Technik

Die hohe Kunst des effizienten Verpackens

Delta Roboter sind günstig in der Anschaffung, erlauben eine einfache und rasche Inbetriebnahme und sind relativ wartungsarm. Darüber hinaus ändern sich heutzutage Produkte und Verpackungsgrößen häufig. Mit Delta Robotern kann einfach und schnell auf derartige Produktwechsel reagiert werden - sie sind dabei wesentlich flexibler als starre Verpackungsmaschinen. Viele Steuerungsanbieter können auch anspruchsvolle Verpackungsaufgaben bewältigen. Allerdings offenbaren sich bei genauerer Betrachtung große Unterschiede bei Programmier-
aufwand sowie Inbetriebnahme und letztendlich auch bei Performance, Produktivität und Energieverbrauch der Verpackungslinie.

Die Nachteile einer klassischen SPS mit Motion Control Funktionalität
In den meisten Steuerungskonzepten dient eine bereits vorhandene SPS mit Motion Control als Steuerung für die Bewegung des Roboters. Das bedeutet, dass auf Basis einer Robotertransformation (Position, Beschleunigung) und einem zyklischen Interpolationsbaustein eine Robotersteuerung nachgebildet wird. Fahrbefehle werden mittels Funktions-
bausteinen sequentiell abgesetzt. Typische Roboterfunktionen wie beispielsweise Überschleifen, Joggen und Objektverfolgung muss der Applikationsentwickler mühsam und zeitintensiv auf Basis dieser Funktionsbausteine selber kombinieren. Insbesondere bei Objektverfolgungen, bei denen die Roboterbewegungen dynamisch neu festgelegt werden, ist das selbst für versierte Anwender eine überaus heikle Aufgabe.

Sind die genannten Basisfunktionen endlich implementiert, kann erst mit der eigentlichen Applikation - nämlich dem Definieren der besten Pick & Place Strategie - begonnen werden. Diese optimale Pick & Place Strategie ist ein extrem wichtiger Schritt, daraus ergibt sich der Mehrwert einer Verpackungslinie gegenüber dem Wettbewerb. Bei Motion Control basierten Robotersteuerungen werden also wertvolle Applikationsressourcen laufend für Roboter-Grundfunktionalitäten „verschwendet", ohne dass dem jeweiligen Hersteller der Verpackungsmaschine dabei wichtige Differenzierungsmerkmale und Wettbewerbsvorteile am Markt entstehen.

Die Nachteile eines Motion Control Konzepts setzen sich auch bei der Inbetriebnahme der Roboter-Verpackungslinie fort. So müssen Bezugssysteme, wie beispielsweise die Roboterbasis und die Förderbandebenen, mechanisch exakt horizontal aufeinander eingerichtet werden. Ähnlich kompliziert verhält es sich auch bei der Bildverarbeitung. Letztendlich sind in Summe sehr viele überaus zeitraubende Prozesse zu bewältigen, wodurch wichtige Produktionskapazitäten eines Maschinenbauers unnötig lange an ein einziges Kundenprojekt gebunden werden. Weitere zeitaufwendige Optimierungen sind auch noch nach der Inbetriebnahme erforderlich, um möglichst hohe Pick-Raten zu erzielen.

Auch beim niederländischen Unternehmen Blueprint Automation, das auch kurz als BPA bekannt ist, einem der weltweit führenden Hersteller von flexiblen Lösungen für Verpackungsautomation, erkannte man die Grenzen und eingeschränkten Möglichkeiten der Motion Control Steuerungen. Als ein Hauptproblem wurde die für Motion Control übliche, sequentielle Programmabarbeitung identifiziert, die eine vorausschauende Bahnplanung über mehrere Bahnsegmente hinweg nahezu unmöglich macht. Die Folge sind unweigerlich große Zeitverluste - vor allem bei Überschleif-
bewegungen von einem Bahnabschnitt zum nächsten.

Das und die eingangs erwähnten Nachteile haben den Verpackungsmaschinenspezialisten dazu veranlasst, sein Steuerungskonzept zu überdenken. Dabei sollte der Durchsatz der Verpackungsanlagen so hoch wie möglich gehalten und den Kunden stets das benutzerfreundlichste und schnellste Gesamtkonzept geboten werden. Auf der Suche nach einem neuen, verbesserten Steuerungsprinzip definierten die Spezialisten aus Holland folgende Anforderungen an die Steuerungstechnik ihrer Verpackungsroboter:

  • Benutzerfreundlichere Programmierung mit Hauptaugenmerk auf die einfache Implementierung der optimalen Pick & Place Strategie. Roboterfunktionalitäten sollen in der Steuerung bereits fertig mit bestmöglicher Performance zur Verfügung stehen.
  • Verbesserte Performance durch weitere Reduktion der Zykluszeit mittels schnellerer Roboterbewegungen an mechanischen und physikalischen Limits zur Steigerung der gesamten Linienproduktivität.
  • Reduktion von Engineeringzeiten und Risikominimierung bei der Planung dank Offline-Programmerstellung und Vorab-Simulation sowie signifikante Verkürzung der Dauer von Setup und Einrichten der Roboterlinie führen zur raschen Inbetriebnahme.
  • Gesteigerte Lösungskompetenz und Flexibilität durch offene Funktionen und Schnittstellen, um eigenes Know-how, einfache Erweiterungen und neue Lösungsansätze einfach und schnell integrieren zu können.

Intelligentes Steuerungskonzept
Nach Festlegen dieser Anforderungen begann BPA mit der Suche nach einem entsprechenden Steuerungssystem und stieß bei den Recherchen bald auf Ke-Motion Packaging von Keba, eine innovative Steuerungslösung speziell für Verpackungsroboter. Dabei präsentierte sich Ke-Motion Packaging als flexible und skalierbare Kombination aus intelligenter Robotersteuerung und klassischer Motion Control - vereint in nur einer Hardware. Diese einzigartige, leistungsfähige Kombination erlaubt eine überaus schnelle Inbetriebnahme der gesamten Anlage und ermöglicht bestmögliche Roboterperformance.

BPA ist von der einfachen, Keba-eigenen Roboterpro-
grammiersprache „Kairo" begeistert. Bewegungsabläufe lassen sich damit komfortabel und intuitiv erstellen. Zahlreiche vorgefertigte Wizards helfen dabei bei der Programmerstellung. Ein Offline-Simulationspaket von Ke-Motion ermöglicht den Verpackungsroboterspezialisten aus Holland bereits vor Vorhandensein der realen Roboterlinie die Vorab-Projektierung von Anlagen sowie die Simulation, wie sich die tatsächliche Anlage später verhalten wird. Die Simulation verhält sich dabei exakt wie die reale Steuerung. Kritische Teilbereiche können somit vorab identifiziert und im Engineering berücksichtigt werden. Mittels realistischer Taktzeitanalysen wird das Projektrisiko auf ein Minimum reduziert, so kann bereits im Vorfeld eine Aussage getroffen werden, ob der vom Kunden gewünschte Durchsatz realisierbar ist.

Bahnpunkte und Dynamikwerte, wie beispielsweise Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie die logische Abfolge der Bewegungen, können so bereits vor Verfügbarkeit der eingesetzten Hardware offline am PC simuliert werden und falls das Equipment bereits vorhanden ist, auch direkt am Roboter eingelernt werden. Eine Optimierung und das Testen von Pick & Place Strategien sind somit bereits vorab möglich. Alle Parameter können in weiterer Folge auch online „on the fly" abgeändert werden, das Resultat ist sofort an der Anlage ersichtlich. Dieses Offline/Online-Konzept bringt eine enorme Zeitersparnis während Inbetriebnahme- und Optimierungsphasen.

Darüber hinaus ermöglicht das Easy-to-use Konzept von „Kairo" dem Anwender auch bei anspruchsvollen Themen einen sehr einfachen Einstieg. Beispielsweise ermögichen anwenderfreundliche Wizards dem Betrieber das komfortable Einrichten der Kamera zur Objekterkennung und des entsprechenden Förderbandes direkt am Bedien-gerät. Dabei genügt das Einlernen von maximal acht Punkten um automatisch die Lage der Kamera und die des Förderbandes sowie dessen Inkrementalgeberauflösung zu ermitteln. So ist in nur wenigen Minuten die gesamte Roboterlinie komplett eingerichtet und bereit für den Start von Bewegungsablauf und Roboterprogramm. Schon bei der Pilotanlage im Jahr 2011, bei der Joghurtsticks in eine Sammelverpackung gelegt wurden, konnte BPA dank des Ke-Motion Packaging Systems eine deutliche Reduktion der Engineering-Aufwände feststellen. Die Inbetriebnahme einer Roboterlinie mit drei Delta Robotern konnte nun in wenigen Stunden abgeschlossen werden. Für BPA ist die koordinierte Steuerung mehrerer Roboter im gemeinsamen Arbeitsraum von großer Wichtigkeit. Darum hat sich der Automatisierer mit diesem Thema intensiv auseinandergesetzt und für Ke-Motion die vorausschauende Bahn- und Bewegungsplanung „Intelligent Motion" entwickelt.

Vermeiden harscher Start- und Stopp-Vorgänge
Ein Hauptziel von Intelligent Motion ist das effektive Vermeiden harscher Start- und Stopp-Vorgänge, die durch plötzliche Stillstände des Roboters hervorgerufen werden würden. So werden Vibrationen und gleichzeitig Energieverbrauch drastisch reduziert. Reißt beispielsweise der Produktstrom am Pick-Förderband kurzzeitig ab, so fährt nun der Roboter nicht in Warteposition, sondern nähert sich bereits dem nächsten geplanten Pick-Aufnahmepunkt - eben mit angepasster, verringerter Geschwindigkeit. Geschmeidige, fließende Bewegungen sind das Ergebnis, das in der Praxis auch mit freiem Auge klar erkennbar ist. Auch bei der Steuerung mehrerer Roboter im gemeinsamen Arbeitsraum funktioniert „Intelligent Motion". Die Bewegungen der Roboter werden vorausblickend harmonisch aufeinander und auch auf den Produktstrom am Förderband abgestimmt. Die erste Anlage weltweit, bei der „Intelligent Motion" serienmäßig zum Einsatz kommt, wird eine BPA Roboterlinie mit zwei Delta Roboter sein. Diese werden Tortillas aufstapeln und in Folge acht gestapelte Tortillas einer Foliermaschine zur weiteren Verarbeitung zuführen.

Für Sie entscheidend
Keba Industrieautomation
Der Keba Geschäftsbereich Industrieautomation, Linz in Österreich, konzentriert sich auf die automatisierte Steuerung von Robotern, Kunststoff-Spritzgießmaschinen und Prozessabläufen sowie auf Automationslösungen für den allgemeinen Maschinenbau. Darüber hinaus ist das österreichische Unternehmen Marktführer für mobile Bedienterminals in Industrieanwendungen. Es stehen vielfältige Serienprodukte für alle möglichen Applikationen zur Verfügung. Überdies werden kundenspezifische, individuelle Automationslösungen von Experten rasch ausgearbeitet und den jeweiligen Anforderungen entsprechend umgesetzt.
Das breite Produktportfolio des Unternehmens mit seinen optimal aufeinander abgestimmten Hard- und Softwarebausteinen ermöglicht es Keba, maßgeschneiderte Gesamtlösungen aus einer Hand anzubieten. Zahlreiche namhafte und international erfolgreiche Maschinenbaukonzerne, Roboterhersteller und Dienstleister setzen daher nach Angaben der Österreicher auf Produkte aus dem Hause Keba.

Interview mit Ron Fortmann, Blueprint Automation
Engineering- und Programmierstunden noch weiter senken
neue verpackung: Das erstes Projekt bei BPA, bei dem die Ke-Motion Steuerung eingesetzt wird,  ist das Verpacken von Joghurtsticks. Warum gab es da bei BPA einen Steuerungswechsel zu Keba?
Ron Fortman: Die Keba Steuerung bietet erweiterte Funktionalität und somit mehr Möglichkeiten. Sie ist außerdem leistungsstärker. Darüber hinaus verfügt das Ke-Motion System über eine höhere Zuverlässigkeit, es ist sehr robust. Das hat beim bisher in der Produktion eingesetzten System einfach gefehlt.

neue verpackung: Wie ist es BPA bei der Inbetriebnahme der Verpackungsanlage mit der Keba Steuerung ergangen?
Ron Fortman: Gerade für ein erstes Projekt war es eine überaus schnelle Inbetriebnahme, und das obwohl die gesamte Bedienoberfläche noch übersetzt werden musste. Das hat uns sehr beeindruckt. Die Programmierung der Steuerung wurde von Electro ABI, dem niederländischen Partner von Keba, erledigt. Wir hatten da selbst noch kein Know-how aufgebaut, haben aber gleich ein bisschen mitgeschaut und gelernt. In Zukunft werden wir die Ke-Motion Steuerung aber selber programmieren, allerdings benötigen wir dafür noch die praktischen Einschulungen von Seiten des Herstellers.
neue verpackung: Haben Sie eine Produktivitätssteigerung der Verpackungsanlage bemerkt?
Ron Fortman:  Da haben wir beim konkreten Projekt leider keinen Vergleich, aber wir sind mit dem Durchsatz sehr zufrieden.

neue verpackung: Wie sieht es mit Folgeprojekten aus?
Ron Fortman: Das nächste Projekt wird ein Tortilla-Stapler für große 12“ Tortillas. Diese werden gestapelt und dann einer Schlauchbeutel-Verpackungsanlage zugeführt, wo sie letztendlich verpackt werden. Darüber hinaus werden wir demnächst 2 Delta Verpackungsroboter in Serie mit einer Ke-Motion Steuerung betreiben, um den Durchsatz unserer Anlagen noch weiter zu erhöhen.
 
neue verpackung: Welche künftigen Herausforderungen sehen Sie in der Verpackungsautomation?
Ron Fortman: Wir bei BPA haben uns vorgenommen, die Engineering- und Programmierstunden noch weiter zu senken. Letztendlich wollen wir die Projekt-Durchlaufzeiten noch mehr verkürzen. Das Ziel ist, mit der gleichen Mannschaft noch mehr Projekte pro Jahr zu machen. Die Lieferzeiten sollen dadurch verkürzt werden, die sind zurzeit noch etwas zu lang. Darüber hinaus sehen wir generell einen Trend zu kleineren Verpackungen, was vermutlich an der steigenden Zahl der Single-Haushalte und Kleinfamilien liegen dürfte.
Außerdem werden sogenannte Retailverpackungen eine größere Rolle spielen. Der Vorteil von Retailverpackungen ist, dass das Supermarktpersonal keine einzelnen Artikel mehr in die Regale schichten muss, sondern die ganze Retailverpackung wird einfach ins Regal gestellt. Aus der aufgerissenen Retailverpackung entnehmen Kunden direkt die Waren. So ist das Befüllen der Regale wesentlich schneller und einfacher, es können viele Arbeitsstunden beim Supermarktpersonal eingespart werden. Die erfolgreichen Supermarktketten der Discounter sind hier typische Beispiele.

 

Über die Firma
KEBA AG
Linz
Newsletter

Das Neueste von
neue verpackung direkt in Ihren Posteingang!