Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Realizace automatizačních systémů bez nákladných předělávek

Společnost Maschinenfabrik Berthold Hermle používá k uvádění svých automatizovaných obráběcích center do provozu, k usnadnění validace výrobního procesu a ke zlepšení reakce na požadavky zákazníků software Tecnomatix Process Simulate.

Základem je flexibilita

Společnost Maschinenfabrik Berthold Hermle AG se sídlem v Gosheimu je jedním z předních německých výrobců frézek a obráběcích center. Po celém světě pracuje více než 20 000 strojů od této společnosti, a to především v náročných oborech, jakými jsou např. výroba nářadí a forem, lékařské techniky a optických přístrojů, letecký a automobilový průmysl apod.

Společnost Maschinenfabrik Berthold Hermle  po dlouhou dobu vystupovala jako strojírenská firma využívající při vývoji strojů a strojních celků standardizovaný modulární přístup. Tato metoda umožnila firmě vyniknout v oblasti dodávek výrobních systémů odvozovaných ze základní řady jejích strojních produktů. Mezinárodní konkurence a nezbytnost nabízet výrobky lépe přizpůsobené potřebám jednotlivých zákazníků ale vedly k tomu, že společnost začala dodávat vedle standardních také variantní řešení strojů a strojních celků. Postupně se tak stala dodavatelem, který mohl svým zákazníkům nabídnout celé spektrum produktů zahrnující vedle samotných strojů i automatizační systémy a kontrolní zařízení.

V roce 1998 založila společnost Hermle v nedalekém Tuttlingenu dceřinou společnost Hermle-Leibinger Systemtechnik GmbH (HLS). Účelem bylo oddělit od zavedené velmi efektivní sériové výroby na vlastní výkonné výrobní lince novější a flexibilnější přístupy potřebné pro zakázkovou výrobu a vyčlenit je do nového závodu. Firma HLS se zaměřila na produkci specifických automatizačních komponent a systémů pro strojírenskou výrobu. Jejích 50 zaměstnanců vyvíjí a vyrábí rozličné robotické systémy různé velikosti až do hmotnostní třídy 1 000 kg (obr. 1). Tato jednoúčelová zařízení vyráběná na zakázku zahrnují pružné výrobní systémy, novátorské komponenty a přípravky k upínání obráběných dílů a manipulační systémy.

Podmínkou úspěchu je cílená optimalizace procesů

Firmy používající obráběcí centra značky Hermle jsou zvyklé na přesnost a kvalitu. Totéž, včetně včasných dodávek, očekávají od dodávaných automatizačních systémů. Za tím účelem firma HLS využívá pokročilé metody a nástroje nabízené v oblasti správy životního cyklu produktů (Product Lifecycle Management – PLM), konkrétně software Tecnomatix Process Simulate od společnosti Siemens. Softwarový nástroj Tecnomatix Process Simulate je ve firmě HLS používán k simulaci a optimalizaci toků materiálu a trajektorií robotického ramena ve virtuálním třírozměrném (3D) prostředí. Rainer Kohler, generální ředitel HLS, říká: „Realistická simulace se stává stále důležitějším nástrojem. Možnost ověřit si činnost systémů již ve fázi jejich projektování má významný vliv na naše výrobní náklady.“

Software Tecnomatix Process Simulate dále rozšiřuje možnosti v oblasti simulace, kterou společnost HLS používala již dříve. Při určování konfigurace systému byl k vyloučení možnosti kolizí mezi nástroji, obrobky a přípravky i nedostatků v oblasti funkční bezpečnosti používán PLM software NX od společnosti Siemens. Dále byl tento software využíván při základním ověřování dosahu robotu a pro tvorbu krátkých videozáznamů ve formátu AVI za účelem identifikace problémů s použitím animovaných obrazů.

Firma HLS však usilovala o vizualizaci a ověření celé trajektorie robotického nástroje. To je pro ni zvláště důležité s ohledem na potřebu včas identifikovat potenciální problémy (např. kolize mezi obráběnými díly a regály při zakládání a odebírání dílů) a spolehlivě určit oblasti nacházející se mimo dosah robotického ramena. Polohu bodů, do nichž má robot přístup, je třeba stanovit dostatečně přesně. Základní poziční měření – tj. přesné stanovení polohy každé zastávky robotického ramena – se tradičně dělá ručně. Manuální postup vyžaduje mnoho úsilí a času a také vysokou úroveň odborných znalostí. K odstranění zjištěných závad a zajištění kvalitativních standardů firmy HLS byly často nezbytné rozsáhlé předělávky. Zpoždění při uvádění výrobního stroje do provozu bylo v důsledku uvedených vlivů téměř pravidlem.

Význam virtuální simulace procesů

Firma HLS se rozhodla s těmito problémy vypořádat a dosáhnout stavu, v němž bude schopna dodávat výrobní systémy nejen v kvalitě, ale i v termínech, které její zákazníci očekávají. Proto rozšířila funkční schopnosti svého již používaného nástroje pro oblast CAD, softwaru NX, a propojila ho se softwarem Tecnomatix Process Simulate. Použila k tomu program Teamcenter. Výsledné 3D modely ve formátu JT umožňují konstruktérům ve firmě HLS pracovat se všemi geometrickými informacemi v realistickém virtuálním systémovém prostředí (obr. 2). Po naprogramování trajektorie robotu v prostředí softwaru Tecnomatix Process Simulate mohou konstruktéři následně využít tento software ke spuštění simulace za účelem kontroly všech pohybových sekvencí z hlediska kolizí a dosahu.

Podobně mohou konstruktéři pro animaci ostatních dynamických prvků, např. závěsů a uložení umožňujících otevírání a zavírání dvířek či otáčení upínacích desek, používat integrovaný editor. To jim poskytuje možnost vytvořit velmi realistickou vizuální simulaci.

Konstruktéři mohou vzít v úvahu také další kritické faktory, jako je zakládání a odebírání různých obrobků při respektování předepsaných tolerancí jejich rozměrů, nebo názorně zobrazit možné kolize. Propojením softwaru Tecnomatix Process Simulate s programem NX získala firma HLS možnost vytvářet detailní 3D zobrazení, dovolující konstruktérům intuitivně řešit problémové situace. Mnohem snazší je také vzájemná komunikace mezi všemi pracovníky, kteří se na vývoji produktu ve firmě HLS podílejí. Poznatky získané při použití těchto velmi výkonných zkušebních technik umožňují firmě HLS optimalizovat dodávané výrobní celky s frézkami a obráběcími centry ještě před tím, než jsou skutečně fyzicky uvedeny do chodu.

Software Tecnomatix Process Simulate navíc umožňuje technikům ve firmě HLS automatizovat dosud manuálně vykonávaná poziční měření, což výrazně zkracuje dobu potřebnou k následnému naprogramování robotu. Přesné souřadnice všech míst, do nichž musí mít robot přístup, určené v softwaru Tecnomatix Process Simulate, se dále přenesou do speciálně vyvinutého skenovacího programu, který lze použít k úplné automatizaci procesu kalibrace robotického systému. Pracná a zdlouhavá manuální kalibrace je tudíž minulostí. „Automatické základní měření, které jsme zavedli s použitím softwaru Process Simulate a ještě dalšího nástroje, který jsme vyvinuli sami, výrazně urychluje vývoj,“ říká Rainer Aicher, vedoucí útvaru konstrukce ve firmě HLS. „Kalibrace, která dříve trvala několik dní, je nyní hotova za dvě hodiny.“

Software Tecnomatix Process Simulate umožnil firmě HLS dosáhnout vytyčených cílů v oblasti konstruování robotických pracovišť a kontroly jejich kvality na základě realistického modelování jejich funkce již ve fázi projektu. Verifikované simulační programy dovolují firmě HLS identifikovat potenciální problémy budoucího robotického pracoviště již v prvotní fázi jeho vývoje. Chyby a časově náročné předělávky, které byly dříve trvalým problémem, jsou nyní téměř eliminovány. Validace postupu montáže a uvedení robotického výrobního systému do chodu jsou nyní rychlejší a méně namáhavé. „V konečném důsledku jsme nyní výkonnější a naše náklady jsou podstatně nižší,“ říká Köhler. „Mnohem důležitější však je, že v současné době výrazně lépe než dříve dodržujeme termíny dodávek našim zákazníkům.“

Úspěšná realizace ambiciózního plánu

Firma Hermle-Leibinger Systemtechnik díky úspěšnému zavedení softwaru Tecnomatix Process Simulate do procesu vývoje svých produktů s úspěchem dokončila první fázi ambiciózního plánu na uvádění automatických obráběcích center do provozu zcela virtuálně. Konečnou metou je realizovat veškeré zákaznické systémy s použitím virtuálního prostředí, v němž lze simulovat veškeré pohyby robotického ramena a následně je optimalizovat dříve, než zařízení vznikne ve fyzické podobě. Tento způsob umožňuje ještě rychleji rea­govat na konstrukční problémy i na požadavky v oblasti údržby a dále zlepšovat služby zákazníkům.

(Siemens Industry Software, s. r. o.)

Obr. 1. Firma Hermle-Leibinger Systemtechnik vyvíjí a vyrábí robotické systémy pro obráběcí stroje a centra až do hmotnostní třídy 1 000 kg

Obr. 2. Modely 3D vytvořené v softwarových nástrojích NX a Tecnomatix Process Simulate umožňují konstruktérům současně pracovat se všemi geometrickými informacemi v realistickém virtuálním systémovém prostředí