Intelligenter Produkttransport bringt Agilität in die Fertigung
Modulare Montageplattform für Clean Manufacturing
Ursprünglich entwickelte JR Automation die leistungsfähige Plattform FlexChassis für die hygienische Fertigung im Bereich Life Sciences. Aufgrund der flexiblen Automatisierung mit dem eXtended Transport System (XTS) von Beckhoff kommt sie aber inzwischen auch in andere Branchen, wie der Lebensmittel-, Getränke-, Halbleiter-, Automobil- und Batterieindustrie zum Einsatz.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDurch die Bereitstellung von maßgeschneiderten Lösungen für zahlreiche Branchen hat sich der Maschinenbauer und Systemintegrator JR Automation erfolgreich zu einem Unternehmen mit mehr 2.000 Mitarbeitern entwickelt. "Wir verstehen uns als Vordenker der Automatisierung. Das heißt, wir helfen unseren Kunden, ihre Ziele zu erkennen und liefern ihnen dann die besten technischen Lösungen, damit sie diese erreichen können", sagt Shawn Smith, Vertriebsleiter bei JR Automation. "Eine Möglichkeit dafür ist unsere skalierbare, modulare Automatisierungsplattform Flexchassis, mit der wir die Markteinführungszeiten unserer Kunden verkürzen und gleichzeitig die Kosten senken."
Die Notwendigkeit, die Basis einer Maschine und die Handhabungstechnik neu zu entwickeln, lenkte bisher häufig die Aufmerksamkeit der Endanwender von der Optimierung der eigenen Prozesse und Produkte ab. Die Plattform Flexchassis dagegen ermöglicht es den Herstellern, mit einem Test- oder Pilotsystem klein anzufangen. Anschließend können sie das System mithilfe der integrierten Funktionen zur Überwachung der Gesamtanlageneffizienz und Qualitätskontrolle zügig für die Serienproduktion bereitstellen. So können sie auch später darauf vertrauen, dass sie ihre Kapazitäten unbesorgt erweitern und Prozesse anpassen oder umrüsten können.
Modularität erfüllt Kundenanforderungen
Mit 1x1,5m großen und 2,44m hohen Standardmodulen eignet sich das System für den Anbau einer breiten Palette von Robotern und anderer Ausrüstung für verschiedene Applikationen. Die Entwickler wollten jedoch vermeiden, dass unflexible Handhabungstechnik die Modularität einschränkt. Daher suchten sie nach einer linearen Transporttechnologie, die sich immer wieder flexibel verändern lässt. "JR entschied sich für XTS aufgrund seiner Geschwindigkeit und des modularen Designs, das mehrere Konfigurationen ermöglicht", so Mick Trompen, Technischer Leiter für Life Sciences bei JR Automation.
XTS besteht aus Linearmotormodulen mit integrierter Leistungselektronik sowie kabellosen, magnetisch gekoppelten Movern auf mechanischen Führungsschienen. Erhältlich in den verschiedensten Geometrien ermöglicht das System die Realisierung beliebiger Fahrwege in unterschiedlicher Streckenlänge als Ergänzung der modularen Montageplattform. Die Mover können einzeln oder in Gruppen verfahren werden und ermöglichen eine Individualisierung des Materialflusses, z.B. durch die mehrfache Ausführung zeitaufwendiger Prozessstationen und das Überspringen von Stationen bei fehlerhaften Produkten. Die softwarebasierte Umrüstung spart zudem Zeit bei Formatwechseln und reduziert den mechanischen Umstellungsaufwand. Insgesamt ergibt sich ein flexibler und hoher Anlagendurchsatz.
"Die einfache Konfiguration und Streckenführung der XTS-Motormodule passte gut zu unserem Konzept", erklärt David Shiles, Leiter der Steuerungstechnik bei JR Automation. "Wir übernehmen nun Montageaufgaben mit mehr Arbeitsschritten und gleichzeitig höheren Durchsatzraten als je zuvor." Zudem macht das kompakte, integrierte Design des XTS die mechanischen Komponenten starrer Handlingtechnologien, wie Bänder, Ketten und Rundschalttische, überflüssig. Dadurch verringert sich der Platzbedarf der Maschine um etwa 50 Prozent.
Leistungsstark in Steuerung und Kommunikation
Mit XTS als Basis für flexibles Produkthandling ermöglicht Flexchassis die Ausrüstung mit vielen Technologien für die Anpassung der Lösung. Die möglichen Prozessstationen reichen vom Ultraschallschweißen, Schnappverbindungen und Klebstoffauftrag bis zur Wirkstoffabfüllung und -versiegelung, Medikamenten-Handling und das Aufbringen von Labels oder Dekorationen. Eine so breite Auswahl an Robotern, Endeffektoren, Werkzeugen und Sensoren erfordert jedoch eine schnelle Kommunikation über verschiedene Industrieprotokolle. Dafür liefert die Echtzeitkommunikation mit Ethercat die notwendige Geschwindigkeit und Konnektivität.
Die erforderliche Rechenleistung für die Steuerung des XTS sowie die Koordination mit Robotern und Werkzeugen stellt ein Embedded-PC CX2072 von Beckhoff mit Intel-Xeon-Many-Core-Prozessoren zur Verfügung. "Nur so ist es möglich, die notwendige Scanzeit von 250µs für die Verarbeitung der XTS-Daten einzuhalten und andere Kerne für die SPS, Servosteuerung und Bildverarbeitung zu reservieren", erläutert Shiles.
Zur Programmierung der umfangreichen Funktionalität setzten die Entwickler auf die Automatisierungssoftware Twincat 3. Diese durchgängige Engineering- und Laufzeitplattform unterstütze eine breite Palette von Programmierstandards sowie bei zukünftigen Erweiterungen auch eine transparente Kommunikation zwischen einem Beckhoff IPC und den SPS-Systemen von Drittanbietern. Die hohe Portabilität des Codes biete außerdem Vorteile, um schneller Varianten kreieren zu können.
Dynamische Automatisierungsplattform
Flexchassis bietet den Anwendern bei geringem Platzbedarf eine kürzere Time-to-Market und einen hohen Durchsatz von mehr als 45 Teilen pro Minute. Zu den Funktionen für Clean Manufacturing gehören Hepa-Filterung (Schwebstofffilter), verschiedene Reinraumklassen und eine Edelstahlkonstruktion. Zudem unterstützt die PC-basierte Steuerung intuitive Dashboards für den einfachen Zugriff der Benutzer auf die Systemdaten. "IoT und Track&Trace sind wichtige Funktionen, die Flexchassis für das Management der Stillstände, Qualität und Anlageneffizienz bereithält", erklärt David Vitale, Leitender Ingenieur für Digitale Lösungen bei JR Automation. "Die Leistungsdaten werden vom System mit Hilfe eines lokalen Beckhoff Embedded-PC durch unsere MES-Funktionen erfasst. Derzeit werden sie in lokalen Datenbanken gespeichert, können auf Wunsch aber auch z.B. in der Cloud gehostet werden."
Twincat ermöglichte die schnelle Bereitstellung des ersten Flexchassis-Systems als Demo für Kundengespräche und Messen. Die XTS-Plattform beschleunigte den Prozess durch einen intuitiven Konfigurator für die unkomplizierte Einrichtung, eine Reihe leistungsstarker Diagnose- und Visualisierungstools für eine schnelle Entwicklung - ob durch Simulation oder mit echter Hardware. "Die kostenfreie Twincat-Engineeringumgebung war ein weiterer großer Vorteil", so Applikationsingenieur Chris Moritz. "2020 habe ich die XTS-Software für ein Projekt geschrieben, als wir wegen Covid von zu Hause ausarbeiten mussten. Da ich wesentliche Teile der Maschine simulieren konnte, ohne Hard- oder Software kaufen zu müssen, konnte ich sofort loslegen, als die Komponenten verfügbar waren, und das mit geringem Zeitaufwand für das Debugging."
Ursprünglich entwickelte JR Automation die leistungsfähige Plattform FlexChassis für die hygienische Fertigung im Bereich Life Sciences. Aufgrund der flexiblen Automatisierung mit dem eXtended Transport System (XTS) von Beckhoff kommt sie aber inzwischen auch in andere Branchen, wie der Lebensmittel-, Getränke-, Halbleiter-, Automobil- und Batterieindustrie zum Einsatz.
Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KGDurch die Bereitstellung von maßgeschneiderten Lösungen für zahlreiche Branchen hat sich der Maschinenbauer und Systemintegrator JR Automation erfolgreich zu einem Unternehmen mit mehr 2.000 Mitarbeitern entwickelt. "Wir verstehen uns als Vordenker der Automatisierung. Das heißt, wir helfen unseren Kunden, ihre Ziele zu erkennen und liefern ihnen dann die besten technischen Lösungen, damit sie diese erreichen können", sagt Shawn Smith, Vertriebsleiter bei JR Automation. "Eine Möglichkeit dafür ist unsere skalierbare, modulare Automatisierungsplattform Flexchassis, mit der wir die Markteinführungszeiten unserer Kunden verkürzen und gleichzeitig die Kosten senken."
Die Notwendigkeit, die Basis einer Maschine und die Handhabungstechnik neu zu entwickeln, lenkte bisher häufig die Aufmerksamkeit der Endanwender von der Optimierung der eigenen Prozesse und Produkte ab. Die Plattform Flexchassis dagegen ermöglicht es den Herstellern, mit einem Test- oder Pilotsystem klein anzufangen. Anschließend können sie das System mithilfe der integrierten Funktionen zur Überwachung der Gesamtanlageneffizienz und Qualitätskontrolle zügig für die Serienproduktion bereitstellen. So können sie auch später darauf vertrauen, dass sie ihre Kapazitäten unbesorgt erweitern und Prozesse anpassen oder umrüsten können.
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 10 (Sep Okt) 2024 - 30.09.24.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
