Automatisierungs-Neuland in der Möbelindustrie

Nobilia-Werke gehört zu den ganz großen Küchenherstellern. Rund 30 Prozent des europäischen Bedarfs kann das Unternehmen abdecken. In konkreten Zahlen bedeutet das: Bis zu 3.800 Küchen werden täglich produziert und ausgeliefert – auftragsbezogen und entsprechend individuell. Um diese Zahl zu meistern, legt Nobilia das Hauptaugenmerk auf zwei Aspekte: Punkt eins ist eine Fertigungssteuerung, die das Feld von hinten aufrollt. Die gesamte Logistik ist auf die Frage ausgerichtet: „Wie lässt sich der LKW so befüllen, dass er die produzierten Küchen im Anschluss auf einer möglichst effizienten Route abliefern kann?“ Dabei kommt auch Punkt zwei zum Tragen: ein sehr hoher Automatisierungsgrad. „Alle Grundmaterialien wie Korpus und Frontteile, Schrauben oder Beschläge in kundenindividuelle Möbelstücke verwandeln und diese – ergänzt um die bestellte Handelsware – auf einen Schwung in den richtigen Lkw bringen? Das funktioniert nur mit einem bedingungslosen Just-in-Time-Ansatz“, erklärt David Müller, Senior Projektleiter bei Nobilia.

Mit etwa 19 produzierten Schränken pro Minute bringt es allein das Werk 2 auf bis zu 100 LKW, die täglich voll beladen vom Hof fahren. „Man kann sich vorstellen, was passiert, wenn dann nicht jede Front zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist“, sagt Müller. Trotz der riesigen Dimensionen – das Werk ist fast 700m lang und über 300m breit – ist der Platz in der Fertigung äußerst rar. Bestehende Anlagen erweitern, um sie an neue Anforderungen anzupassen, ist schlicht nicht möglich. Modernisierte Maschinen dürfen also nicht über den vorherigen Footprint hinausgehen.

Diese Voraussetzung galt auch, als Nobilia die Anlage für die Schubkastenfertigung auf einen neuen technischen Stand bringen musste. Der Hintergrund: Ergänzend zum Küchenangebot adressiert das Unternehmen den wachsenden Bedarf an ganzheitlichen Einrichtungslösungen mittlerweile auch mit Möbeln für andere Bereiche. War also das bisherige System noch dediziert auf Küchen ausgelegt, wurde nun mehr Flexibilität benötigt, um die deutlich höhere Varianz abzudecken. „Wir wollten fertigungstechnisch den nächsten Schritt gehen und unsere Anlagen so modernisieren, dass sich auch Kastenmöbel für den Wohnbereich oder das Badezimmer herstellen lassen“, unterstreicht der Senior-Projektleiter.

Zeitgleicher Produktionsstart in zwei Werken

Selbst wenn die bisherige Schubkastenfertigung nur einen Bruchteil der Fertigungsfläche in Werk 2 einnahm: Mehr Platz stand für die neue Anlage nicht zur Verfügung. Dafür waren mehr Durchsatz, mehr automatisiert bewirtschaftete Varianz und mehr Sicherheit gefragt. Eine echte Herausforderung. Hinzu kam eine weitere große Herausforderung: Es ging nicht nur um eine Anlage, sondern um jeweils zwei baugleiche Linien für die Schubkastenfertigung in zwei Nobilia-Werken. Die Umstellung auf das neue Sortiment, also der Produktionsstart der neuen Anlagen, musste standortübergreifend erfolgen. „Für Nobilia eines der komplexesten Projekte, die wir je umgesetzt haben“, konstatiert Müller.

Diese Herausforderungen im Blick, holte das Unternehmen zwei Partner an Bord: zum einen Beckhoff als Lieferant der Automatisierungstechnik, zum anderen Hüttenhölscher Maschinenbau, ein Unternehmen, das eine sehr lange Historie in der Möbelindustrie und entsprechende Expertise vorweisen kann. Aufgrund der räumlichen Nähe – alle drei Unternehmen stammen aus dem ostwestfälischen Verl – verbindet sie eine jahrzehntelange Zusammenarbeit. „Gemeinsam sind wir schon mehrmals neue Wege in Sachen Automatisierung gegangen“, blickt Müller zurück. Mit der neuen Schubkastenanlage wollte man diese Erfolgsstory fortschreiben. „Es ging also nicht nur um ein immenses Projektvolumen“, ergänzt Herr Kellner, Leiter Steuerungstechnik bei Hüttenhölscher, „sondern auch um eine neue Entwicklung, die wir das erste Mal realisiert haben.“

Der Plan war, die Materialnachversorgung innerhalb der Anlage so zu automatisieren, dass kein manueller Eingriff mehr erforderlich ist, und die hohe Artikelvarianz auf engem Raum bewirtschaftet werden kann. Entstanden ist daraufhin ein schlankes Shuttlesystem mit Abmessungen von etwa 2m auf 60cm. Es versorgt die Roboter in den Montagestationen mit passenden Seiten- und Rückwänden für den jeweiligen Schubkasten. In jeder doppelsträngigen Anlage sind drei solcher Shuttles verbaut. Sie nehmen die Bauteile in gestapelten Trays auf und bringen sie über einen Verfahrweg von rund 20m zuverlässig zur richtigen Station. Beladen bringen es die Shuttles auf rund 1.000kg Gewicht. Dennoch erreichen sie Geschwindigkeiten von 100m/min und eine Genauigkeit von unter 1mm.

Neue Wege in der Automatisierung

Ursprünglich überlegte Hüttenhölscher, die Shuttles über Energieketten in der Anlage anzubinden. Das ließ sich allerdings in den sehr schmalen Versorgungsgängen vom Platz nicht umsetzen. Auch die geforderte Dynamik wäre über die langen Verfahrwege nicht erreichbar gewesen. Also musste eine andere Lösung gefunden werden. Die Versorgung des mobilen Systems mit 400V realisierte der Anlagenbauer über eine Stromschiene. In der Folge sind nicht nur die beiden Fahrantriebe elektrisch, sondern auch die drei Achsen für die Aufnahme der Tray-Stapel. Auf Pneumatik wurde im Shuttle gänzlich verzichtet.

Bei der Kommunikation fiel die Wahl auf eine drahtlose Anbindung per Funk mit dem Ethercat Automation Protocol (EAP), das eine hochdeterministische Kommunikation zwischen Ethercat-Mastern erlaubt. „Da sich mit EAP auch Safety-Signale übertragen lassen, erfüllt die Wireless-Lösung selbst die hohen Sicherheitsansprüche der verschiedenen Schutzzonen in der Applikation“, beschreibt Julius Polldavid aus der Beckhoff Anlagentechnik die neue Lösung. „Ohne dieses Protokoll wäre eine solche Umsetzung nicht möglich gewesen.“

Die Steuerungsaufgaben des Shuttles übernimmt der lüfterlose Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6025 mit Abmessungen von 82x127x50mm. „Wegen des geringen Platzbedarfs war die schmale Bauform das entscheidende Kriterium“, fährt Andreas Sträter fort, der ebenfalls in der Anlagentechnik bei Beckhoff tätig ist. „So kommt das Shuttle mit einem schlanken Schaltkasten aus. Mit Blick auf die Leistung ist der C6025 vollkommen ausreichend. Denn die Logikfunktionen werden gar nicht auf dem Shuttle selbst berechnet.“ „Das erfolgt einschließlich der Safety-Funktionen schon in der übergeordneten Anlagensteuerung – einem Beckhoff-Schaltschrank-Industrie-PC 6930“, sagt Polldavid. „Die Steuerung des Shuttles führt nur noch aus, sammelt I/O-Signale ein und gibt Rückmeldung. Deshalb kommt der mobile Anlagenteil auch ohne eigenes HMI aus.“

Smarte integrierte Antriebstechnik

Für Kellner gab es bei der Wahl des IPC-Herstellers keine Überlegungen: „Steuerungsseitig ist Beckhoff mit PC-based Control und Ethercat in der Möbelindustrie gesetzt. Das wachsende Antriebsportfolio findet in der Branche ebenfalls großen Anklang.“ In diesem Fall war für die Wahl ausschlaggebend, dass Beckhoff auch integrierte Lösungen anbietet. „Im Shuttle-Schaltkasten war für klassische Servoverstärker schlichtweg kein Platz“, so Sträter, „und auch für die Motoren war der Bauraum stark begrenzt.“

Seiten: 1 2