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Projektübergreifende Roboterkonstruktion aus dem Baukasten

Bild 1. Kuka bietet Industrieroboter und Robotersysteme, die alle gebräuchlichen Traglastklassen abdecken – vom Mini-Roboter bis zum hier gezeigten Schwerlastroboter Titan mit 1000 kg Tragkraft

Bild 2. Jürgen Albrecht: „Die Standardisierung auf der Produktebene eröffnet auf der Ebene der Konstruktionssystematik die Chance einer weitgehenden Modularisierung und Automatisierung.“

Bild 3. Gerhard Bauderer: „Für mich ist das Arbeiten mit dem EEC-Modulbaukasten ein echter Fortschritt. Wir sparen Zeit, greifen produktübergreifend auf einheitliche Module zurück, und die Pläne sowie die Dokumentation sind von höherer Qualität.“

Bild 4. Einfache grafische Oberflächen im EEC ermöglichen es Konstrukteuren eine Anlage schnell kundenspezifisch zusammenzustellen und zu parametrieren

Für die Elektrokonstruktion nutzt Kuka Roboter das Eplan Engineering Center, das den Konstrukteuren einen funktionalen Modulbaukasten zur Verfügung stellt. Das Ergebnis ist eine zeitsparende Elektro-Entwicklung mit einer durchgängigen Datenbasis, die dem variablen Modulsystem des Roboterprogramms von Kuka gerecht wird. Die „hohe Kunst der Ordnung“ spiegelt sich nicht nur in den Produkten wie den Palettierrobotern wider, sondern auch im eigenen Prozess.

Sie palettieren Kisten und Kartons, polieren Metallteile, nähen Ledersitze, testen Bedienelemente und schweißen Autokarosserien: Roboter haben sich zu universellen Helfern in der gesamten Industrie entwickelt. Weltweit sind rund eine Million von ihnen im Einsatz. Lange Zeit war die Automobilindustrie der Hauptabnehmer. Inzwischen gibt es aber verschiedene spezialisierte Industrieroboter für unterschiedlichste Branchen wie Gießereien, den Materialfluss und die Reinraumtechnik. Zudem werden sie immer flexibler sowie intelligenter und erobern stetig neue Aufgabenbereiche, zum Beispiel als Serviceroboter oder in der Medizintechnik. Roboter arbeiten sogar mittlerweile „Hand in Hand“ mit dem Bediener oder kooperieren miteinander, indem zum Beispiel zwei Schwerlast-roboter eine Autokarosse bewegen und vier andere Roboter Schweißpunkte setzen. So eine Aufgabe stellt hohe Anforderungen an die Synchronisation der Bewegungsabläufe und somit an die Steuerungstechnik.

Industrieroboter in Modulbauweise
In diesem spannenden und anspruchsvollen Markt gehört Kuka Roboter weltweit zu den Marktführern. Das Unternehmen bietet eine vollständige Bandbreite an Industrierobotern und Robotersystemen, die alle gebräuchlichen Traglastklassen abdeckt – vom Mini-Roboter bis zum Schwerlastroboter Titan mit 1 000 kg Tragkraft (Bild 1). Ebenso umfassend ist das Angebot der Bauarten. Zum Programm gehören unter anderem sechsachsige Roboter, Palettierer-, Portal-, Reinraum-, Edelstahl-, Scara- und Schweißroboter.
Durch ihre modulare Bauweise lassen sich die Roboter schnell und einfach für andere Aufgaben umrüsten. Ihre PC-basierte Steuerungsplattform ist das Fundament für mechatronische Systeme, die sich durch Zusammenspiel von Software, Steuerung und Mechanik auszeichnen.

Elektrokonstruktion standardisiert und automatisiert
Als die Elektrokonstruktion von Kuka die Migration der CAE-Softwareversion 5.70 von Eplan auf Eplan Electric P8, vollzog, lag der Gedanke nahe, die modulare Bauweise stärker in der Konstruktionsmethodik zu verankern. Welchen Zweck das hatte erläutert Jürgen Albrecht (Bild 2), Gruppenleiter Elektrokonstruktion bei Kuka: „Alle unsere Roboterbaureihen kennzeichnen sich durch eine einheitliche, technologieübergreifende Systemphilosophie, gleiche Bediengeräte sowie einheitliche Wartungs- und Upgradekonzepte. Somit ist die Produktpalette auf der elektrotechnischen Ebene bereits vereinheitlicht und standardisiert. Diese Standardisierung auf der Produkt-ebene eröffnet auf der Ebene der Konstruktionssystematik die Chance einer weitgehenden Modularisierung und Automatisierung.“
Eine solche Automatisierung gab es bei dem Roboterhersteller bereits auf der Basis von Eplan 5.70., wie Elektro-Konstrukteur Gerhard Bauderer (Bild 3) zu berichten weiß: „Wir haben den Schaltplangenerator genutzt und über CSV-Dateien eine Anbindung an SAP geschaffen. Die entsprechenden Makros konnten wir über SAP aktivieren. Allerdings bot der Generator im Laufe der Zeit eine immer größere Anzahl an Modulen, sodass es eine große Varianz gab und die Standardisierung zuletzt recht schwierig war.“
Die Migration auf die Eplan-Plattform ermöglichte es hier neue Strukturen einzuziehen. Die Ziele bringt J. Albrecht auf den Punkt: „Wir wollten das Eplan Engineering Center zur Optimierung der Prozesse in der Elektrokonstruktion nutzen und von einer größeren Flexibilität sowie von den Vorteilen des projektübergreifenden Arbeitens profitieren.“

Konstruieren aus dem Baukasten
Das EEC erlaubt die Erstellung eines Baukastens auf der Basis funktionaler Module, aus dem sich der Konstrukteur bei den einzelnen Projekten einfach bedienen kann. Konkret sieht das so aus, dass er ein Modul, beispielsweise eine Linearachse, eine Greiferfunktion oder eine Ventilinsel, auswählt und die gewünschten Leistungsdaten bzw. Größen eingibt. Daraufhin wählt er im Baukasten ein mechatronisches Modul aus, in dem die Konstruktionsdaten für alle beteiligten Gewerke sowie die kaufmännischen Daten, wie die Bestellnummern, hinterlegt sind. Diese Module werden zu einer kundenspezifischen Gesamtlösung zusammengestellt und parametriert (Bild 4). Lästige Nebentätigkeiten, wie die Auswahl von Einzelkomponenten anhand von Katalogen und Leistungsangaben, entfallen somit. Zudem entstehen mit der Konstruktion automatisch auch die Daten, die der Einkauf bzw. die eigene Fertigung benötigen (Bild 5).

Bild 5. Die elektrotechnische Dokumentation wird über das EEC, wie hier am Beispiel eines Gehäuses, im CAE-System automatisch generiert

So einfach das Konstruieren mit dem EEC ist, so sorgfältig sollte man die Vorbereitung angehen. Udo Dettmering, Konstrukteur Elektrotechnik bei Kuka, spricht da aus Erfahrung: „Die Kernfrage ist: Wie strukturiert man die Module? Hier hat uns Eplan intensiv unterstützt.“ In einem Workshop wurde die künftige Struktur festgelegt, nach der das EEC strukturiert ist. „Dabei gilt es, die Flexibilität und die Offenheit für die Zukunft zu erhalten. Denn nachträglich das ganze System zu ändern, ist aufwendig. Deshalb muss man sich auch mit der zukünftigen Struktur der Elektro- und Steuerungstechnik beschäftigen. Das haben wir gemeinsam getan und sind zu dem Schluss gekommen, dass wir nicht zuletzt aufgrund des hohen Innovationstempos in unserer Branche am besten die kleinste Ebene für die Modularisierung wählen – so bleibt man flexibel“, berichtet U. Dettmering.

G. Bauderer ergänzt: „Dieses Strukturprinzip hat den Vorteil, dass man mit verhältnismäßig wenigen Modulen auskommt. Es reicht jetzt, die Funktionen aufzurufen, die angebotenen Module auszuwählen und zu einem Plan zusammenzufügen. Das System ist so flexibel, dass es im Prinzip auch von den Kollegen im Projektgeschäft genutzt werden könnte, die auf der Basis unserer Roboter individuelle Systemlösungen entwickeln.“

*Funktionsbasiertes Engineering *
Mit dieser neuen Vorgehensweise haben die Elektrokonstrukteure von Kuka bereits erste Projekte entwickelt. G. Bauderer ist von der neuen Art im Engineering überzeugt: „Für mich ist das Arbeiten mit dem EEC-Modulbaukasten ein echter Fortschritt. Wir sparen Zeit, greifen produktübergreifend auf einheitliche Module zurück, und die Pläne sowie die Dokumentation sind von deutlich höherer Qualität. Außerdem können wir einen Schaltplan für die Basiskonstruktion definieren, der möglichst viele Optionen enthält, sodass wir nur wenige Varianten bilden müssen.“ Zurzeit arbeitet der Roboterhersteller daran, die Anbindung an SAP zu programmieren. Wenn dieser Schritt erledigt ist, profitiert man von einer wirklichen Durchgängigkeit im mechatronischen Engineering und kann neue, innovative Roboter mit standardisierten mechatronischen Funktionsbausteinen und geringerem zeitlichen Aufwand entwickeln.

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Timm Hauschke ist Produktmanager der Eplan Software & Service GmbH & Co. KG in Monheim am Rhein.