Automatiserad kaminproduktion 4.0: digital tvilling för svetsrobotar

Automatiserad svetsning av kaminer och fortsatt produktutveckling – detta är målet för företaget HASE Kaminofenbau GmbH från Trier. Den innovativa kamintillverkaren från sydvästra Tyskland lanserar en till två nya modeller varje år. Tack vare ett optimalt samspel mellan en digital tvilling och svetsrobotar från KUKA står HASE idag väl rustade för att hantera den ökande efterfrågan.

Automation ger gemytlig trivsel f?r allt fler: Efterfr?gan p? moderna kaminer ?kar

Mysig v?rme, sprakande ved, gl?dande eld: En kamin representerar gemytlighet f?r fler och fler m?nniskor och ?r en sj?lvklar del i m?ngas vardagsrum. D?rf?r ?kar ocks? efterfr?gan stadigt hos kamintillverkaren HASE fr?n Trier. Det familje?gda f?retaget grundades 1979 och tillverkar idag upp till 15?000 kaminer per ?r – och det snabbare och effektivare ?n tidigare tack vare automation. Och v?rt att notera: HASE tillverkar alla kaminer till 100 procent i sin anl?ggning i Rheinland-Pfalz med cirka 200 medarbetare. F?rutom "Made in Germany" f?rlitar sig kaminspecialisten p? innovativa tekniska l?sningar; b?de genom att lansera nya kaminmodeller varje ?r, den egna smarta programvaran iQ f?r ren f?rbr?nning samt genom att automatisera produktionen med hj?lp av robotar – och d?rmed effektivisera f?retagets processer. Gr?nssnittet mellan fysiska maskiner och digitala applikationer spelar en avg?rande roll i detta.?

På grund av en allt större brist på kvalificerade yrkessvetsare var det enda sättet att möta den kraftiga efterfrågeökningen på marknaden att automatisera vår produktion.

Florian Fischer, chef för produktionsutveckling på HASE

Tillgodose h?g efterfr?gan genom automatiserad produktion

Den ?kande efterfr?gan p? moderna och rena kaminer innebar en rad utmaningar f?r det regionalt producerande f?retaget. "En kamin har dussintals svetsar – att svetsa dem alla manuellt tar mycket l?ng tid", f?rklarar Florian Fischer, chef f?r produktionsutvecklingen hos HASE. "Eftersom bristen p? kvalificerade yrkessvetsare blev ett st?rre och st?rre problem, och v?ra produktionsanl?ggningar blivit ?ldre, var det enda s?ttet att m?ta den kraftiga efterfr?ge?kningen att automatisera v?r produktion." Tack vare att robotarna nu tar ?ver det kr?vande svetsandet av kaminerna, ?ven p? grund av v?rmeutvecklingen, kan medarbetarna koncentrera sig p? sitt hantverk. Till exempel svetsning av br?nnkammard?rrar d?r arbetsomr?det ?nd? ?r f?r tr?ngt f?r en svetsrobot.?

Digital tvilling som en central del i svetsanl?ggningen

M?let med produktionsl?sningen var tydligt: Anv?nda svetsrobotar i syfte att ?ka produktiviteten, s?kerst?lla kvaliteten och samtidigt avlasta medarbetarna. Men HASE vore inte den innovativa kamintillverkare som HASE ?r k?nt f?r om f?retaget inte t?nkte framtidsorienterat. "M?let var att bygga en toppmodern, flexibel robotanl?ggning, ?ven f?r produktion av framtida ?nnu inte utvecklade modeller. Den nya anl?ggningen fick dock inte begr?nsa v?ra konstrukt?rers kreativitet eller orsaka nertider i produktionen", ber?ttar Florian Fischer. "D?rf?r spelar ?ven den digitala tvillingen en avg?rande roll."

Hos HASE Kaminofenbau i Trier möts traditionellt hantverk och innovativ automation.

Eftersom HASE har f?rlitat sig p? KUKA:s robotar i 20 ?r f?ll valet p? den ledande leverant?ren av intelligent robotteknik ?ven f?r detta projekt. Det som lockade till samarbetet var inte bara m?jligheten att anv?nda KUKA-h?rdvara i form av tv? KUKA-robotar av typen KR CYBERTECH nano ARC HW, en KUKA-linj?renhet av typen KL250-3?samt en l?gesst?llare. Det var fr?mst programvaran KUKA.Sim?och dess samspel med den digitala tvillingen som blev en game changer f?r HASE. Simuleringsprogramvaran ger en verklighetstrogen bild av robotapplikationen och det innan den fysiska anl?ggningen tagits i drift. R?relsesekvenserna som programmerats f?r roboten offline avbildas i realtid och cykeltiderna kan analyseras och optimeras. Och med KUKA.Sim ArcWelding AddOn kan ?ven de automatiska svetsapplikationerna simuleras. Det g?r till exempel att definiera framk?rningspositioner eller den optimala inriktningen som robotarna ska ha under svetsprocessen.

Snabbare programmering av kaminmodeller offline

"Alla svets- och r?relsesekvenser som v?ra b?da robotar ska utf?ra p? linj?renheten simulerar vi i f?rv?g med hj?lp av KUKA.Sim, helt oberoende av den fysiska anl?ggningen", ber?ttar HASE-programmeraren Martin Altmeier. "Tack vare det kan vi programmera ett kaminprogram offline p? bara tv? timmar med hj?lp av den digitala tvillingen. Om vi gjorde det online skulle vi beh?va ta anl?ggningen ur drift i tv? veckor. Detta visar: Utan offlineprogrammering med simuleringsprogramvaran skulle v?r produktion och utveckling av nya modeller inte g? s? snabbt och enkelt."

De båda svetsrobotarna KR CYBERTECH nano ARC svetsar komponenternas fogar på linjärskenan.

?ven konstrukt?rernas design av nya kaminmodeller kan j?mf?ras med den fysiska verkligheten under prototypfasen med KUKA.Sim och det p? ett mycket tidigt stadium. Med hj?lp av den digitala tvillingen kan HASE simulera sina svetsprocesser ett till ett och konstrukt?rerna f?r en identisk avbildning av den senare produktionsprocessen. HASE kan allts? testa svetsprocesser f?r nya kaminer med den digitala tvillingen och sedan skapa svetsprogram till robotcellen baserat p? denna simulering.

Automation m?ter flexibilitet

N?r programmet f?r en kaminmodell ?r f?rdigt kan robotarna direkt b?rja producera. Maskinoperat?ren placerar kaminen i anl?ggningen med hj?lp av en lyftanordning och startar programmet. L?gesst?llaren lyfter den h?ftsvetsade kaminen, som v?ger mellan 20 och 100 kg, beroende p? modell, till ?nskad position. P? linj?rskenan svetsar de b?da svetsrobotarna KR CYBERTECH nano ARC?– som ?r anslutna till tv? TPS 500i Fronius-str?mk?llor – automatiskt komponenternas fogar i f?reskriven ordningsf?ljd. "I den f?reg?ende simuleringen ser vi vilken robot som b?r utf?ra vilken svetsfog och vid vilken tidpunkt", f?rklarar programmeraren Martin Altmeier, "s? att vi inte f?r n?gra deformationer, s? att fogarna blir t?ta och optimal cykeltid kan uppn?s."

Tack vare den digitala tvillingen får konstruktörerna en identisk avbildning av produktionsprocessen redan under prototypfasen.

Risken f?r fel reduceras till ett minimum?

Ytterligare en f?rdel: Genom att anv?nda olika anv?ndarniv?er med tydliga rollprofiler, t.ex. en niv? f?r operat?rer, har HASE minskat risken f?r fel orsakade av man?vreringsfel n?stan till noll. Dessutom sparas alla aktuella program i KUKA-programvaran. S? ?ven om ett fel uppst?r kan alla data ?terst?llas omedelbart. "Vi ville koppla ihop den virtuella v?rlden p? ett optimalt s?tt med den fysiska verkligheten", ber?ttar Bernd von der Bank, som arbetar p? KUKA:s l?ngvariga systempartner Paul von der Bank GmbH, n?r han beskriver sin avsikt med projektet. "Oavsett om jag g?r en anpassning i anl?ggningen eller i simuleringen s? uppdateras b?da systemen parallellt. Det faktum att simuleringen ?verensst?mmer s? v?l med den fysiska anl?ggningen ?r unikt p? automationsmarknaden."?

Kaminproffsen hos HASE, automationsexperterna hos KUKA och systempartnern Paul von der Bank GmbH arbetar här sida vid sida.

KUKA:s applikationer ger 100?% ?verensst?mmelse mellan den virtuella och verkliga styrningen

Med ett tydligt m?l i sikte, att KUKA.Sim?och?svetsrobotarna skulle samverka optimalt, utvecklade HASE, integrat?ren Paul von der Bank GmbH och KUKA Customer Service tillsammans programvaran tills den skr?ddarsydda l?sningen var klar. Det var framf?r allt HASE:s expertis som var avg?rande f?r det lyckade slutresultatet. "Utmaningen med elsvetsning ?r att den virtuella v?rlden inte har n?gra toleranser", f?rklarar Bernd von der Bank. "Men det har fogningsteknik i den fysiska verkligheten."?

Den skräddarsydda automationslösningen gör det möjligt för HASE att tillverka vitt skilda kaminmodeller.

Modul?r programvaruarkitektur uppfyllde kundens ?nskem?l

F?r att simuleringen av svetsfogarna och svetsparametrarna skulle ?verensst?mma ett till ett med robotstyrningens arbete och "inl?rningen i efterhand" skulle bli s? begr?nsad som m?jligt, anpassades KUKA.Sim?till HASE:s krav gemensamt av projektets tre deltagare. Den moduluppbyggda programvaruarkitekturen var en f?ruts?ttning f?r detta! En viktig f?rdel: N?stan 100?% konsistenta driftdata s? att den virtuella och fysiska styrningen arbetar med exakt samma data. P? detta s?tt l?gger KUKA.Sim grunden f?r en virtuell idrifttagning.

Tack vare den moduluppbyggda produktarkitekturen kunde programvaran anpassas exakt till HASE:s kravspec.

?kad produktivitet med avancerad robotanl?ggning

Tack vare den optimala interaktionen mellan den digitala tvillingen och robotarna kunde HASE minska svetstiden per kamin fr?n 45?minuter till 15?minuter. Tack vare den goda erfarenheten med den f?rsta anl?ggningen har HASE byggt ytterligare en anl?ggning, som ?r identisk med den f?rsta. Som ett resultat har arbetstiden som kr?vs f?r programmering och styrning kunnat reduceras. De tv? nya systemen ers?tter fem av f?retagets tidigare system. Detta har inneburit en avsev?rd utrymmesvinst i produktionsmilj?n!

Hög precision och effektivitet: Tack vare den optimala interaktionen mellan den digitala tvillingen och robotarna kunde svetstiden per kamin reduceras från 45 till 15 minuter.

Offline kan vi programmera ett kaminprogram på bara två timmar med den digitala tvillingen. Om vi gjorde det online skulle vi behöva ta anläggningen ur drift i två veckor.

Martin Altmeier, programmerare hos HASE Kaminofenbau GmbH

Kamintillverkaren kan nu producera upp till 25?000 kaminer per ?r, j?mf?rt med maximalt 15?000 tidigare. "Dessa tv? avancerade robotanl?ggningar ?r den st?rsta svetstekniska innovation vi varit delaktiga i", sammanfattar Florian Fischer. "Det sv?raste med automation ?r att ta fram en l?sning som t?cker en s? bred produktportf?lj som m?jligt. Tillsammans med KUKA och Paul von der Bank GmbH fann vi en l?sning p? denna utmaning." Hemligheten bakom projektets framg?ng ligger ?ven i det gemensamma arbetet: KUKA erbj?d HASE ett allroundpaket och utvecklade en skr?ddarsydd l?sning tillsammans med kunden och systempartnern p? plats.?

Automation som m?jlighet?

Med tanke p? den ?kande bristen p? kvalificerad arbetskraft ser ?ven HASE:s anst?llda automationsl?sningen som ett s?tt att s?kra sina arbetsplatser liksom arbetsgivarens fortlevnad – inte som ett hot mot sina jobb. HASE vill forts?tta p? den inslagna v?gen med ett jordn?ra hantverk kombinerat med innovativ automation. F?retaget arbetar redan tillsammans med KUKA p? koncept f?r automatiserad kantning och lackering samt svetsning av komponenter. M?let ?r att kunna utveckla m?nga fler moderna, rena kaminer – f?r ?nnu mer sprakande trivsel i m?nniskors vardagsrum.