Kurzbeschreibung der Diplomarbeit
Entwicklung eines Robotersystems für die vollautomatische Kabelbaumfertigung
verfasst von
DI
Alexander Robé
Einleitung:
Es
existieren grundsätzlich zwei verschiede Märkte in der Kabelkonfektionierung:
Der
automotive Marktbereich mit sehr hohen Stückzahlen, aber einer geringen
Typenvielfalt und der industrielle Marktbereich, der entgegengesetzte
Ansprüche (niedrige Losgröße, hohe Typenvielfalt) stellt.
Die
Firma eltrona-RKT ist im zweiten Segment tätig und fertigt vorwiegend Kabelbäume
[1]
für den Sonderfahrzeugbau.
Der
automotive Marktbereich gehört derzeit zwar nicht zum Hauptkundenstamm von eltrona-RKT,
kann aber durch die Entwicklung eines vollautomatischen Verlege-Systems penetriert
werden.
Problemstellung:
Es
existieren derzeit Anlagen für die Konfektionierung von einfachen
Kabelbaumsystemen, bei denen gleichartige Litzen mit wenig verschiedenen Crimps
verwendet werden. Solche Anlagen werden z.B. von KOMAX, AMP-ARA, Megomat,
Metzner etc. produziert. Derzeit werden sämtliche Kabelbäume, die für die
Automobilindustrie oder den Sonder-maschinenbau verwendet werden, von Hand
gelegt
Aufgrund
der von den Kunden gewünschten Art der Lieferung des Fertigungs-Auftrages
(z.B.: 20 x 50 Stk.; 14-tägig) ergeben sich immer wieder von Neuem
"Lernprozesse" für einen Kabelbaum (siehe Abbildung 1).
Abbildung
1: Assemblierung durch
Roboter bzw. von Hand
Diese Kurve ist proportional den Herstellungskosten, da der Kabelbaum an sich ein Lohnkosten-dominiertes Produkt ist.
Zielsetzung:
Ziel
der Entwicklung ist es, ein möglichst großes Produktspektrum von
unterschiedlichen Kabeln (Litzendurchmesser als variabler Parameter),
Kabelkontakten und zugehörigen Steckern mit Hilfe eines flexiblen
Montagesystems automatisch zu einer vorgegebenen Kabelbaumstruktur zusammenzufügen.
Anders als bei den meisten Automatisierungs-aufgaben, bei denen Roboter
eingesetzt werden, soll hier die Flexibilität eines Fertigungs-Systems
und nicht die Massenproduktion einiger weniger Kabelbaum-Typen im Vorder-grund
stehen. Diese Forderung betrifft sowohl Hard- als auch Software:
Ein
Werkzeugwechsel des Roboters ist mit einem zu großen Zeitverlust verbunden -
eine universell einsetzbare Greifereinheit ist daher zu entwickeln. Den
sotware-technischen Produktionsablauf verdeutlicht Abbildung 2.
Abbildung
2: Ablauf des gesamten, automatisierten Kabelbaum-Herstellungsprozesses
Hat
die automatisierte Fertigungszelle einmal ein Produkt fehlerfrei hergestellt, so
kann man bei ordnungsgemäßer Beistellung von Material und Betriebsmitteln
davon ausgehen, dass sämtliche Erzeugnisse die Zelle ebenfalls korrekt
verlassen. Eine wiederholte Fertigung stellt zudem kein Zeitproblem mehr dar, da
nur das bereits erstellte und erprobte Kabelbaum-Programm gestartet werden muss.
Neben
den zusätzlichen, positiven Begleiterscheinungen einer robotergestützten
Fertigung (wie beispielsweise das Ausbleiben sozialbedingter
Fertigungs-Unterbrechungen), ist ein weiteres wesentliches Ziel, obige Lernkurve
zu eliminieren.
Umsetzung:
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden folgende Teilaufgaben realisiert:
·
Definition der
Fertigungszelle
·
Technische Entwicklung der
Hardware für das Greifersystem (Inst. f. Allg. Maschinenbau, Montanuniversität
Leoben)
·
Überprüfung von
vorgeschlagenen Konstruktionen hinsichtlich ihrer technischen und
wirtschaftlichen Eignung
·
Messungen an sämtl.
Stecker-Gehäuse-Paarungen des Referenz-Kabelbaumes
·
Entwicklung einer
ACCESS-Datenbank zur Kabelbaum-Verwaltung
·
Ermittlung der
Steckreihenfolge für die einzelnen Mehrfachstecker
·
Optimierungsvorschlag der
Steckreihenfolge außerhalb des Roboters auf externem System (VBA)
·
Entwicklung von Prototypen
aller Komponenten der Fertigungszelle
·
Software-Design und
-Implementierung sowohl Roboter- als auch SPS-seitig:
o
Roboter:
1.
Datenaufbereitung und Vorberechnungen
2.
sequentieller Entnahmevorgang
3.
generischer Routevorgang
o
SPS:
Ansteuerung
sämtlicher Sensoren und Aktoren auf dem Greifersystem
·
Anbindung der SPS an Roboter
mittels Industrie-Bus (CAN/DeviceNet-Protokoll)