Technics and Automation
Kennis en kunde voorwaarde voor succesvol gebruik RobCAD
De opbouw en ingebruikname van een grote productiefabriek voor serieproducten is een ingewikkeld proces waarbij vele partijen betrokken zijn. Machines, productiecellen en transportbanden moeten worden opgesteld, robots en PLC's geprogrammeerd. Zonder digitale simulatie van dergelijke productiefaciliteiten zouden productievolume en kwaliteit onvoldoende zijn en neemt de oplevering van de fabriek veel meer tijd dan nodig.
Koen Hoegaerts van het Belgische bedrijf Technics and Automation bvba is specialist voor het simuleren, analyseren en programmeren van productiecellen waarin robots de hoofdrol spelen. En dan met name de optimalisatie van robots die reeds in productie zijn. Hoegaerts heeft in zijn loopbaan vele productiefaciliteiten operationeel gemaakt en doet dat sinds twee jaar met zijn eigen bedrijf. Zijn specialisme is de automobielindustrie. Bij de opbouw en inrichting van een autofabriek zijn aantallen van 40 programmeurs enkel voor de programmering van robots en PLC's geen uitzondering. Die moeten in harmonie komen tot zo laag mogelijke cyclustijd en waarbij de kwaliteit van de fabriek dusdanig moet zijn dat er geen fouten of zelfs stilstand optreden.
"Het ontwikkelproces van een fabriek wordt uitgevoerd door een hoofdconstructeur van de machines. Deze hoofdaannemer moet uitgaan van de productdata die van de automobielfabrikant komt en bepaalt op basis daarvan de randvoorwaarden: hoe groot zijn de delen, welke takttijd moet worden aangehouden, welke verbindingstechniek wordt gebruikt en op hoeveel punten en of het een zogenoemd ‘geometrisch station' is of niet. Een geometrisch station heeft een speciale status in de fabriek. Hier wordt de exacte vorm bepaald van samen te voegen onderdelen door ze op een aantal punten te verbinden. De verschillende onderdelen moeten exact en vooral vast in de mal worden geplaatst zodat de afwijkingen binnen de strenge toleranties blijven. Wanneer de vorm is vastgelegd, wordt de lassamenstelling naar een ander station gebracht om te worden afgelast. In het engineeringproces wordt de productielijn uitgewerkt: welke bewerkingen moeten waar worden uitgevoerd en in welke stappen gebeurt dat. Hieruit worden de individuele cellen gedefinieerd met het benodigde aantal lasrobots.
Met deze kennis worden de machines in detail ontwikkeld. Nadat de machines zijn ontwikkeld worden de ontwerpen doorgegeven naar de analisten die de detailplaatsing en de precieze aansturing van de robots bepalen. "De ontwerpen van de machines krijgen wij om de analyses te doen om de optimale plaats van de robots in de productiecel te bepalen," licht Hoegaerts toe. "Bij die bepaling hoort ook dat het product fysiek in de mallen geplaatst kan worden en dat de grijpers en lastangen elkaar niet in de weg komen tijdens de robotbewegingen." Om de exacte analyses uit te voeren wordt de data uit het ontwerppakket overgenomen in RobCAD, uit het verleden beter bekend als RobCad. Tot in het kleinste detail wordt intelligentie in het simulatiemodel aangebracht, tot en met de klemmen die van draaipunten worden voorzien zodat ze open en dichtgaan bij het aannemen en afgeven van het product. "Deze modellen dienen ertoe de beweging tot in het kleinste onderdeel te kunnen simuleren. Het mag niet voorkomen dat een van de onderdelen bij het plaatsen verkeerd in een klem komt en beschadigt, En de lastangen moeten alle laspunten goed kunnen bereiken zonder met het product zelf in aanraking te komen. Tenslotte moet het gelaste product zonder beperkingen uit de mal kunnen worden genomen," licht Hoegaerts toe.
Kennis en kunde
De positie die Hoegaerts inneemt bij de ontwikkeling van een productiefaciliteit, omschrijft hij zelf graag als interface tussen de ontwerper van de machine en degene die de machine daadwerkelijk opbouwt. "Daarvoor is veel kennis nodig. Niet alleen kennis van de applicatie, maar vooral kennis van hoe een fabriek feitelijk tot stand komt," vertelt hij. "Om RobCAD succesvol te kunnen gebruiken, komt de applicatiekennis mogelijk zelfs op de laatste plaats. Zolang de gebruiker in staat is methodisch te werken zal deze snel in staat zijn de applicatie naar zijn hand te zetten."
In projecten als bij Volkswagen wordt de uiteindelijke programmering uitgevoerd door programmeurs aan de machine. Er wordt geen gebruik gemaakt van het besturingsprogramma dat met RobCAD kan worden gegenereerd. "Er is hier nog efficiëntieverbetering mogelijk," aldus Hoegaerts. "Hoewel de eerlijkheid gebiedt te zeggen dat de invloeden op de werkvloer niet altijd op afstand zijn in te schatten. Het betekent dat de documentatie die ik moet leveren aan de programmeurs op de vloer heel erg duidelijk moet zijn. Zij baseren hun werk compleet op mijn output. De documentatie moet eenduidig en vooral begrijpelijk zijn."
Opleiding
Het helder communiceren is iets dat Hoegaerts ook gedwongen is te doen tijdens het geven van opleidingen. Die vinden deels voor onderhoudspersoneel bij zijn opdrachtgevers plaats en deels in het kader van zijn gasthoogleraarschap aan de faculteit Elektromechanica van de universiteit van Limburg waar hij procestechniek, machinevision, en robotica onderwijst. "Ik zoek continu naar nieuwe methoden om kennis over te brengen. Zo'n onderwijsfunctie is dan wel heel confronterend want er kan niet worden teruggegrepen op praktijkkennis. Iets dat je bewustmaakt dat communicatie enkel werkt wanneer de boodschap wordt gesteld op een manier die de ontvanger begrijpt."
Uitdaging in weerwil
Het gebruik van RobCAD zorgt ervoor dat fabrieken sneller en met hogere kwaliteit in gebruik worden genomen. Daarvan heeft Hoegaerts in de jaren voldoende bewijzen gezien. "Wat de komende jaren de aandacht moet hebben is dat de data consistent wordt gehouden tussen het ontwerp van de machine, de analyses en de feitelijke fabriek zoals die in productie is. Maar er is tegenwoordig zoveel concurrentie tussen de fabrieken dat zeer scherp moet worden aangeboden. En dan worden gedocumenteerde wijzigingen uit de fabriek als sluitpost slechts met grote vertraging verwerkt in de engineering data. Dat er nog een update van de RobCAD volgt, is vrijwel uitgesloten," vertelt Hoegaerts. "Het heeft niet de aandacht, de prioriteiten liggen anders en dan blijft de dataset niet actueel. Het zijn allemaal kosten, en die worden graag bespaard. Het voordeel kan men eerst boeken bij wijzigingen en dat ligt voor meesten te ver in de toekomst. Er wordt te locaal gedacht waar het de informatiehuishouding van de organisatie aangaat."
Projecten
Ombouw VW-lijn
Een van de recente opdrachten was het ombouwen van een fabriek van het Volkswagen concern. De bestaande Golf-lijn moest worden omgebouwd om er de Audi A3 op te kunnen bouwen. Beide auto's worden op hetzelfde platform (vloerpan) gebouwd en er zijn veel gemeenschappelijke delen. In de studie die met RobCAD is uitgevoerd, is onderzocht welke delen van de fabriek eventueel na aanpassing en herprogrammering gebruikt konden worden voor de productie van de A3.
Optimalisatie bottleneckinstallatie
Een grote bottleneckinstallatie in de Volkswagenfabriek vormde toenemend een probleem met de doorlooptijd. In de geometrische installatie met 7 robots hadden de robots grijpers en grote lastangen. In de installatie worden de bodemplaat en een deel van het zijpaneel samengevoegd. Het probleem was dat de lastangen te groot waren en de grijpers in de weg zaten. Door een goede combinatie van RobCAD en 3D inzicht kon Hoegaerts nieuwe ruimtelijke bewerkingsbewegingen voor de robots ontwikkelen zodat die hun werk konden doen zonder elkaar dwars te zitten. Als gevolg konden 6 seconden van een 60 seconden takt worden afgehaald. Een 10% besparing die in de hele fabriek doorwerkte vanwege het flessenhals karakter van de installatie.
