Plattform für die präzise, simulationsgestützte Montage
Um die zunehmende Variantenvielfalt bei Mikromontage-Applikationen bewältigen zu können, wurde eine modulare Präzisionsmontageplattform entwickelt. Dank einer speziellen 3D-Simulationssoftware lassen sich die Zeiten für Planung, INBETRIEBNAHME und Umrüstvorgänge deutlich verkürzen.
Bild 1. Montageplattform auf der Laser World of Photonics im Juni 2015 in München
Die Stückzahlen in der Produktion optischer Systeme nehmen stetig zu, und es ist zu erwarten, dass dieser Trend sich in den kommenden Jahren fortsetzen wird. Viele Anwendungen aus den Bereichen Medizintechnik, Unterhaltungselektronik, Automotive und industrielle Produktion profitieren von den Möglichkeiten, Energie berührungslos zuführen oder Licht hochauflösend auf elektronische Chips abbilden zu können. Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten ist nahezu unbegrenzt. Diese Tatsache führt allerdings dazu, dass es viele Nischenanwendungen gibt. Die wirtschaftliche Herstellung von Produkten in kleinen und mittleren Stückzahlen stellt jedoch eine Herausforderung dar, weil sich eine Investition in eine automatisierte Produktion nicht amortisiert und weiter manuell montiert werden muss. Um dieses Dilemma aufzulösen, wurde am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen eine Präzisionsmontageplattform entwickelt und um Software-Werkzeuge ergänzt, um die Zeiten für Planung und Inbetriebnahme sowie für Umrüstvorgänge deutlich zu verkürzen (Bild 1). Die Plattform wurde mit dem Ziel entwickelt, trotz hoher Variantenvielfalt eine hohe Kapazitätsauslastung zu ermöglichen und Stillstandszeiten zu minimieren. Einen wichtigen Baustein stellt die 3D-Simulationssoftware ›Verosim‹ dar, die vom Institut für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) der RWTH Aachen unter Führung von Professor Roßmann entwickelt wird.
Modularität als Voraussetzung für Flexibilität
Viele Maschinenhersteller und Systemintegratoren haben sich bereits mit den Herausforderungen der flexiblen Montage beschäftigt und bieten mit mechanischen und steuerungstechnischen Schnittstellenspezifikationen die Möglichkeit, unterschiedliche Prozessmodule schnell zu einem lauffähigen Montagesystem zu integrieren. Dabei wird die Anzahl der prozessindividuellen Komponenten (Prozessmodule) minimiert. Die Prozessmodule werden mechanisch und steuerungstechnisch wechselbar gestaltet. Dies wird mit einer konsequenten Hardware und Softwarekapselung der Prozessmodule erreicht. Dadurch wird die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems minimiert, der Grad an Wiederverwendbarkeit maximiert und die Wirtschaftlichkeit gesteigert. Auf dem Konzept der Modularisierug bauen die Innovationen des Fraunhofer IPT auf, um Stillstandszeiten weiter zu reduzieren. Das Fraunhofer IPT hat die Konzepte in Form einer flexiblen Montageplattform realisiert.
Robustheit der SPS und Flexibilität von Hochsprachen
Die Steuerungsarchitektur der Montageplattform besteht im Wesentlichen aus zwei Ebenen. Zum einen wird eine Soft-SPS verwendet, um die Zuverlässigkeit und Maschinensicherheit mit bewährten Mitteln in Echtzeit sicherzustellen. Ein spezieller Betriebsmodus sowie eine Programmierschnittstelle erlauben den externen Zugriff mit Hochsprachen wie Python, C# oder LabView. Hierbei handelt es sich um die zweite Ebene. Hierfür hat das Fraunhofer IPT eine Maschinensteuerungsschnittstelle zur SPS geschaffen, die auf Webtechnologien basiert. Die meisten modernen Programmiersprachen unterstützen diese Technologien, weshalb aus praktisch beliebigen Sprachen und Umgebungen auf die Schnittstellen zur Maschinensteuerung zugegriffen werden kann. Die Anbindung der Maschinensteuerung an die Welt der Informatik erlaubt die Umsetzung neuer Programmier- und Engineeringkonzepte mit höherer Effizienz, ohne Kompromisse bei der Sicherheit und Robustheit eingehen zu müssen.
Institut
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT)
52074 Aachen
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