Sicherheit ohne Kompromisse: Flexible Roboterzelle für mehr Produktivität bei Mills CNC

03.05.2022

Innovative und flexible Roboter-Fertigungszellen, die Sicherheit und Produktivität gewährleisten. Bei Mills CNC wurde die passende Sicherheitstechnik von SICK erfolgreich in diese Roboterzellen integriert – und gleich auch mit so einigen Mythen aufgeräumt.

Der Einsatz von Robotern entlastet das Personal vom Heben schwerer Lasten oder sich wiederholenden Aufgaben und kann eine gleichbleibend hohe Produktqualität in einem Rund-um-die-Uhr-Betrieb gewährleisten.
Der Einsatz von Robotern entlastet das Personal vom Heben schwerer Lasten oder sich wiederholenden Aufgaben und kann eine gleichbleibend hohe Produktqualität in einem Rund-um-die-Uhr-Betrieb gewährleisten.

Flexible Fertigungszellen sind ein Eckpfeiler der Industrie 4.0. Sie können Produktionshallen revolutionsartigen Neuerungen unterziehen, indem sie sie von konventionellen, festen, oft linearen Prozessen befreien und so kürzere Produktionsläufe, höhere Flexibilität und kürzere Lieferzeiten ermöglichen. Der Einsatz von Robotern zur Bedienung der Maschinen in einer flexiblen Zelle entlastet das Personal vom Heben schwerer Lasten oder sich wiederholenden Aufgaben und kann eine gleichbleibend hohe Produktqualität in einem Rund-um-die-Uhr-Betrieb gewährleisten.

Doch auf dem Weg zur Industrie 4.0 sind viele Hersteller zunächst zurückhaltend bei der Integration von flexiblen Zellen in ihre Produktionsabläufe: Habe ich den zusätzlichen Platz, um die Roboterzelle zu integrieren? Wird die Produktivität durch ständige E-Stopps verringert, so dass die Investition unrentabel wird? Ist die Integration zu komplex, zu zeitaufwändig oder zu kostspielig?

Schluss mit den Mythen

Diese und andere Fragen stellen sich potenzielle Kunden des im englischen Warwickshire ansässigen Werkzeugmaschinenspezialisten Mills CNC. Als führendes Unternehmen im Bereich Aufbau von Maschinenzellen mit Industrierobotern räumt Mills CNC nun mit bestehenden Mythen auf und liefert sichere und effiziente automatische Robotersysteme für Drehmaschinen, Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren von Doosan als exklusiver Zulieferer in Großbritannien.

Für Mills CNC war die Integration einer konformen Maschinensicherheit in seine flexiblen Roboter-Maschinenzellen eine besondere Herausforderung, da naturgemäß immer noch ein relativ hohes Maß an menschlicher Interaktion erforderlich ist, laut Chris Ingham, Control and System Engineer bei Mills CNC.

„Unsere neuen flexiblen SYNERGi Premier-Roboterzellen zum Beispiel, verfügen über eine Zwei-Wege-Belade-/Entladestation mit fünf automatischen Schubkästen“, fährt er fort. „Selbst bei diesem hohen Automatisierungsgrad ist die Einbindung des Bedieners unvermeidlich, um mit dem Fanuc-Roboter zu interagieren, der die Maschine kontinuierlich beschickt.“

Die neuen flexiblen SYNERGi Premier-Roboterzellen verfügen über eine Zwei-Wege-Belade-/Entladestation mit fünf automatischen Schubkästen.
Die neuen flexiblen SYNERGi Premier-Roboterzellen verfügen über eine Zwei-Wege-Belade-/Entladestation mit fünf automatischen Schubkästen.

„Außerhalb der Zelle bestücken die Bediener die Werkstücke und entnehmen die bearbeiteten Komponenten über die automatischen Zwei-Wege-Schubkästen. Währenddessen arbeitet der Roboter kontinuierlich innerhalb der Zelle, entnimmt die Werkstücke aus den Kästen und beschickt die Maschine, bevor das bearbeitete Teil wieder in den Schubkasten zurückgelegt wird. Das Einrichtungspersonal muss die Roboterzelle regelmäßig betreten, um die Werkzeugmaschine zu warten.“

„Bei automatischen Maschinenbeschickungssystemen besteht das Hauptziel darin, den Roboter in Betrieb zu halten, um die Produktionseffizienz zu steigern, und gleichzeitig die Flexibilität zu haben, Ersatzteile zu entnehmen und auszutauschen. Unsere kundenspezifische HMI-Software ermöglicht es, den Schubkasten mit so vielen Teilen zu bestücken, wie man möchte, oder alle fünf Kästen in einem Durchgang durchlaufen zu lassen. Es ist wirklich eine völlig flexible Lösung“, sagt Ingham und ergänzt: „Das Personal in der Werkstatt kann nun viel effizienter eingesetzt werden, da die Bediener und Einrichter in mehreren Zellen arbeiten und auch andere Aufgaben erfüllen können.“

Die Implementierung der Sicherheitstechnik war laut Ingham entscheidend für die erfolgreiche Markteinführung der gesamten Palette der flexiblen SYNERGi-Roboterzellen. Um die Vorteile des Konzepts der flexiblen Zellen zu wahren und zu fördern, mussten die Ausfallzeiten der Maschinen durch das Sicherheitssystem auf ein Minimum reduziert und für das Bedienpersonal zur nahezu nicht mehr feststellbaren Nebensache werden.

„Automatisierung sollte das Leben nie schwerer machen. Sie sollte es immer einfacher machen“, sagt Ingham und fügt hinzu: „Unsere Maschinenzellen müssen an die Arbeitspraktiken unserer Kunden angepasst werden, ohne dass die Technologie dabei zu teuer oder komplex wird.“

Daher wandte sich Mills CNC an die Spezialisten für Maschinensicherheit von SICK, und gemeinsam arbeiteten sie an der Integration von Sicherheitssystemen, die Produktivität und maximale Betriebszeit ermöglichen und gleichzeitig für die Betreiber völlig transparent sind.

Die Implementierung der Sicherheitstechnik war entscheidend für die erfolgreiche Markteinführung der gesamten Palette der flexiblen SYNERGi-Roboterzellen.
Die Implementierung der Sicherheitstechnik war entscheidend für die erfolgreiche Markteinführung der gesamten Palette der flexiblen SYNERGi-Roboterzellen.

Mit der Sicherheit kam der Erfolg

„Die Implementierung der Netzwerksicherheit von SICK war für uns ein entscheidender Faktor bei der Markteinführung der Maschinen“, sagt Ingham. „Weniger ausgereifte Systeme hätten eine komplette Abschaltung erfordert, sobald sich Roboter und Bediener im selben Raum aufhalten, was einen Reset und einen Neustart notwendig macht. Außerdem wäre eine komplexe Verdrahtung erforderlich gewesen, die schwierig, wenn nicht gar unmöglich zu implementieren gewesen wäre.“

Alle automatischen flexiblen SYNERGi-Fertigungszellen von Mills CNC sind mit der neuesten Sensorhardware von SICK ausgestattet. Jede der fünf automatischen Schubkästen des SYNERGi Premier-Systems ist mit einer SICK TR110 Sicherheitsverriegelung mit Zuhaltung ausgestattet. Am Fuß des Roboters ist der Sicherheitslaserscanner microScan3 von SICK positioniert, der den sicheren Zugang des Einrichters in die Maschinenzelle ermöglicht.

Das Herzstück des Sicherheitskonzepts ist die Netzwerktechnologie SICK EFI Pro, die eine direkte Integration der SICK-Sensorik und der Robotersteuerung über Ethernet/IPTM CIP SafetyTM bis SIL3/PLe unterstützt.

Das Safe EFI-pro System ist das Sicherheitsnetzwerk von SICK für die Industrieautomation.
Das Safe EFI-pro System ist das Sicherheitsnetzwerk von SICK für die Industrieautomation.

„Die größte Herausforderung für uns war es, ein System zu finden, das nativ mit dem Roboter kommunizieren kann und dabei dieselben Protokolle verwendet.“, so Ingham. „Ohne die direkte Verbindung durch das EFI-pro-System von SICK über ein einziges Ethernet-Kabel wäre die Integration viel aufwändiger und teurer gewesen.“

Ingham: „Die SICK TR110-Verriegelung interagiert direkt mit der Fanuc Dual Check Safety (DCS)-Steuerungsarchitektur des Roboterzellensystems über CIP Safety. Das DCS-System ermöglicht es, 3-dimensionale Felder um die Kastenverschlüsse zu ziehen und so die Bewegung des Roboters einzuschränken und den nötigen Sicherheitsabstand für den Bediener zu gewährleisten.“

Das Safe EFI-pro System ist das Sicherheitsnetzwerk von SICK für die Industrieautomation. Es basiert auf dem CIP-Safety-Protokoll. Es ermöglicht über die Sicherheitssteuerung Flexi Soft und ein EFI-pro-Gateway die sichere Kommunikation zwischen EFI-pro-Geräten wie dem microScan3, anderen SICK-Sensoren und CIP-SafetyTM-Geräten von Drittanbietern, wie z. B. Robotersteuerungen. Das EFI-pro-System macht es darüber hinaus möglich, eine vollständige Ferndiagnose durchzuführen, so dass die Leistung des Systems aufgezeichnet und überwacht werden kann.

Mills CNC hat sich für die Verwendung des microScan3 Core mit einer Reichweite von 9 Metern und SICK safeHDDM®-Multiple-Scanning-Technologie auf allen SYNERGi-Systemen entschieden, um den sicheren Zugang der Einrichter in die Zelle zu gewährleisten. Das SICK-Sicherheitssystem sorgt durch den Einsatz des Scanners als primäre Sicherheitseinrichtung mit zwei Schutzfeldern für die Verzögerung des Roboters, bevor dieser in den Vollstopp geht.

Sicherheitslaserscanner
Der robuste Sicherheitslaserscanner – herausragend intelligent
microScan3
Sicherheitssysteme für AGVs und AMRs
Sichere Vernetzung im produktiven Zusammenspiel
Safe EFI-pro System
Sicherheitszuhaltungen
RFID-überwachte Sicherheitszuhaltung mit hohem Manipulationsschutz
TR110 Lock

Minimale Bodenfläche

„Manchmal müssen wir Maschinen auf sehr engem Raum installieren“, sagt Ingham und ergänzt: „Dank des microScan3 können wir die Stellfläche minimieren und durch die Verlangsamung des Roboters und den kontinuierlichen Betrieb die Produktivität drastisch erhöhen. Die Alternative wäre eine vollständig geschlossene Zelle mit geringerer Betriebszeit gewesen.“

„Dank des dynamischen EFI-pro-Systems von SICK können die Felder näher aneinander gesetzt werden, so dass weniger Bodenfläche benötigt wird und der Roboter so lange wie möglich sicher weiterarbeiten kann und die maximale Betriebszeit erhalten bleibt.“

Martin Kidman, National Machinery Safety Product Manager SICK UK, erklärt: „Bei Mills CNC ermöglicht das EFI Pro-System eine sichere Zusammenarbeit zwischen dem DCS des Fanuc-Roboters und dem TR110-Verriegelungskonzept, um die komplexen sicherheitsrelevanten Logikfunktionen der Maschine gemäß den erforderlichen Standards auszuführen.“

 Mills CNC hat mit seinen neuen automatischen Fertigungszellen SYNERGi eine Meisterleistung in Sachen Produktivität durch Sicherheit erbracht.
 Mills CNC hat mit seinen neuen automatischen Fertigungszellen SYNERGi eine Meisterleistung in Sachen Produktivität durch Sicherheit erbracht.

„Es ermöglicht die direkte Datenübertragung zur Steuerung des Roboters über ein Ethernet-Kabel ohne feste Verdrahtung. Ohne dies würde jede Sicherheitsfunktion den Kabelaufwand exponentiell erhöhen. Bei einem komplexen System wie diesem wären Hunderte von Drähte nötig oder es würde sogar völlig unmöglich werden“, sagt Kidman und fügt hinzu: „Stillstandzeiten sind der Feind eines jeden Produktionsprozesses. Mills CNC hat mit seinen neuen automatischen Fertigungszellen SYNERGi eine Meisterleistung in Sachen Produktivität durch Sicherheit erbracht. Dank der Vorteile der dynamischen Netzwerksicherheit von safe EFI-pro konnten wir in partnerschaftlicher Zusammenarbeit ein komplexes System entwickeln, das aus sicherheitstechnischer Sicht leicht und einfach zu bedienen ist und den Kunden von Mills CNC eine nahtlose Integration ermöglicht.“

 

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