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Wechselnde Produktionsvolumina, unterschiedliche Formen und Größen der Teile und die Notwendigkeit einer schnellen Umrüstung erfordern immer flexiblere Produktionsanlagen. Statt auf zentrale Steuerungen zu setzen, realisieren viele Maschinenbauern daher modulare Anlagenkonzepte, deren einzelne Module dezentral gesteuert werden. So hat Smart Automation für einen Tier-1-Automobilzulieferer eine Produktionslinie für Ventildeckel entwickelt, die auf modularen Maschinen und dezentralisierter Steuerung basiert.
Modularität auf mehreren Ebenen
Die Entwicklung der modularen Produktionslinie war eine besondere Herausforderung, sowohl hinsichtlich der Flexibiltät als auch der Größe. Noch nie zuvor hatte Smart Automation eine Produktionslinie realisiert, die solche Dimensionen aufwies. Die Linie kombiniert Module für zahlreiche Aufgaben, darunter die UV-Laserbedruckung von Data-Matrix-Codes für die Rückverfolgbarkeit, die induktive Erwärmung, Montage und Messung von Aluminiumeinsätzen sowie die Roboter-basierte Entionisierung und Reinigung der Oberfläche für die Gummidichtung. Darüber hinaus mussten zahlreiche Messungen und Dichtheitsprüfungen durchgeführt werden.
Jede Arbeitsstation besteht aus drei Teilmodulen für Transport, Prozess und Konstruktion. Mit der modularen Struktur konnte Smart Automation eine Vereinheitlichung auf Konstruktions-, Montage- und Programmierungsebene erreichen, was Änderungen im späteren Maschinenlebenszyklus deutlich erleichtert.
Um diese hochflexible Linie umzusetzen, entschied sich der Systemintegrator für Turck als Automatisierungspartner. „Turck war bereits in der Konzeptphase des Projekts involviert“, erinnert sich Cezary Zakrzewski, Vertriebsleiter bei Smart Automation. „Das half uns, gemeinsam mit dem Kunden die optimale Lösung zu erörtern.“
Standardisierte Geräteintegration
Eine Anforderung an die Produktionslinie war der Einsatz unterschiedlicher Ethernet-Protokolle. Mit ihrer Ethernet-Multiprotokoll-Funktionalität waren Turcks I/O-Module der BL67– und TBEN-Serie daher die ideale Lösung. Sie vereinen Modbus TCP, Ethernet/IP und Profinet in einem Gerät und lassen sich automatisch in jedem der drei Netzwerke betreiben. Das reduziert die Vielfalt der benötigten Gerätevarianten und erlaubt die identische Planung von Maschinen- und Anlagenteilen trotz unterschiedlicher Ethernet-Protokolle, sodass sich eine künftige Rekonfiguration der Anlage ohne großen Aufwand umsetzen lässt.
Zudem unterstützen die eingesetzten Turck I/O-Module den dezentralen Steuerungsansatz mit ihrer On-Board-Logik ARGEE. Diese Field Logic Controller-Funktionalität kann kleine bis mittlere Steuerungsaufgaben übernehmen, ohne die zentrale Steuerung zu belasten. So ist bei Änderungen oder Austausch der I/O-Module keine Anpassung des Programms in der zentralen Steuerung notwendig. Damit unterstützen sie das modulare Maschinenbauprinzip erheblich.
Flexible Prozesskontrolle mit RFID
Zur vollständigen Überwachung des Herstellungsprozesses hat Smart Automation ein RFID-basiertes Tracking-System eingesetzt, in dem das TBEN-S-Modul und HF-Schreib-Lesegeräte von Turck eine zentrale Rolle spielen. Sämtliche Parameter und Messwerte werden für jedes einzelne Teil erfasst und in einer Datenbank auf einem Server und in der Cloud gespeichert. So können einzelne Schritte übersprungen oder bestimmte Elemente jederzeit nachbearbeitet werden.
Im Bereich der induktiven Sensoren kommt die uprox-Serie zum Einsatz, die sämtliche Metalle mit gleichem Schaltabstand erfassen, was eine Standardisierung bei der Sensorauswahl ermöglicht. Um den Status der einzelnen Modulen der Maschine durch verschiedene Farben anzuzeigen, entschied sich Smart Automation für die programmierbaren WLS27-LED-Linienleuchten von Turcks Optosensorik-Partner Banner Engineering. Für die intuitive Kommunikation mit dem Anwender wurden K50-Leuchttaster verwendet.
Eine weitere Herausforderung bei der Komplexität dieser Linie war die Anschlusstechnik. Aber auch dafür hat Smart Automation im Connectivity-Portfolio von Turck eine Lösung gefunden. So hat man bereits in der Planungsphase vorkonfektionierte Leitungen in verschiedenen Längen ausgewählt und bei Bedarf passive Hubs eingesetzt.
Zakrzewski ist zufrieden mit dem Ergebnis: „Es war uns sehr wichtig, dass manuelle Operationen einfach automatisiert werden können, falls der Kunde dies zu einem späteren Zeitpunkt fordert. Durch die Zusammenarbeit mit Turck konnten wir ein hohes Maß an Modularität über die gesamte Linie hinweg erreichen. Dadurch sind wir nun in der Lage, den Prozess bei Bedarf einfach umzugestalten.“
Fazit
Hinsichtlich der steigenden Produktionsanforderungen in der Automobilbranche bietet die Kombination aus modularem Maschinenbau und dezentraler Steuerung zahlreiche Vorteile. So konnte die Anzahl der Bediener reduziert, der Verkabelungsaufwand verringert und die Montagearbeiten beschleunigt werden. Zudem erhöht das modulare Konzept die Anlagenverfügbarkeit, da bei Ausfall eines Moduls nur dieses ausgetauscht werden muss. Letztlich bietet die modulare Bauweise einfache Erweiterungsmöglichkeiten der Anlage, um auch künftigen Anforderungen gerecht zu werden.
Hans Turck GmbH & Co. KG
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