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28.06.1985

Roboterentwicklung durch CADCAM-Einsatz effizienter gestalten

Neue Impulse erfährt gegenwärtig die Roboterentwicklung durch den Einsatz von CAD/CAM. In der Praxis allerdings, so weiß Simulationsspezialist Romuald Löffler zu berichten, gibt es nicht selten Anlaufschwierigkeiten. Ein genau ausgearbeitetes Konzept zur Problemlösung hält er deshalb als unerläßlich für den Anwender. Vor der Realisierung von Insellösungen warnt Klaus-Hinrich Viehmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut. Von vornherein müsse die Planung vielmehr auf eine Integration in eine gesamtbetriebliche Organisation ausgerichtet sein. Den Rationalisierungsaspekt sprechen schließlich Dr. Ernst Albien und Dr. Horst Weber an: Beim Einsatz des "Hilfsmittels" CAD/CAM könnten lange Anlaufzeiten und hohe Kosten für Stillstandszeiten vermieden werden. kul

Klaus-Hinrich Viehmann wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer-Institut, Stuttgart

In den vergangenen Jahren ist auf allen fertigungstechinischen Fachtagungen und Kongressen nahezu ausschließlich von CAD und CAM die Rede. Während unter CAD das rechnerunterstützte Konstruieren zu verstehen ist, so meint CAM die Fertigung unter Einsatz numerisch gesteuerter Maschinen, Roboter und automatisiertem Materialfluß. Gemäß einer VDMA-Umfrage wurden im Jahre 1984 in 34 Prozent aller Betriebe CAM-Methoden eingesetzt, hierunter war in erster Linie der Einsatz von NC-Maschinen zu verstehen. CAD-Systeme wurden lediglich in 6,5 Prozent der befragten Unternehmen eingesetzt. Dies zeigt eindeutig, daß wir heute in der Bundesrepublik erst am Anfang beim Einsatz dieser neuen Technologien stehen. Vorherrschend sind sogenannte Insellösungen, das sind in Teilbereichen realisierte Einsätze von CAD- oder CAM-Methoden. Als solche Insellösungen können beispielsweise angesehen werden: der Einsatz eines CAD-Systems in der Konstruktion, die Programmierung von NC-Maschinen mit Hilfe eines Programmiersystems, der Einsatz von Industrierobotern (IR) und deren Programmierung im "Teach-in".

Kaum ein Begriff in der CAD/CAM-Diskussion ist in der letzten Zeit so verteufelt worden wie die Insellösung. Nahezu in allen Publikationen wird die Integration der Anwendungen favorisiert - auch wenn immer klar ist, daß zunächst beim Einsatz von CAD/ CAM in einem Unternehmen Insellösungen angestrebt werden. Wichtig ist aber, bereits bei der Planung und dem Aufbau dieser "Inseln" deren spätere Integration in eine gesamtbetriebliche Organisation im Auge zu haben.

Im CAD/CAM-Bereich meint Integration in erster Linie die Ausnutzung der im CAD bereits erstellten und abgespeicherten Geometrie für weiterführende Planungsarbeiten. Hier sind insbesondere bei der Kopplung von CAD und NC-Programmierung in der Vergangenheit Erfolge erzielt worden, während die "Off-line"-Programmierung von IR erst in der Zukunft Bedeutung erlangen wird.

Zur NC-Programmierung können die geometrischen Informationen eines CAD-Systems genutzt werden, ebenso können grafische Bearbeitungssimulationen am Bildschirm durchgeführt werden. Eine Reihe von CAD-Systemen bieten heute bereits Schnittstellen beispielsweise zu Exapt oder Compact II. Schwierigkeiten tauchen überall dort auf, wo bereits ein NC-Programmierarbeitsplatz im Unternehmen ist und beibehalten werden soll. Hier muß ein Kopplungsbaustein vom CAD- zum NC-System erstellt werden.

Die "Off-line"-Programmierung von IR gehört heute noch nicht zum verbreiteten Stand der Technik. Vielfach ist es so, daß die IR im "Teach-in"-Verfahren programmiert werden. Dieses Verfahren ist äußerst zeitaufwendig und hat zur Folge, daß der IR während der Programmierphase nicht produktiv genutzt werden kann. Man ist deshalb bestrebt, analog der NC-Programmierung die Programmierung von IR zukünftig am Bildschirm auszuführen.

Die gesamte Arbeitszelle im Rechner muß geometrisch gespeichert werden, damit es möglich wird, die Verfahrwege zu simulieren und zu optimieren. Dies wird die produktiv nutzbare Zeit des IR wesentlich erhöhen, da die Programmierphase am Gerät selbst entfällt. Die hier nur skizzierten Möglichkeiten zur CAD/ CAM-Integration führen zu einer wichtigen Anforderung, die beim Kauf von CAD-Systemen unbedingt beachtet werden sollte. Das System muß nicht nur leistungsfähig bezüglich der Konstruktionsunterstützung sein, sondern eine ebenso wichtige Forderung ist die nach allgemein gültigen Schnittstellen und problemlosen unternehmensspezifischen Erweiterungsmöglichkeiten. Besonders der letztgenannte Punkt wird in der Zukunft eine immer größere Bedeutung erlangen.

Romuald Löffler verantwortlich für Robotersimulation und Offline-Programmierung bei einem großen Münchener Unternehmen

Welche Behandlung dem Roboter vom ersten Gedanken an die Automatisierung bis zu seinem Einsatz in der Fertigung zuteil wird, wirft in der Praxis oft Schwierigkeiten auf. Dabei ergeben sich folgende Schritte zur Problemlösung:

- Auswahl eines geeignet erscheinenden Industrieroboters,

- Layout-Erstellung,

- Konstruktion notwendiger Bauteile,

- Aufbau einer Versuchsanlage,

- Erstprogrammierung des Roboters,

- Beseitigung auftretender, unvorhergesehener Fehler,

- Installation der Anlage in der Fertigung,

- erneute Beseitigung von Fehlerquellen,

- Inbetriebnahme,

- bei Produktänderung Umprogrammierung.

Ein Teil dieser Aufgaben wird bereits am CAD/CAM-System durchgeführt. Vor allem die computergestützte Konstruktion von Bauteilen, Vorrichtungen und Werkzeugen ist inzwischen Standard.

Die Fähigkeiten moderner CAD/CAM-Systeme erweitern deren Einsatzgebiet in verschiedene Bereiche, zum Beispiel die Darstellung räumlicher Bewegungen an CAD/ CAM-Bildschirmen mit Hilfe sogenannter Robotersimulationsmodule. Es erlaubt dem Planer einer Anlage, das Layout nicht nur wie bisher statisch aufzuzeichnen, sondern Fertigungsvorgänge wie Handhaben, Montieren, Schweißen, Lackieren in ihrer Bewegungsfolge am Bildschirm darzustellen.

Jetzt können am Bildschirm die Erreichbarkeit bestimmter Positionen, die Zugänglichkeit bei Vorrichtungen, Kollisionsgefahren zwischen Maschine und Peripherie, räumlich betrachtet werden. Bis zu diesem Zeitpunkt ist noch kein Styropormodell nötig, man braucht keine Versuchsanlage zu konstruieren.

Prinzipuntersuchungen sind im CAD/CAM-System durchführbar und liefern als Ergebnis bereits ein erprobtes Anlagenkonzept. Fehlerquellen werden erkannt, bevor die erste Versuchsstation gebaut werden muß.

Und wenn schon am Bildschirm der Ablauf in einer Fertigungsstation darstellbar ist, liegt der Gedanke nahe, die programmierte Bewegung auch auf die Maschine zu übertragen.

Ist dies geschafft, dann ist die Maschine off-line programmiert. Speziell die Off-line-Programmierung von Industrierobotern erspart erhebliche Stillstandszeiten in der Produktion einer Fabrik.

Die konventionelle Programmierung erfolgt im Teach-in, wobei dem Roboter Schritt für Schritt von Hand die Bewegungsfolge eingegeben wird. Der Vorgang ist sehr umständlich und dauert entsprechend lange. Gelingt es, die Programmierung am Bildschirm durchzuführen, so entlastet dies die Planer von unangenehmen Nacht- und Wochenendschichten.

Es wird bereits seit einiger Zeit an der Off-line-Programmierung gearbeitet und wird wohl bald in der laufenden Produktion eingesetzt werden können.

Dann hat der Planer einer Fertigungsstation mit dem CAD/CAM-System ein leistungsfähiges Handwerkszeug zur Hand, das ihn bei der Lösung seiner Aufgaben wirkungsvoll unterstützt,

Dr. Ernst Albien vormals Leiter der Produktionsplanung und -steuerung

Dr. Horst Weber Leiter der Roboter- und Automationstechnik, RhV Softwaretechnik GmbH, Düsseldorf

In der automatischen Montage mit Industrierobotern liegen momentan große Rationalisierungsreserven. Diese Tatsache ist von der Industrie erkannt. Deshalb wird vielerorts der Einsatz von Robotern geplant und vorbereitet. Die Planung und Einsatzvorbereitung erfolgt jedoch vielfach nur mit konventionellen Methoden, obwohl sich der Einsatz von Rechnern anbietet. Bei Verwendung des Planungshilfsmittels Mikrocomputer können lange Anlaufzeiten und hohe Kosten für Stillstandszeiten vermieden werden.

Die Entwicklung von Industrierobotern hat eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Automatisierung in vielen Fertigungsbereichen bei kleinen und mittleren Losgrößen geschaffen. Industrieroboter können sowohl auf den Gebieten der Werkstück- und Werkzeughandhabung als auch im Bereich der Montage, der Palettierung und Kommissionierung eingesetzt werden.

Die Verwendung von Arbeitsplatz-Computern bei der Einsatzplanung von flexiblen Fertigungssystemen unterstützt und erleichtert insbesondere die Auswertung von Roboter-Einsatz-Studien, die grafische Erstellung von Handhabungs- und Funktionsplanungen sowie die Gestaltung und Optimierung des Anlagenlayouts. Die Auswertung von Roboter-Einsatz-Studien bietet sich vor allem dann an, wenn eine Vielzahl von Kriterien erfaßt und nach verschiedenen Gesichtspunkten analysiert werden soll.

Gestaltung und Optimierung eines Anlagenlayouts ist ein Puzzle-Spiel. Optimierungsregeln liegen selten vor, so daß hier die kreativen Fähigkeiten des Planers gefordert sind. Durch Verschieben von Anlagenkomponenten und vielfache Variation der Gesamtanlage wird ein Optimum gesucht.

Ein weiterer Vorteil des CAD-Einsatzes bei der Planung liegt in der Fähigkeit von CAD-Systemen. Zeichnungen niederer Komplexität in einer Gesamtzeichnung zusammenzufassen. Diese Fähigkeit kann genutzt werden, wenn die Planung von verketteten flexiblen Fertigungssystemen gefordert ist.

Nach der Festlegung des endgültigen Anlagenlayouts liegen die Anlagenpunkte theoretisch fest, so daß mit der Programmierung begonnen werden kann, ohne die konkrete Realisierung abwarten zu müssen. Industriell eingesetzte Programmiersprachen zur Off-line-Programmierung von flexiblen Fertigungssystemen auf Mikrocomputern sind beispielsweise VAL (Unimation für die Puma-Familie), AML/Entry (IBM für die Serie 75xx) und Robex (RWTH Aachen).

In der Sprache AML/Entry werden bei konventioneller Planung die Anwenderprogramme in einem gemischten Off-line-/On-line-Betrieb auf einem Arbeitsplatzrechner erstellt. Darüber hinaus erlaubt AML/Entry den Test von Anwenderprogrammen mit Hilfe eines Simulationsprogramms. Dieses Softwarewerkzeug ermöglicht zusammen mit dem rechnerunterstützten Entwurf des Anlagenlayouts die vollständige Off-line-Erstellung eines ausgetesteten Roboterprogramms. Auf diese Weise sind fundierte Aussagen über die geplante Automatisierung; insbesondere hinsichtlich Taktzeiten und damit auch der Wirtschaftlichkeit möglich, ohne auch nur einen einzigen Schritt in Richtung Realisierung eines Prototypen getan zu haben. Demnach können frühzeitig und mit geringem finanziellen Aufwand erfolgversprechende Anwendungen aufgezeigt, beziehungsweise Umplanungen vorgenommen werden.

Wenn die Durchführung der beschriebenen Planungsaufgaben bereits auf einem Rechner abläuft, bietet es sich an, über eine integrierte Datenverarbeitung nachzudenken. Der Schritt von der Insellösung zum CIM-System kann dort vollzogen werden, wo bereits vorhandene Daten in einem zweiten Schritt erneut eingegeben werden müssen. Dies ist zwischen der Anlagenplanung und der Offline-Programmierung der Fall. Im CAD-System PC-Draft können diese Daten in einem sogenannten CNC/ CIM-Modell integriert übergeben werden.