digitalem Zwilling

Warum sich Bernhard Holzer für die Umsetzung dieses komplexen Automatisierungsprojektes für SRW entschieden hat, begründet er so: „Ab dem ersten Gespräch hatten wir das Gefühl, dass die Leute von SRW absolute Spezialisten im Bereich Automatisierung sind und über enormes Know-how auf ihrem Gebiet verfügen. Dies bestätigte sich auch bei den ersten Simulationen und Visualisierungen des Anlagenkonzepts, in denen Echtdaten aus unserer Produktion verwendet wurden. Das war eine beeindruckende Vorstellung.“

Die SRW Automation & Service GmbH aus Vorchdorf (OÖ) entwickelt innovative und kundenspezifische Turnkey-Automatisierungslösungen, in denen zumeist Sonder- und Serienmaschinen mit komplexer Robotik verbunden werden. „Bereits in der Planungsphase erstellen wir einen exakten Digitalen Zwilling der konzipierten Anlage. Dank Simulationen mit reellen Produktionsdaten können wir eine virtuelle Inbetriebnahme der Anlage durchführen und so schon vor der realen Umsetzung Fehlerpotenziale minimieren sowie Bottlenecks im Teilefluss überprüfen. Wir sehen auch, ob die geforderten Stück- bzw. Produktionszahlen erreicht werden können“, verdeutlicht Andreas Stummer, CTO bei SRW. Dass es allerdings eines der herausforderndsten Projekte für SRW werden würde, sollte sich noch herausstellen: „Es sind die unzähligen Einflussfaktoren, die das Projekt bei Speedmaster so schwierig und komplex machten. Denn all diese potenziellen Fehlerquellen mussten für eine erfolgreiche Vollautomatisierung der Teilefertigung sowie des Teiletransports innerhalb der Anlage zwischen den Bearbeitungsmaschinen berücksichtigt werden.“

Roboter für Teilehandling optimal

Schon die engen Platzverhältnisse erforderten ein cleveres Anlagen-Layout. „Um die räumlichen Gegebenheiten so effizient wie möglich zu nutzen, haben wir den Teiletransport über zwei Etagen gelöst“, so Stummer. Konkret kommen die einzelnen Rohformatplatten bereits kommissioniert aus dem Lager, werden auf einer Fördereinheit etikettiert und mittels eines Manipulators zunächst auf den jeweiligen Arbeitstisch der beiden Nesting-Maschinen gelegt, wo sie auftragsbezogen zugeschnitten, gebohrt und gefräst werden. Anschließend werden die Schnittmuster per Linearportale auf ein Förderband auf drei Meter Höhe gelegt. „Dies ist gleichzeitig unsere Pufferstrecke, auf der Platz für bis zu sechs Schnittmuster zur Verfügung steht“, erklärt Holzer. Von dort kommt das gesamte Schnittmuster einer Platte auf ein weiteres Förderband, an dessen Ende bereits der erste Roboter von ABB wartet, um die Teile des nicht wiederkehrenden Schnittmusters zu vereinzeln. Dabei greift der Roboter des Typs IRB 6700 jedes einzelne Teil, dreht es in die für den nächsten Bearbeitungsschritt korrekte Position und übergibt es an das nächste Förderband, das die Teile zum zweiten ABB-Roboter IRB 6700 befördert. Dieser ist dafür zuständig, die vereinzelten Zuschnitte wieder auf einer Fördereinheit der unteren Etage abzulegen.

Unten exakt positioniert angekommen, gelangen die Teile über eine Rollenbahn in den Bereich der beiden Kantenleimmaschinen. Darin werden die vier Teileseiten in jeweils zwei Durchgängen automatisch bekantet. In diesem Anlagenbereich ist für die Handhabung der Zuschnitte ein weiterer ABB-Roboter, ein IRB 6620, auf einer Verfahrachse im Einsatz. Fertig bearbeitet kommen sie danach über Riemenförderer zum vierten Roboter, wiederum ein IRB 6700, der die Teile letztendlich aus der Anlage ausschleust, von wo sie dann zur Verpackung oder zu weiteren Bearbeitungsmaschinen transportiert werden. „Speziell bei engen Platzverhältnissen, wo unter anderem Teile auch mit großen Dimensionen gedreht bzw. manipuliert werden müssen, ist ein Einsatz von Robotern für einen optimalen Teilefluss unumgänglich“, bringt es Stummer auf den Punkt.

ABB-Roboter ideal für diese Anwendung

Dass SRW bei diesem Projekt auf Roboter von ABB setzt, lag für Stummer auf der Hand: „Als systemunabhängiger Integrator wählen wir für jedes Automatisierungsprojekt das jeweils optimale Produkt, auch in der Robotik. Für den Anwendungsfall bei Speedmaster hat sich nach den ersten Berechnungen und Simulationen rasch herausgestellt, dass es zum damaligen Zeitpunkt nichts Vergleichbares gab. Die Kombination aus einer Traglast bis 150 kg, einer Reichweite von 3,2 m sowie vor allem die hohe Geschwindigkeit auf der ersten Achse, die wir unbedingt benötigten, ist beim IRB 6700 herausragend“, ist Stummer voll des Lobes.

Zudem konnten einige Funktionen der ABB-Robotersteuerung bei Speedmaster überaus sinnvoll genutzt werden. Aus Platz- und auch Kostengründen setzt SRW beispielsweise ABB MultiMove Independent ein, mit der zwei Roboter auf einer Steuerung unabhängig voneinander bewegt werden können. Auch SaveMove, die Sicherheitslösung für ABB-Roboter, wird bei diesem Projekt sehr clever eingesetzt: „Diese Funktion hat nicht nur den Vorteil, dass man für die Bediener sichere Arbeitsräume mit reduzierten Robotergeschwindigkeiten abstecken kann. Es lassen sich auch Raumbegrenzungen definieren, die für den Roboter absolut tabu sind, wodurch mechanische Kollisionen vermieden werden können“, zeigt sich Stummer zufrieden. Zu guter Letzt war aber auch das zuverlässige und kompetente Service, mit dem SRW bislang ausschließlich positive Erfahrungen gemacht hat, ausschlaggebend: „Auch bei diesem Projekt hat sich dies wieder bewahrheitet. Selbst Problemstellungen wie bei Speedmaster, die bei vergangenen Roboteranwendungen noch nicht aufgetaucht sind, konnten relativ schnell und unkompliziert mit der Unterstützung der kompetenten ABB-Techniker gelöst werden.“

Losgröße-1-Produktion mit immenser Teilevielfalt

Was die Umsetzung einer Automatisierung bei Speedmaster so komplex machte, war die immense Teilevielfalt mit einer Losgröße-1-Produktion zu vereinen. „Theoretisch können im Onlineshop Teile auch mit vier unterschiedlichen Kantenfarben bestellt werden, ergo müssen auch alle individuellen Kundenwünsche automatisiert fertigbar sein. Dies software- und datentechnisch für einen perfekt automatisierten Fluss korrekt abzubilden, war eine große Challenge“, schildert Stummer. Damit beispielsweise das Kantenbild korrekt produziert wird und auch zu den auftragsbezogenen Bohrungen am Teil passt, muss bereits beim Schnittmustertransport an die richtige Reihenfolge bei der Bearbeitung der Teileseiten in den Kantenleimmaschinen gedacht werden. „Daher legt der erste ABB-Roboter, der die Schnittmuster vereinzelt, die Teile bereits für die weitere Bearbeitung korrekt positioniert auf das Förderband. Da diese absolut winkelgenau in die Kantenleimmaschine eingeführt werden müssen, ist auch ein exaktes Arbeiten des zweiten Roboters zwingend erforderlich. Nach einer optischen Vermessung der Einzelplatte wird der Drehwinkel dieses Roboters in Echtzeit angepasst, sodass das Teil zu 100 % parallel zur Einlaufkante der Kantmaschine auf der Rollenbahn abgelegt wird“, geht er ins Detail.

Kein Wunder, dass bei dieser Vielfalt auch das Teilehandling der Roboter zu einer großen Herausforderung wurde. „Die Roboter müssen Teile von 80 x 120 bis zu 2.800 x 2.070 mm greifen. Auch das hat SRW mit einer genialen Greiferlösung überaus intelligent gelöst“, zeigt sich Holzer zufrieden. „Der erste Roboter für die Schnittmustervereinzelung verfügt über eine Greiferlösung mit 17 verschiedenen Saugkreisen, die wir über die SPS und Robotersteuerung unterschiedlich ansteuern können. Die aus dem ERP-System gelieferten Schnittmuster werden zunächst in der SPS aufgelöst. Aufgrund dieser Daten kennen wir den Mittelpunkt, Länge und Breite sowie die Kantenreihenfolge jedes einzelnen Teils. Daraus berechnen wir, welche Abschnitte des Greifers für eine sichere Handhabung benötigt werden“, bringt es Stummer auf den Punkt.

Auf dem Weg zur Smart Factory

Aktuell wird bei Speedmaster rund die Hälfte der Möbelteile auf der SRW-Lösung produziert. Den anderen, etwa gleich großen Anteil, fertigen die Eberstalzeller auf Maschinen, die noch manuell be- und entladen werden. „Bei einem Performancevergleich hinken die Maschinen mit manueller Handhabung um 30 % hinterher“, weiß Holzer. Das Ziel, das Potenzial der Bearbeitungsmaschinen bestmöglich auszunutzen und dabei den Teiletransport dazwischen so effizient wie möglich zu gestalten, habe man mit der Automatisierungslösung von SRW nahezu erreicht. „Durch zusätzliche Optimierungsschritte ist eine zusätzliche Produktivitätssteigerung von rund 10 % möglich“, so der Instandhaltungsleiter.

Für kontinuierliche Verbesserungen sieht Andreas Stummer großes Potenzial in der Digitalisierung inklusive der Erfassung von relevanten Produktionsdaten: „Im absoluten Fokus steht dabei, den Operator im Sinne einer ´Smart Factory´ bestmöglich zu unterstützen und ihm die Anlagenbedienung so einfach und intuitiv wie möglich zu gestalten. Selbst bei einem Fehlerfall sollte der Bediener wenig bis gar nicht eingreifen müssen, sondern lediglich eine Info bekommen, dass der Fehler automatisch behoben werden kann.“ Besonders hilfreich ist hierfür der vollständige Digitale Zwilling der Anlage. Denn im Falle eines ungewollten Anlagenstillstandes können die echten Produktionsdaten in den „Digital Twin“ eingespeist werden, wodurch wesentlich einfacher und schneller die Fehlerursache detektiert werden kann. Bei der nächsten Evolutionsstufe, einer baugleichen Anlage für den Speedmaster-Produktionsstandort im deutschen Steinsfeld, wird SRW sogar so weit gehen, den Digitalen Zwilling mit Live-Produktionsdaten für eine Visualisierung direkt an der Anlage zu nutzen, um für den Bediener eine weitere Verbesserung der Usability zu schaffen. „Durch die Integration eines ´Produktionsforecast´ kann zudem der Bediener präventiv auf mögliche Komplikationen oder Fehler innerhalb der Anlage aufmerksam gemacht werden“, versichert Stummer. Bernhard Holzer stellt abschließend fest: „Mit den Automatisierungslösungen von SRW machen wir einen großen Schritt in Richtung Smart Factory und sind damit auch für die Zukunft bestens gerüstet.“

Messe automatica: Halle B5, Stand 231