Simulation und Offline-Programmierung von Robotersystemen

Planung ohne Simsalabim

Die Simulation von roboterbasierten Anlagen und Prozessen bringt nicht nur bei der Planung Vorteile, sondern auch bei Inbetriebnahme und Betrieb entsprechender Anlagen. Insbesondere lassen sich Fehler ausschließen und Ressourcen effizient einsetzen. Die Voraussetzung dafür bilden Software-Lösungen, die den technischen Gegebenheiten der Robotik ebenso gerecht werden wie den spezifischen Anforderungen der Anlagenumgebung.

Planung und Umsetzung von neuen roboterbasierten Fertigungsprozessen sehen auch heute noch bei manchem Unternehmen so aus: Zunächst wird das neue Verfahren zeitaufwendig erprobt. Dabei werden Roboter und andere Anlagenteile wie Positionierer, Brenner und Fahrbahnen immer wieder neu programmiert. Ist das gewünschte Ergebnis erreicht, wird die Anlage umgerüstet. Währenddessen steht sie nicht für die eigentliche Produktion zur Verfügung. Außerdem ist nicht ausgeschlossen, dass bei und nach Inbetriebnahme doch noch unerwartete Fehler und Betriebsunterbrechungen auftreten. Mit guten Gründen setzen sich deshalb Simulationsprogramme durch. Sie ermöglichen das virtuelle Entwerfen und Überprüfen von Fertigungsprozessen in einer dynamischen 3D-Umgebung. Die gewünschten Standards bei Qualität, Ressourcen, Kosten und Terminen sind damit zuverlässig gewährleistet. Auslastung und Zykluszeiten werden durch Simulation verbessert, mögliche Probleme bei der Produktkonstruktion lassen sich zudem frühzeitig erkennen und noch vor dem eigentlichen Produktionsbeginn beheben. Interessant wird der Einsatz von Simulation und Offline-Programmierung damit vor allem in mittelständischen Fertigungsbetrieben mit häufigen Produktwechseln, etwa in der Blechbearbeitung oder bei Lackieranwendungen. Anlagenbauer und Systemintegratoren können Zellen damit nicht nur planen, sondern auch komplett vorprogrammieren. Entsprechend einfacher und schneller ist die Installation beim Kunden. Anwender können dagegen per Simulation und Offline-Programmierung ihre Rüstzeiten deutlich reduzieren. Alle Prozesse lassen sich parallel zur Produktion entwickeln. Weil dabei auch die Vorrichtung schon vorab auf Zugänglichkeit etc. überprüft wird, sind später – wenn überhaupt – nur noch geringe Korrekturen notwendig.

Offline-Programmiersystem

Speziell für die Planung von Motoman-Robotersystemen hat Yaskawa das Softwarepaket MotoSim entwickelt, ein Off-line-Programmiersystem mit 3D-Simulation. Die Funktionalität des Controllers ist dabei von vornherein integriert. Das Besondere daran: MotoSim verwendet das gleiche kinematische Modell wie die Robotersteuerung. Die Software zur Roboterprogrammierung am PC bildet also 1:1 die Oberfläche des Programmierhandgerätes ab. Auch die Programmiersprache (Inform) ist dieselbe. Dadurch reduziert sich der Aufwand für den Bediener, Stillstandzeiten gehen runter und die Produktivität rauf. Schon die abgespeckte Tool-Version MotoSim EG unterstützt alle Motoman-Steuerungsgenerationen, angefangen vom Typ ERC bis zu den aktuellen Steuerungen FS100 und DX200. Über die einfache Programmierbarkeit hinaus erleichtert das Tool die Planung durch eine umfangreiche Bibliothek von Motoman-Produkten. Das heißt: Die Bibliothek umfasst nicht nur alle Robotermodelle verschiedener Generationen, sondern auch Zubehör wie Positionierer oder Fahrbahnen. 3D-Datenmodelle stellt Yaskawa zum Download auf der Homepage zur Verfügung. Dieser Service ist in der Software-Lizenz bereits enthalten, ebenso wie Erweiterungen um neue Robotermodelle. Per Bahnkalkulation über CAD ist damit eine schnelle Abschätzung möglich. Die Vollversion MotoSim EG VRC ist hingegen voll offline-programmierfähig und dabei auch für Multirobot-Lösungen mit mehreren Robotern ausgelegt. Sie unterstützt die Robotergenerationen NX100, DX100, DX200 und FS100.

Umfangreiche Funktionen

Mit umfangreichen Funktionen gewährleistet MotoSim hohe Standards bei der Planung:

  • Reichweiten- und Zugänglichkeitsuntersuchungen: MotoSim ermöglicht den schnellen Aufbau und die Analyse von Anlagenlayouts. Die integrierte 3D Hoops Graphic Engine gewährleistet dabei eine hochwertige Darstellung. Importfilter für ASIC, IGES, STeP, ProE, Catia, Solidworks, Parasolid und Inventor erlauben den Import kundenspezifischer CAD-Modelle. Der interne Modell-Editor ermöglicht zusätzlich die Erstellung von CAD-Modellen. Wichtige Maße können direkt gemessen werden. Die Bedienoberfläche beinhaltet Hilfsmittel wie Kollissionskontrolle und benutzerdefinierte 3D-Ansichten.
  • Taktzeitanalyse: Das native Hersteller-Tool garantiert eine hohe Genauigkeit der ermittelten Taktzeiten. Durch entsprechendes Anpassen des Anlagenlayouts, der Roboterbahn und ggf. des eingesetzten Robotertyps können passende Taktzeiten erarbeitet werden.
  • Offline-Programmierung: Bewegungsprogramme werden in MotoSim erstellt und können anschließend direkt auf die reale Robotersteuerung übertragen werden. An CAD-Modellen werden direkt Bahnpunkte am Werkstück einfach per Mausklick aufgenommen. Zum Beispiel bei Lackieranwendungen wird die Roboterbahn anhand der CAD-Daten des Bauteils automatisch als Polygon berechnet.
  • Beispielzellen: Das Tool enthält eine große Anzahl von Beispielzellen. Diese dienen unter anderem zur Demonstration komplexerer Systemkonfigurationen.
  • Job Transfer Modul: Dieses Modul ermöglicht das Transferieren von Jobs zwischen unterschiedlichen Manipulatortypen. Das wird zum Beispiel notwendig, wenn Roboterprogramme von einem alten auf einen neuen Manipulatortyp übertragen werden sollen oder wenn die Produktion von einem Manipulatortyp zu einem anderen umgezogen wird.
  • Viewer-Funktion: Simulationen lassen sich als Webapplikation, AVI-Dateien oder vPDF exportieren und können in einem Browser oder PDF-Viewer abgespielt werden, ohne dass MotoSim selbst installiert sein muss. Dies erlaubt die einfache Weitergabe fertiger Simulationen.

In der nächsten Ausbaustufe soll MotoSim voll onlinefähig sein. Die Verheiratung zwischen Software und Robotersteuerung, aber auch Back-ups und die Kommunikation mit der Anlagensteuerung können dann sicher und komfortabel per Ethernet-Verbindung erfolgen. Als weitere Neuerung werden sich separate SPSen in die Simulation einbinden lassen. So können beispielsweise Taktzeiten bei Pressen und anderen Zufallsprozessen mitsimuliert werden.

Beispiel aus der Praxis

Das österreichische Unternehmen Rika Blechkomponenten nutzt MotoSim EG VRC. Der Betrieb mit 115 Mitarbeitern fertigt komplexe Blechform- und Konstruktionsteile vorwiegend aus Aluminium, Nirosta und Stahlblech. Dabei setzt das Unternehmen auch abseits seiner Roboterschweißanlagen auf moderne Technik und Betriebsmittel wie Laserschneidanlagen, CNC-gesteuerte Stanz- und Nibbelautomaten, Biegeautomaten sowie CNC-gesteuerte Abkantpressen. Beim Betrieb der Roboterzellen leisten Simulation und Offline-Programmierung wertvolle Dienste. Lukas Kaltenbrunner von Rika erklärt: \“Ohne Simulation würden wir das hohe Pensum in der Lohnfertigung kaum bewerkstelligen können. Durch die Simulation erhöhen wir die Auslastung der Anlagen. Während ein Werkstück geschweißt wird, wird das andere virtuell vorbereitet. Dann wird das Programm auf den Roboter übertragen und los geht es mit dem nächsten Werkstück.\“

((Kasten))

Yaskawa Europe GmbH
http://www.yaskawa.eu.com

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