In 35 Wochen zur Produktionslinie
Karosseriebau überkopf beim Alfa Romeo Giulia
Für die Herstellung des Alfa Romeo Giulia ist eine Karosserieplattformlösung nötig, die flexibel genug für zukünftige Produktalternativen ist. In einer speziell für die Handhabung hochentwickelter Leichtbaumaterialien konzipierten Aufbaustation kommen überkopfmontierte Gelenkroboter von Comau zum Einsatz. Die Anlage sorgt für eine hohe Wiederholgenauigkeit und eine Vereinfachung der automatisierten Montage.
Bild: Comau Deutschland GmbHFür die Fertigung des Alfa Romeo Giulia musste der Automobilhersteller eine flexible, hochvolumige Karosserie-Rohbauanlage konzipieren, um die hochgesteckten Produktions- und Markteinführungsziele zu erreichen. Das Besondere an der Modellreihe ist die Kombination aus Aluminiummotoren, hoher Leistung, 50/50-Gewichtsverteilung und fahrerorientierten Details. So war das Auto von Anfang an für die drei Ausstattungsvarianten Giulia, Giulia Super, Giulia Veloce mit je individuellen Merkmalen und Leistungsspezifikationen konzipiert. Zusammen mit der Giulia Quadrifoglio haben die Versionen dieselbe Leichtbauarchitektur und werden auf derselben Montagelinie gefertigt. Ergänzend hinzu kam, dass diese Montagelinie im bestehenden FCA-Werk im italienischen Cassino installiert wurde und eine Karosserieplattformlösung nötig war, mit der sich die Flexibilität für zukünftige Produktalternativen sicherstellen ließ.
Bild: Comau Deutschland GmbHCo-Engineering-Ansatz
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde Comau damit beauftragt, sich federführend mit der Fertigungsstrategie zu befassen. Entscheidend dabei war der Co-Engineering-Ansatz, insbesondere in Anbetracht des engen Projektzeitplans und der Notwendigkeit, die neue Montagelinie auf einer vorhandenen Industriebranche mit den dazugehörenden Grundrissbeschränkungen zu errichten. Comau wurde zum festen Bestandteil eines kooperativen Co-Designteams, dessen erste Aufgabe darin bestand, die Projektanforderungen hinsichtlich Produktion, Konstruktion und Prozessfertigung zu definieren. Während der gemeinsamen Projektierungsphase tauschte das Team technologische Besonderheiten aus, verständigte sich über den Fertigungsansatz und verbesserte wesentliche Faktoren, um sicherzustellen, dass die technologische Basis die Großserienanwendungen bewältigen konnte. Hier konzipierte und entwickelte Comau basierend auf dem modularen, flexiblen und erweiterbaren Opengate-Aufbausystem eine Komplettlösung, die eine hohe Wiederholgenauigkeit garantiert und für bis zu vier verschiedene Modelle geeignet ist, um eine hohe Flexibilität und Investitionsrendite sicherzustellen. Aufgrund der kompakten und schlanken Architektur, mit bis zu 18 überkopfmontierten Robotern und bis zu sechs speziellen Framing Gates für Hochgeschwindigkeitsvorgänge mit hoher Dichte, konnte die Robotik-Lösung die automatisierte Montage der Giulia vereinfachen und gleichzeitig die Produktionsziele erfüllen. Die Konfiguration verwendete außerdem Teile des modularen ComauFlex-Systems, einschließlich des Closed-Loop-Montage- und Fügesystems VersaRoll. Das System wird hauptsächlich für Seitenteile- und Unterboden-Montagelinien eingesetzt und sorgt für einen schnellen Teiletransport, was die nicht-wertschöpfende Zeit verkürzt. Darüber hinaus nutzt sowohl das Opengate- als auch das Versaroll-System überkopfmontierte Roboter, was eine große Roboterdichte zulässt und die Anzahl von Fügeoperationen an jeder Station erhöht. Für den Bau dieser komplexen und flexiblen Produktionslinie musste das gemeinsame Engineering-Team auf praktisch jeder Prozessebene zusammenarbeiten, insbesondere in Anbetracht der knappen Zielvorgabe von 35 Wochen zwischen Projektstart und vollständiger Einsatzbereitschaft. Zwei Elemente, die entscheidend zum Erfolg des Projekts beigetragen haben, waren der Einsatz virtueller Simulationstechniken und Comaus World Class Manufacturing-Ansatz.
Simulation der Produktionslinie
Zusammen mit dem Alfa-Romeo-Team entwickelte Comau virtuelle Prüfzellen, um das Verhalten der Materialien bei Fügeprozessen zu bewerten, die in der Großserienfertigung stattfinden. Außerdem führte das Team physikalische Prüfungen in Bezug auf spezielle Faktoren durch, zum Beipiel die Verbindungsqualität unterschiedlicher Fügetechniken wie Nieten, Verschrauben und Schweißen. Schließlich ermittelte das gemeinsame Engineering-Team anhand verschiedener Tests, welche Parameter erforderlich waren, um den Fertigungsprozess zu verbessern, die Geometrie der verschiedenen Baugruppen zu überprüfen sowie ein Höchstmaß an Leistungsfähigkeit und Fahrzeugqualität sicherzustellen. Der Einsatz virtueller Zellen ermöglichte dem Team eine präzise, detaillierte Simulation der gesamten Produktionslinie. Indem die verschiedenen Abläufe auf virtuelle Weise geprüft wurden, bevor die Linie physikalisch realisiert war, konnten die Unternehmen potenzielle Probleme ermitteln und die zu erwartenden Resultate verbessern. Außerdem wurde die virtuelle Simulation genutzt, um die voraussichtlichen Taktzeiten für die neue Fertigungslinie zu bestimmen. Diese Details waren insbesondere deswegen wichtig, weil die Bewegungs- und Zeitabläufe der zahlreichen Roboter sowie deren Ausrüstung bei den vielen durchzuführenden Arbeitsvorgängen präzise zu koordinieren waren.
Bild: Comau Deutschland GmbHKonfiguration der Montagelinie
Im ersten Abschnitt der Linie wird das Fahrgestell montiert, das aus einem Vorderrahmen (mit dem Motor und allen mechanischen Komponenten), dem Wagenboden (inklusive Vordersitze) und dem Hinterrahmen (Rücksitze) besteht. Nachdem der automatische Zyklus gestartet wurde, wird jedes Fahrgestell nacheinander von verschiedenen Industrierobotern bearbeitet. Anschließend wird das Fahrgestell in die Sektion befördert, in der die Karosserie hinzugefügt wird. Hier arbeiten insgesamt zwei Opengate-Framing-Stations sequenziell in einer Konfiguration, die es ermöglicht, den Ablauf in Form eines Double-Layer-Montageprozesses durchzuführen. Das bedeutet, dass der Bau der Karosserie im Wesentlichen in zwei spezielle Schritte aufgeteilt und montiert wird. An der ersten Station werden der strukturelle oder innere Teil der Karosserie sowie deren Seitenteile montiert, während in der anschließenden Phase die Außenhülle hinzugefügt wird. Dieser Prozess sorgt für eine gute Zugänglichkeit, indem er Arbeiten der Roboter beim Schweißen, Positionieren der verschiedenen Elemente sowie bei anderen Aktivitäten vereinfacht, die für den Abschluss der Montage erforderlich sind. Da die Roboter vollständig und ungehindert Zugang zum strukturellen Skelett des Fahrzeugs haben, lassen sich Schweißvorgänge effizienter und präziser als bei herkömmlichen Verfahren ausführen, was zu einer insgesamt besseren Fertigungsgeometrie führt. Gleichzeitig wird an einer separaten Station der äußere Teil des Fahrzeugs vorbereitet, positioniert und am Strukturskelett befestigt.
Einsatz leichter Materialien
Der umfassende Einsatz sehr leichter Materialien wie Aluminium, das empfindlicher ist als Stahl, erfordert ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit bei den Füge- und Endfertigungsprozessen. Und da beim Modell Giulia Quadrifoglio Dach und Motorhaube aus Kohlefaser bestehen, wird die Prozesskomplexität noch weiter erhöht. Im Gegensatz zu den anderen Giulia-Modellen, bei denen die Montage des Aluminiumdachs mittels Laserhartlöten erfolgt, wird das Kohlefaserdach der Giulia Quadrifoglio in einer vollständig automatisierten Arbeitsstation vorbereitet und montiert. Das Verfahren umfasst mehrere Roboter, die von fortschrittlichen Vision- und Steuerungssystemen unterstützt werden. Von der automatischen Reinigung der Komponenten über das Mischen, Auftragen und Verteilen des Zweikomponentenklebers bis hin zur Polymerisierung unterliegt der gesamte Prozess einer Qualitäts- und Präzisionskontrolle durch ein Infrarotsystem. Im Anschluss daran erfolgt eine Prüfung auf 100 Prozent wasserdichte Versiegelung.
Prozesse in Echtzeit überwachen
Ein weiterer Aspekt der Fertigungsstrategie ist der Einsatz des RHEvo-Rollfalzsystems, das Leistungsfähigkeit und Effizienz mit einer Datenerfassung und Prozessüberwachung in Echtzeit kombiniert. Mit Geschwindigkeiten von bis zu 750mm/s kann das System komplexe Elemente an mehreren Fertigungslinien falzen, wobei es die geometrische Gleichförmigkeit der Montageteile sicherstellt, die Produkteinführungszeit verkürzt und die Produktionskosten senkt. Bei den Giulia-Modellen wird das System zum Falzen des hinteren Radlaufs eingesetzt, damit die für eine Hochleistungs-Sportlimousine erforderliche Steifigkeit sichergestellt ist. Auch hier kommen Visionsysteme zum Einsatz, um alle erforderlichen Positionierungsvariablen zu ermitteln und zu korrigieren, wenn das Fahrgestell in der Station platziert wird. Das Visionsystem berechnet die Position des Radlaufs und sendet die Daten zum Roboter, damit der Amboss für den Radlauf korrekt positioniert wird. Aufgrund dieser Zusammenarbeit kann der Roboter dann dessen Position neu kalibrieren, sodass er in Bezug auf den Radlauf zentriert ist. Im Zugbetrieb kann das System den Radlauf automatisch falzen, wobei mithilfe von zwei verschiedenen Rollentypen in drei Durchgängen ein präzises Falzresultat erzielt wird. Nach Abschluss des Falzvorgangs konfiguriert sich das System automatisch neu für das nächste Modell. Des Weiteren ist das System flexibel genug, um bis zu vier verschiedene Modelle zu verwalten, ohne dass eine zusätzliche Rüstzeit oder ein Bedienereingriff erforderlich ist.
Für die Herstellung des Alfa Romeo Giulia ist eine Karosserieplattformlösung nötig, die flexibel genug für zukünftige Produktalternativen ist. In einer speziell für die Handhabung hochentwickelter Leichtbaumaterialien konzipierten Aufbaustation kommen überkopfmontierte Gelenkroboter von Comau zum Einsatz. Die Anlage sorgt für eine hohe Wiederholgenauigkeit und eine Vereinfachung der automatisierten Montage.
Bild: Comau Deutschland GmbHFür die Fertigung des Alfa Romeo Giulia musste der Automobilhersteller eine flexible, hochvolumige Karosserie-Rohbauanlage konzipieren, um die hochgesteckten Produktions- und Markteinführungsziele zu erreichen. Das Besondere an der Modellreihe ist die Kombination aus Aluminiummotoren, hoher Leistung, 50/50-Gewichtsverteilung und fahrerorientierten Details. So war das Auto von Anfang an für die drei Ausstattungsvarianten Giulia, Giulia Super, Giulia Veloce mit je individuellen Merkmalen und Leistungsspezifikationen konzipiert. Zusammen mit der Giulia Quadrifoglio haben die Versionen dieselbe Leichtbauarchitektur und werden auf derselben Montagelinie gefertigt. Ergänzend hinzu kam, dass diese Montagelinie im bestehenden FCA-Werk im italienischen Cassino installiert wurde und eine Karosserieplattformlösung nötig war, mit der sich die Flexibilität für zukünftige Produktalternativen sicherstellen ließ.
Bild: Comau Deutschland GmbHCo-Engineering-Ansatz
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde Comau damit beauftragt, sich federführend mit der Fertigungsstrategie zu befassen. Entscheidend dabei war der Co-Engineering-Ansatz, insbesondere in Anbetracht des engen Projektzeitplans und der Notwendigkeit, die neue Montagelinie auf einer vorhandenen Industriebranche mit den dazugehörenden Grundrissbeschränkungen zu errichten. Comau wurde zum festen Bestandteil eines kooperativen Co-Designteams, dessen erste Aufgabe darin bestand, die Projektanforderungen hinsichtlich Produktion, Konstruktion und Prozessfertigung zu definieren. Während der gemeinsamen Projektierungsphase tauschte das Team technologische Besonderheiten aus, verständigte sich über den Fertigungsansatz und verbesserte wesentliche Faktoren, um sicherzustellen, dass die technologische Basis die Großserienanwendungen bewältigen konnte. Hier konzipierte und entwickelte Comau basierend auf dem modularen, flexiblen und erweiterbaren Opengate-Aufbausystem eine Komplettlösung, die eine hohe Wiederholgenauigkeit garantiert und für bis zu vier verschiedene Modelle geeignet ist, um eine hohe Flexibilität und Investitionsrendite sicherzustellen. Aufgrund der kompakten und schlanken Architektur, mit bis zu 18 überkopfmontierten Robotern und bis zu sechs speziellen Framing Gates für Hochgeschwindigkeitsvorgänge mit hoher Dichte, konnte die Robotik-Lösung die automatisierte Montage der Giulia vereinfachen und gleichzeitig die Produktionsziele erfüllen. Die Konfiguration verwendete außerdem Teile des modularen ComauFlex-Systems, einschließlich des Closed-Loop-Montage- und Fügesystems VersaRoll. Das System wird hauptsächlich für Seitenteile- und Unterboden-Montagelinien eingesetzt und sorgt für einen schnellen Teiletransport, was die nicht-wertschöpfende Zeit verkürzt. Darüber hinaus nutzt sowohl das Opengate- als auch das Versaroll-System überkopfmontierte Roboter, was eine große Roboterdichte zulässt und die Anzahl von Fügeoperationen an jeder Station erhöht. Für den Bau dieser komplexen und flexiblen Produktionslinie musste das gemeinsame Engineering-Team auf praktisch jeder Prozessebene zusammenarbeiten, insbesondere in Anbetracht der knappen Zielvorgabe von 35 Wochen zwischen Projektstart und vollständiger Einsatzbereitschaft. Zwei Elemente, die entscheidend zum Erfolg des Projekts beigetragen haben, waren der Einsatz virtueller Simulationstechniken und Comaus World Class Manufacturing-Ansatz.
Simulation der Produktionslinie
Zusammen mit dem Alfa-Romeo-Team entwickelte Comau virtuelle Prüfzellen, um das Verhalten der Materialien bei Fügeprozessen zu bewerten, die in der Großserienfertigung stattfinden. Außerdem führte das Team physikalische Prüfungen in Bezug auf spezielle Faktoren durch, zum Beipiel die Verbindungsqualität unterschiedlicher Fügetechniken wie Nieten, Verschrauben und Schweißen. Schließlich ermittelte das gemeinsame Engineering-Team anhand verschiedener Tests, welche Parameter erforderlich waren, um den Fertigungsprozess zu verbessern, die Geometrie der verschiedenen Baugruppen zu überprüfen sowie ein Höchstmaß an Leistungsfähigkeit und Fahrzeugqualität sicherzustellen. Der Einsatz virtueller Zellen ermöglichte dem Team eine präzise, detaillierte Simulation der gesamten Produktionslinie. Indem die verschiedenen Abläufe auf virtuelle Weise geprüft wurden, bevor die Linie physikalisch realisiert war, konnten die Unternehmen potenzielle Probleme ermitteln und die zu erwartenden Resultate verbessern. Außerdem wurde die virtuelle Simulation genutzt, um die voraussichtlichen Taktzeiten für die neue Fertigungslinie zu bestimmen. Diese Details waren insbesondere deswegen wichtig, weil die Bewegungs- und Zeitabläufe der zahlreichen Roboter sowie deren Ausrüstung bei den vielen durchzuführenden Arbeitsvorgängen präzise zu koordinieren waren.
Bild: Comau Deutschland GmbHKonfiguration der Montagelinie
Im ersten Abschnitt der Linie wird das Fahrgestell montiert, das aus einem Vorderrahmen (mit dem Motor und allen mechanischen Komponenten), dem Wagenboden (inklusive Vordersitze) und dem Hinterrahmen (Rücksitze) besteht. Nachdem der automatische Zyklus gestartet wurde, wird jedes Fahrgestell nacheinander von verschiedenen Industrierobotern bearbeitet. Anschließend wird das Fahrgestell in die Sektion befördert, in der die Karosserie hinzugefügt wird. Hier arbeiten insgesamt zwei Opengate-Framing-Stations sequenziell in einer Konfiguration, die es ermöglicht, den Ablauf in Form eines Double-Layer-Montageprozesses durchzuführen. Das bedeutet, dass der Bau der Karosserie im Wesentlichen in zwei spezielle Schritte aufgeteilt und montiert wird. An der ersten Station werden der strukturelle oder innere Teil der Karosserie sowie deren Seitenteile montiert, während in der anschließenden Phase die Außenhülle hinzugefügt wird. Dieser Prozess sorgt für eine gute Zugänglichkeit, indem er Arbeiten der Roboter beim Schweißen, Positionieren der verschiedenen Elemente sowie bei anderen Aktivitäten vereinfacht, die für den Abschluss der Montage erforderlich sind. Da die Roboter vollständig und ungehindert Zugang zum strukturellen Skelett des Fahrzeugs haben, lassen sich Schweißvorgänge effizienter und präziser als bei herkömmlichen Verfahren ausführen, was zu einer insgesamt besseren Fertigungsgeometrie führt. Gleichzeitig wird an einer separaten Station der äußere Teil des Fahrzeugs vorbereitet, positioniert und am Strukturskelett befestigt.
Einsatz leichter Materialien
Der umfassende Einsatz sehr leichter Materialien wie Aluminium, das empfindlicher ist als Stahl, erfordert ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit bei den Füge- und Endfertigungsprozessen. Und da beim Modell Giulia Quadrifoglio Dach und Motorhaube aus Kohlefaser bestehen, wird die Prozesskomplexität noch weiter erhöht. Im Gegensatz zu den anderen Giulia-Modellen, bei denen die Montage des Aluminiumdachs mittels Laserhartlöten erfolgt, wird das Kohlefaserdach der Giulia Quadrifoglio in einer vollständig automatisierten Arbeitsstation vorbereitet und montiert. Das Verfahren umfasst mehrere Roboter, die von fortschrittlichen Vision- und Steuerungssystemen unterstützt werden. Von der automatischen Reinigung der Komponenten über das Mischen, Auftragen und Verteilen des Zweikomponentenklebers bis hin zur Polymerisierung unterliegt der gesamte Prozess einer Qualitäts- und Präzisionskontrolle durch ein Infrarotsystem. Im Anschluss daran erfolgt eine Prüfung auf 100 Prozent wasserdichte Versiegelung.
Prozesse in Echtzeit überwachen
Ein weiterer Aspekt der Fertigungsstrategie ist der Einsatz des RHEvo-Rollfalzsystems, das Leistungsfähigkeit und Effizienz mit einer Datenerfassung und Prozessüberwachung in Echtzeit kombiniert. Mit Geschwindigkeiten von bis zu 750mm/s kann das System komplexe Elemente an mehreren Fertigungslinien falzen, wobei es die geometrische Gleichförmigkeit der Montageteile sicherstellt, die Produkteinführungszeit verkürzt und die Produktionskosten senkt. Bei den Giulia-Modellen wird das System zum Falzen des hinteren Radlaufs eingesetzt, damit die für eine Hochleistungs-Sportlimousine erforderliche Steifigkeit sichergestellt ist. Auch hier kommen Visionsysteme zum Einsatz, um alle erforderlichen Positionierungsvariablen zu ermitteln und zu korrigieren, wenn das Fahrgestell in der Station platziert wird. Das Visionsystem berechnet die Position des Radlaufs und sendet die Daten zum Roboter, damit der Amboss für den Radlauf korrekt positioniert wird. Aufgrund dieser Zusammenarbeit kann der Roboter dann dessen Position neu kalibrieren, sodass er in Bezug auf den Radlauf zentriert ist. Im Zugbetrieb kann das System den Radlauf automatisch falzen, wobei mithilfe von zwei verschiedenen Rollentypen in drei Durchgängen ein präzises Falzresultat erzielt wird. Nach Abschluss des Falzvorgangs konfiguriert sich das System automatisch neu für das nächste Modell. Des Weiteren ist das System flexibel genug, um bis zu vier verschiedene Modelle zu verwalten, ohne dass eine zusätzliche Rüstzeit oder ein Bedienereingriff erforderlich ist.
Comau Deutschland GmbH
Dieser Artikel erschien in IT&Production März 2018 - 05.03.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
