Der einfache Einstieg in die flexible Automatisierung mit einem Baukasten

Fast jedes produzierende Unternehmen hat schon über den Einsatz von Robotern zur Automatisierung repetitiver Tätigkeiten nachgedacht. Viele – insbesondere kleine Unternehmen – zögern aber mit der Investition in Automatisierung, da die geforderte Flexibilität und Anpassbarkeit beim Kauf einer schlüsselfertigen Lösung nicht gegeben ist. Selbst bei kleinen Änderungen am Roboter muss jedes Mal der Lieferant involviert werden, da die Unternehmen bzw. ihre Mitarbeiter nicht selbst dazu in der Lage sind.

Um dies zu ändern bietet die drag and bot GmbH, ein Spin-off des Fraunhofer Institut für Produktion und Automatisierung (IPA), einen flexiblen, einfach zu nutzenden und kosteneffizienten Automatisierungs-Baukasten, das drag&bot Robot-Kit. Basis des Robot-Kits ist “drag&bot OS”, eine Softwarelösung für die Robotik, die produzierende Unternehmen von der Planung, über die Simulation, Integration, Programmierung bis zur schnellen Umrüstung in allen Schritten unterstützt. Hinzu kommen – je nach Wunsch des Kunden – kosteneffiziente Roboter, bereits vor-integrierte Greifsysteme, intelligente Kamerasysteme, standardisierte Roboter-Plattformen und modulare Systeme zur Teilebereitstellung und Sicherheit. So können auch produzierende Unternehmen ohne eigene Robotik-Expertise Roboter einfach, flexibel und wirtschaftlich auch bei mittleren Stückzahlen einsetzen und selbst umrüsten, z.B. bei vielen und/oder sich ändernden Varianten einer Produkt-Baureihe.

Schritt #1: Roboterlösungen einfach planen

Die kostenfrei verfügbare Cloud-Lösung drag&bot SIMULATION, eine nur zur Simulation nutzbare Variante von drag&bot OS, ermöglicht das einfache, iterative Konfigurieren und Evaluieren von Automatisierungsideen in einer 3D-Umgebung als Basis für eine Investitionsentscheidung.

Im ersten Schritt wird die Anwendung modelliert. Dazu werden in drag&bot SIMULATION in einer 3D-Umgebung aus dem Automatisierungs-Baukasten geeignete Roboter, Greifer, Teilebereitstellungslösungen und sonstige Peripherie ausgewählt und räumlich angeordnet. Zusätzliche Elemente, wie z.B. die zu beladende Werkzeugmaschine, weitere Vorrichtungen oder individuell gestaltete Zellenlösungen können als CAD-Modell hochgeladen und eingefügt werden um die geplante Anwendung möglichst genau abzubilden.

Im zweiten Schritt wird der Roboter zum Leben erweckt. Hierzu werden Programmabläufe in der grafischen No-Code-Programmierumgebung von drag&bot erstellt. Die erstellten Abläufe können simuliert und so lange angepasst werden, bis das Verhalten des Roboters den Anforderungen entspricht. Sollte sich dabei herausstellen, dass die Anordnung z.B. von Roboter und Werkzeugmaschine nicht optimal ist oder das besser ein größerer Roboter genutzt werden sollte, kann die Anordnung jederzeit in der 3D Umgebung angepasst werden.

Das Ergebnis der Planung ist eine auf die Anwendung des Kunden zugeschnittene, spezifizierte Roboterlösung mit korrekt ausgewählten Kernkomponenten (Roboter, Greifer, Teilebereitstellungslösung, Plattform) angeordnet in einem funktionierenden Layout. Auf Basis dieser Spezifikation erstellt drag&bot in Zusammenarbeit mit seinen Partnern schnell ein bestellbares Angebot. In Kombination mit der aus dem erstellten Ablaufprogramm resultierenden Abschätzung der Taktzeit lässt sich so die Wirtschaftlichkeit bzw. der ROI der Roboteranwendung bestimmen und eine Realisierungsentscheidung kann schnell und fundiert getroffen werden.

Schritt #2: Roboterlösung einfach realisieren

Zur Realisierung der geplanten Roboterlösung gibt es abhängig von im Unternehmen verfügbaren Ressourcen zwei Möglichkeiten:

  1. Das Unternehmen realisiert die Roboterlösung auf Basis eines vorintegrierten, von Tag eins an funktionierenden drag&bot Bundles selbst
  2. Das Unternehmen beschafft eine flexibel anpassbare Komplettlösung durch einen Partner von drag&bot

Do-It-Yourself-Automatisierung mit drag&bot
Ein drag&bot Bundle besteht aus den aus dem Automatisierungs-Baukasten ausgewählten Komponenten, drag&bot PRODUCTION – die Variante von drag&bot OS zur Realisierung realer Roboterlösungen – sowie einem Schulungspaket. Ein Bundle zeichnet sich immer dadurch aus, dass alle Komponenten in drag&bot OS integriert und somit ohne weiteren Integrationsaufwand einsatzbereit und nutzbar sind. Das zugehörige Schulungspaket ist an die Vorkenntnisse der Mitarbeiter des Kunden angepasst, und versetzt die Mitarbeiter dazu in die Lage, die geplante Anwendung selbst zu realisieren. Möglich wird das dank der in drag&bot OS integrierten, grafischen No-Code-Programmierumgebung – dem drag&bot BUILDER – sowie anwendungsspezifisch anpassbaren Programmvorlagen. Zum Be- und Entladen der Maschinen gibt es z.B. Programmvorlagen mit Funktionen zum Greifen aus Rastern, zur Verwendung von Einfach- oder Doppel-Greifern, zur NIO-Prüfung und zur kollisionsfreien Grundstellungsfahrt. Diese Programmvorlagen können im drag&bot BUILDER weiter angepasst werden. Per drag-and-drop können bei Bedarf neue Funktionsblöcke eingefügt werden. Mit Hilfe von grafischen Wizards können z.B Roboterbewegungen geteacht und angepasst, Raster konfiguriert oder I/O-Kommunikation definiert werden.

Auf diese Weise ist jegliches Personal mit technischem Grundverständnis, z.B. Instandhalter, CNC-Fachkräfte, Linienbetreuer, nach ca. einem Tag Schulung dazu in der Lage Programmvorlagen anzupassen und zu modifizieren um spezifische Anwendungen umzusetzen. Sollte dennoch Hilfe benötigt werden, bietet drag&bot über Partner zusätzliche
Unterstützung an, z.B. bei der Implementierung der Kommunikation zu einer Werkzeugmaschine, bei der Programmierung nicht über Programmvorlagen abbildbarer Anwendungen oder bei der Vorbereitung und Durchführung der CE-Abnahme.

Alternativ: flexibel anpassbare Komplettlösung
Unternehmen mit fehlenden Ressourcen um eine Roboteranwendung selbst umzusetzen, z.B. weil keine geeigneten Mitarbeiter verfügbar sind, können alternativ eine den Ergebnissen der Planung entsprechende auf drag&bot OS basierende und somit flexibel anpassbare Komplettlösung von einem Unternehmen aus dem Partnernetzwerk von drag&bot beschaffen. Auch hier gilt: nach ca. einem Tag Schulung ist jegliches Personal mit technischem Grundverständnis dazu in der Lage Programmvorlagen anzupassen und zu modifizieren um spezifische Anwendungen umzusetzen.

Schritt #3: Roboterlösungen flexibel einsetzen

Mit drag&bot OS realisierte Roboterlösungen lassen sich einfach bedienen und vom produzierenden Unternehmen selbst an sich ändernde Randbedingungen anpassen. Dazu unterscheidet drag&bot zwei Benutzerlevel: Inbetriebnehmer und Bediener. Während Inbetriebnehmer alle Rechte haben mit dem drag&bot Builder Anwendungen zu erstellen und zu ändern wie oben beschrieben, ist für Bediener einer Roboteranwendung das auf einem Touchpanel dargestellte “OPERATOR COCKPIT” das zentrale Interaktionselement um die Roboteranwendung zu starten und steuern, zu überwachen und im Fehlerfall einzugreifen. Dazu stehen eine Vielzahl an sogenannten Widgets zur
Verfügung, aus denen vom Inbetriebnehmer Anwendungs- und Bediener-spezifische OPERATOR COCKPITs konfiguriert werden können.

Beispiele für Widgets sind:

  • 3D-Visualisierung der Roboterlösung
  • Darstellung von KPIs wie z.B. Anzahl produzierter Teile, Anzahl NIO-Teile, …
  • Über Buttons hinterlegte Funktionen wie z.B. Stop nach nächstem Zyklus, kollisionsfreie Grundstellungsfahrt, Teil ausschleusen, Greifer auf/zu, …
  • I/O-Werte visualisieren und ändern
  • Ergebnis einer Bildverarbeitung z.B. lokalisierte Objekte im Kamerabild darstellen
  • Programmablauf und aktuelle Position im Ablauf anzeigen
  • Visualisieren und Modifizieren des Belegungszustand eines Teilerasters

Zusätzlich können Bediener Roboteranwendungen an neue Anforderungen, wie z.B. sich ändernde Teilegeometrien oder neue Raster zur Teilebereitstellung mit Hilfe von Schritt-für-Schritt-Anleitungen anpassen. Die Schritt-für-Schritt-Anleitungen können während der Erstellung der Roboteranwendung vom Inbetriebnehmer aus Grundelementen wie z.B. Bildern und Texten anwendungsspezifisch so erstellt werden, dass dem Bediener genau die Möglichkeiten zur Konfiguration gegeben werden, die er benötigt, auf andere Parameter, wie z.B. die begrenzte Maximalgeschwindigkeit des Roboters, aber nicht zugegreifen werden kann. Sollten darüber hinaus gehende Änderungen an der Roboteranwendung nötig sein, können vom Inbetriebnehmer über die oben beschriebene grafische No-Code-Programmieroberfläche in Verbindung mit diversen Wizards beliebige Anpassungen am Programmablauf, den Roboterbewegungen, der I/O-Kommunikation etc. einfach durchgeführt werden, um z.B. neue Prozesse zu integrieren.

Mögliche Anwendungen

Das drag&bot Robot-Kit ist insbesondere ausgelegt für jegliche Anwendungen um Teile zur Bearbeitung, Beschriftung, Montage oder Qualitätsprüfung in Maschinen einzulegen und wieder zu entnehmen. Diese Einlegearbeiten werden auch heute noch in vielen Fällen manuell durchgeführt, obwohl eine Automatisierung technisch problemlos möglich wäre. Die Umsetzung scheitert meist an der – auf Grund hoher Flexibilität – fehlenden Wirtschaftlichkeit klassischer Automatisierungslösungen, die nur von Experten angepasst werden können.

Hier setzt drag&bot an: das drag&bot Robot-Kit in Kombination mit drag&bot OS als Softwarelösung zur einfachen Planung, Inbetriebnahme und Nutzung von Roboterlösungen erlaubt produzierenden Unternehmen einen an die im Unternehmen vorhandenen Ressourcen und Kompetenzen angepassten Einstieg in die flexible Automatisierung: Unternehmen ohne Vorerfahrungen werden bei der Planung an die Hand genommen und bekommen eine von eigenen Mitarbeitern bedien- und somit flexibel nutzbare Lösung. Unternehmen mit eigenen Ressourcen können auf Basis eines Bundles Lösungen selbst realisieren und dadurch sowohl Kosten sparen als auch später notwendige Anpassungen sowohl in der Programmierung als auch in der Hardware selbst schnell und kosteneffizient umsetzen. In beiden Fällen ist somit eine wirtschaftliche Automatisierung bei hohen Flexibilitätsanforderungen möglich.

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