Simulation und Offline-Programmierung

Knisterndes Holz, leuchtendes Feuer, kuschelige Wärme: Ein Kaminofen verkörpert für immer mehr Menschen Gemütlichkeit. Darum steigt auch die Nachfrage bei Hase stetig. Inzwischen produziert das Familienunternehmen bis zu 15.000 Öfen jährlich – und das mit Automation rascher und effizienter als zuvor. Das Besondere: Neben der vollständigen Produktion in Deutschland setzt Hase auf innovative technische Lösungen. Dabei spielt die Schnittstelle zwischen physischen Maschinen und digitalen Anwendungen eine entscheidende Rolle. Denn die steigende Nachfrage stellte das Unternehmen vor einige Herausforderungen. „Ein Kaminofen hat zig Schweißnähte – sie alle von Hand zu schweißen, dauert sehr lange“, betont Florian Fischer, Leiter der Produktionsentwicklung. „Weil uns auch zunehmend Schweißfachleute fehlen und unsere Betriebsanlagen in die Jahre gekommen waren, konnten wir vom boomenden Markt nur durch die Automation unserer Produktion profitieren.“

Digitaler Zwilling als Herzstück

Das Ziel stand somit fest: Mithilfe von Schweißrobotern die Produktivität erhöhen, die Qualität sicherstellen und gleichzeitig die Mitarbeitenden entlasten. „Wir wollten eine hochmoderne flexible Roboteranlage bauen, die auch künftige, noch nicht existente Modelle abarbeiten kann, ohne dass sich unsere Konstrukteure einschränken müssen oder die Produktion deshalb stillsteht“, erzählt Fischer. „Deshalb spielt der digitale Zwilling eine entscheidende Rolle.“

Da Hase bereits seit 20 Jahren Roboter von Kuka einsetzt, fiel auch bei diesem Projekt die Wahl auf den Augsburger Anbieter. Besonders interessant war dabei nicht nur die Möglichkeit, Hardware in Form von zwei Robotern des Typs KR Cybertech nano ARC HW, der Lineareinheit KL250-3 sowie dem Positionierer einzusetzen. Denn erst das Zusammenspiel mit der Software Kuka.Sim und dem digitalen Zwilling waren für Hase ein Game Changer. Die Simulationssoftware erweckt Roboterapplikationen virtuell zum Leben – noch bevor die Anlage in Betrieb genommen wird. Die offline-programmierten Bewegungsabläufe werden in all ihrer Komplexität in Echtzeit abgebildet und hinsichtlich ihrer Taktzeiten analysiert und angepasst. Zudem simuliert das AddOn Kuka.Sim ArcWelding die automatischen Schweißapplikationen. So lassen sich z.B. Anfahrtspositionen oder die bestmögliche Ausrichtung der Roboter für den Schweißprozess definieren.

Offline schneller programmieren

„Sämtliche Schweißabfolgen und Bewegungsabläufe unserer beiden Roboter auf der Lineareinheit simulieren wir im Vorfeld mithilfe der Software komplett abgekapselt von der eigentlichen Anlage“, sagt Programmierer Martin Altmeier. „Offline können wir mithilfe des digitalen Zwillings so ein Ofen-Programm in zwei Stunden programmieren. Online müssten wir hingegen mit der Fertigung zwei Wochen aussetzen. Das zeigt: Ohne die Offline-Programmierung wären die Produktion und Entwicklung von neuen Modellen nicht so schnell und einfach möglich.“ Auch die ersten Ideen für neue Ofenmodelle lassen sich via Kuka.Sim bereits in der Prototypen-Phase mit der Realität abgleichen. Denn mithilfe des digitalen Zwillings kann Hase die Schweißabläufe eins zu eins simulieren und die Konstrukteure erhalten ein identisches Abbild des späteren Produktionsprozesses. So erprobt Hase Schweißabläufe für neue Öfen und erstellt am Ende auf dieser Grundlage das entsprechende Programm für die Roboterzelle.

Ein weiterer Vorteil: Durch verschiedene Benutzerebenen mit klaren Rollenprofilen hat Hase das Ausfallrisiko durch Bedienungsfehler nahezu auf null reduziert. Zudem sind alle aktuellen Programme in der Software gesichert. Wenn ein Fehler passiert, können alle Daten umgehend wiederhergestellt werden. Ob an der Anlage etwas verändert wird oder in der Simulation, ist egal, da in beiden Systemen das gleiche passiert. Damit die Simulation von Schweißnähten und die Schweißparameter zur Arbeit der Robotersteuerung passten und der Aufwand für nachträgliches Teachen möglichst gering war, wurde Kuka.Sim entsprechend den Bedürfnissen von Hase modifiziert – die modulare Architektur der Software macht es möglich. Die Daten bleiben dabei zu 100 Prozent konsistent, sodass die virtuelle und die reale Steuerung mit exakt denselben Daten arbeiten. Auf diese Weise schafft Kuka.Sim die Basis für eine virtuelle Inbetriebnahme.

Erhöhte Produktivität

Durch das Zusammenspiel von digitalem Zwilling und Robotern konnte Hase die Schweißzeit pro Ofen von 45 auf 15 Minuten reduzieren. Aufgrund dieser Erfahrungen hat das Unternehmen inzwischen eine zweite Anlage gebaut, die komplett identisch zur ersten ist. Die beiden neuen Anlagen ersetzen die älteren fünf – was einen immensen Platzgewinn für die Produktion darstellt.

Der Kaminofenhersteller könnte nun bis zu 25.000 Öfen pro Jahr produzieren, zuvor waren es maximal 15.000. „Die High-End-Roboteranlagen sind die größte schweißtechnische Weiterentwicklung, die wir je hatten“, resümiert Fischer. „Die Herausforderung, trotz Automation ein breites Produktportfolio abzudecken, haben wir gemeinsam mit Kuka und dem Systempartner Paul von der Bank erfolgreich gelöst.“ Kuka bot dabei ein Rundum-Paket und entwickelte zusammen mit Kunde und Systempartner eine maßgeschneiderte Lösung. So arbeitet Hase bereits gemeinsam mit Kuka an Konzepten zum automatisierten Kanten und Lackieren sowie dem Schweißen von Baugruppen.