Automatizace ve výrobě krbů 4.0: Digitální dvojče pro svařovací roboty

Automatizované svařování surových kamen a zároveň pokrytí širokého produktového portfolia – to je cílem společnosti HASE Kaminofenbau GmbH z Trieru. Tento inovativní výrobce krbů z jihozápadního Německa přináší na trh každý rok jeden až dva nové modely. Díky optimální souhře digitálního dvojčete a svařovacích robotů od společnosti KUKA může nyní HASE snadno uspokojit rostoucí poptávku.

Automatizace zajišťuje pohodlí: Moderní krby jsou v trendu

Útulné teplo, praskající dřevo, žhnoucí oheň: Pro stále více lidí ztělesňuje krb ryzí útulnost a je nezbytností v obývacím pokoji. Proto poptávka u výrobce krbů HASE z Trieru neustále roste. Rodinný podnik založený v roce 1979 nyní vyrábí až 15 000 krbů ročně – a díky automatizaci mnohem rychleji a efektivněji než dříve. Zvláštností při tom je, že HASE vyrábí všechny své krby výhradně ve svém závodě v Porýní-Falc, kde pracuje přibližně 200 zaměstnanců. Kromě „Made in Germany“ sází specialista na krby na inovativní technická řešení – ať už jde o každý rok nové modely krbů, inteligentní software iQ pro čistý oheň nebo automatizaci výroby pomocí robotů a tím efektivnější procesy. Zásadní roli hraje rozhraní mezi fyzickými stroji a digitálními aplikacemi.

Vzhledem k tomu, že nám stále více chybí specialisté na svařování, mohli jsme těžit z rychle se rozvíjejícího trhu pouze automatizací naší výroby.

Florian Fischer, vedoucí vývoje výroby ve společnosti HASE

Uspokojení vysoké poptávky prostřednictvím automatizované výroby

Rostoucí poptávka po moderních a čistých krbech postavila regionálně vyrábějící společnost před několik výzev. „Krb má nespočet svarů – ruční svařování všech trvá velmi dlouho,“ říká Florian Fischer, vedoucí vývoje výroby ve společnosti HASE. „Vzhledem k tomu, že nám stále více chybí specialisté na svařování a naše výrobní zařízení stárnou, mohli jsme z rozmachu trhu těžit pouze automatizací naší výroby.“ Tím, že náročnou svařovací práci na surovém krbu převezmou roboty i kvůli vývoji teplot, mohou se kolegové plně soustředit na své řemeslo. Patří sem například svařování dvířek spalovací komory, kde je již pracovní plocha pro svařovací robot příliš úzká.

Digitální dvojče jako srdce svařovacího systému

Cíl manufaktury byl tedy jasný: Pomocí svařovacích robotů zvýšit produktivitu, zajistit kvalitu a zároveň snížit pracovní zátěž zaměstnanců. Ale HASE by nebyl HASE, kdyby inovativní výrobce krbů nepřemýšlel se zaměřením na budoucnost. „Chtěli jsme vytvořit nejmodernější, flexibilní robotický systém, který by dokázal zpracovat i zatím neexistující modely, aniž by naši konstruktéři museli omezovat svou práci nebo způsobovat zastavení výroby,“ vysvětluje Fischer. „Proto hraje klíčovou roli také digitální dvojče.“

Ve společnosti HASE Kaminofenbau v Trieru se tradiční řemeslo snoubí s inovativní automatizací.

Společnost HASE již 20 let spoléhá na výkon robotů KUKA, proto byl pro svůj nejnovější projekt vybrán přední poskytovatel technologie inteligentních robotů. Na spolupráci byla obzvláště atraktivní nejen možnost použití hardwaru KUKA v podobě dvou robotů KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, lineární jednotky KUKA KL250-3 a polohovače. Právě interakce se softwarem KUKA.Sim a digitálním dvojčetem byla pro HASE zásadní změnou. Simulační software oživuje robotické aplikace ve virtuálním prostředí – a to ještě před uvedením zařízení do provozu. Pohybové sekvence robota naprogramované off-line jsou zobrazovány v reálném čase a jejich doby cyklů jsou analyzovány a optimalizovány. Kromě toho KUKA.Sim ArcWelding AddOn simuluje aplikace automatického svařování. Je například možné definovat polohy nájezdu nebo optimální vyrovnání robotů pro svařovací proces.

Rychlejší programování modelů krbů off-line

„Všechny svařovací sekvence a procesy pohybu našich dvou robotů na lineární jednotce předem simulujeme pomocí softwaru KUKA.Sim, zcela izolovaně od vlastního systému,“ říká programátor HASE Martin Altmeier. „Off-line můžeme pomocí digitálního dvojčete naprogramovat program krbu za dvě hodiny. On-line bychom museli systém na dva týdny vyřadit z provozu. To ukazuje následující: Bez programování off-line prostřednictvím simulačního softwaru by naše výroba a vývoj nových modelů nebyly možné tak rychle a snadno.“

Dva svařovací roboty KR CYBERTECH nano ARC svařují švy součástí na lineární kolejnici.

Nápady konstruktérů ohledně nových modelů krbů lze také velmi brzy ve fázi prototypu porovnat s realitou prostřednictvím KUKA.Sim. S pomocí digitálního dvojčete může Hase simulovat svařovací procesy jedna ku jedné a konstruktéři získají identický obraz následného výrobního procesu. Společnost HASE tak může použít digitální dvojče k testování svařovacích procesů pro nové krby a nakonec na tomto základě vytvořit odpovídající svařovací program pro robotickou buňku.

Automatizace se setkává s flexibilitou

Jakmile je program pro model krbu dokončen, mohou se roboty ihned pustit do práce. Obsluha stroje umístí krb do systému pomocí zvedacího zařízení, spustí program a polohovač zvedne předem svázanou surový krb, který váží 20 až 100 kilogramů v závislosti na modelu, do požadované polohy. Na lineární kolejnici dva svařovací roboty KR CYBERTECH nano ARC – připojené ke dvěma napájecím zdrojům TPS 500i Fronius – poté automaticky svařují švy součástí v určeném pořadí. „Dříve jsme používali simulaci, abychom přesně určili, kdy by každý robot nejlépe provedl každý svar,“ vysvětluje programátor Altmeier, „abychom neměli žádné zpoždění, švy byly těsné a my dosáhli optimální doby cyklu.“

Díky digitálnímu dvojčeti dostávají konstruktéři identický obraz výrobního procesu již od fáze prototypu.

Riziko výpadku je sníženo na minimum

Další výhoda: Použitím různých uživatelských úrovní s jasnými profily rolí, jako je profil obsluhy, společnost HASE snížila riziko výpadku v důsledku provozních chyb téměř na nulu. Všechny aktuální programy jsou navíc zálohovány v softwaru KUKA – takže i když dojde k chybě, všechna data lze okamžitě obnovit. „Chtěli jsme optimálně propojit virtuální svět se světem skutečným,“ popisuje svůj záměr projektu Bernd von der Bank od dlouholetého systémového partnera KUKA Paul von der Bank GmbH. „Nezáleží na tom, jestli něco změním v systému nebo v simulaci, protože totéž se děje v obou systémech. Skutečnost, že svět on-line a skutečný svět spolu tak dobře ladí, je na trhu jedinečná.“

Odborníci na výrobu krbů ze společnosti HASE, odborníci na automatizaci ze společnosti KUKA a Paul von der Bank GmbH jako systémový partner pracovali ruku v ruce.

Aplikace KUKA nabízejí konzistentní virtuální a reálné ovládání

Dokud spolupráce softwaru KUKA.Sim a svařovacích robotů nebyla optimální, HASE, integrátor Paul von der Bank GmbH a zákaznický servis KUKA pracovaly na vývoji softwaru a naprogramovaly řešení šité na míru. Odbornost společnosti HASE byla zvláště nápomocná při úspěšném konečném výsledku. „Výzvou elektrického svařování je, že virtuální svět nemá žádné tolerance,“ vysvětluje von der Bank. „Reálná spojovací technologie ovšem ano - a to ve značné míře.“

Na míru šité automatizační řešení pro HASE umožňuje výrobu široké škály modelů krbů.

Modulární produktová architektura softwaru umožňuje splnění zákaznických přání

Aby bylo zajištěno, že simulace svarů a svařovací parametry optimálně odpovídá řídicímu systému robota a že úsilí po týčování bylo minimální, všechny zúčastněné strany spolupracovaly na úpravě KUKA.Sim podle potřeb společnosti HASE – modulární produktová architektura softwaru to umožňuje! Klíčová výhoda je následující: Data jsou stoprocentně konzistentní, takže virtuální a reálné řízení pracují s naprosto stejnými daty. Tímto způsobem KUKA.Sim vytváří základ pro virtuální uvedení do provozu.

Díky modulární produktové architektuře je software přesně přizpůsoben požadavkům HASE.

Zvýšená produktivita díky špičkovému robotickému systému

Díky vynikající interakci mezi digitálním dvojčetem a roboty dokázala společnost HASE zkrátit dobu svařování na krb ze 45 minut na 15. Vzhledem k pozitivní zkušenosti se systémem nyní společnost HASE postavila druhý, který je zcela identický s prvním. To znamená, že pracovní úsilí pro programování a řízení je nízké. Oba nové systémy nahrazují starších pět systémů – to je enormní úspora prostoru pro výrobu!

Přesné a účinné: Díky vynikající interakci mezi digitálním dvojčetem a roboty se doba svařování na krb zkrátila ze 45 na 15 minut.

Off-line dokážeme pomocí digitálního dvojčete naprogramovat program krbu za dvě hodiny – on-line bychom museli systém na dva týdny vyřadit z provozu.

Martin Altmeier, programátor ve společnosti HASE Kaminofenbau GmbH

Výrobce krbů nyní mohl vyrábět až 25 000 krbů za rok, zatímco dříve to bylo maximálně 15 000 kusů. „Pro nás jsou dva špičkové robotické systémy největší svařovací inovací, jakou jsme kdy měli,“ shrnuje Fischer. „Nejtěžší na automatizaci je najít způsob, jak současně pokrýt široké produktové portfolio. Společně se společnostmi KUKA a Paul von der Bank GmbH jsme tuto výzvu úspěšně vyřešili.“ Tajemství úspěchu projektu spočívá ve spolupráci: Společnost KUKA nabídla společnosti HASE všestranný balíček a společně se zákazníkem a místním systémovým partnerem vyvinula řešení šité na míru.

Automatizace jako příležitost

Vzhledem k rostoucímu nedostatku kvalifikovaných pracovníků nevidí zaměstnanci HASE řešení automatizace jako hrozbu pro svá pracovní místa, ale spíše jako prostředek k zajištění živobytí svého zaměstnavatele. HASE si klade za cíl důsledně pokračovat ve své střední cestě řemeslného umění a inovativní automatizace a již spolupracuje se společností KUKA na konceptech pro automatizované lemování a lakování a také na svařování sestav. Pro další modernější a čisté krby – a ještě více praskající útulnost v obývacích pokojích.