Rhein-Nadel Automation (RNA) mit Hauptsitz in Aachen und Tochtergesellschaften in Deutschland, Spanien, Schweiz und England fertigt seit mehr als 50 Jahren Zuführsysteme. Diese dienen der lagerichtigen Bereitstellung von Schüttgut und sind zentrale Bestandteile in automatisierten Montageanlagen. Zuführsysteme werden meist handwerklich gefertigt und sind Unikate. Ein Problem dabei ist, dass die tatsächliche Sortierfunktion erst am realen Werkstück entwickelt und geprüft werden kann – liegen diese seriennahen Werkstücke erst spät vor, verursacht das Lieferverzögerungen und unzureichende Erprobung der Zuführtechnik. Auch Aussagen zur Förderleistung sind erst spät möglich. Für die Sondermaschinenbauer oder Produktionsunternehmen, die Zuführtechnik in ihre Montageanlagen integrieren, bringt dies Planungsunsicherheiten und Probleme im Betrieb mit sich. Für die Zuführtechnik ist das Risiko teils schwer kalkulierbar.
Innovation bei der Montage
Ein anderes Bild zeigt sich in der Montagetechnik. Hier ist die Innovationsgeschwindigkeit hoch. Ausbringleistungen, Wandlungsfähigkeit und Verfügbarkeit steigen. Digitale Zwillinge und virtuelle Inbetriebnahmen werden zum Standard und erlauben Änderungen am Produkt bis kurz vor SOP (start of production). Spätere Anpassungen der Produkte oder Erweiterungen um neue Produktvarianten sind durch Digitalisierung und modulare Anlagenkonzepten zunehmend üblich. Fernwartung trägt dazu bei, die Reaktionszeiten im AfterSales-Fall kurz und die OEE hoch zu halten. Bei RNA erfolgt die Entwicklung von Zuführsystemen mittels Simulation virtuell. Der handwerklich geprägte, erfahrungsbasierte Ansatz weicht einer ingenieurmäßigen Vorgehensweise unter Einsatz von eigenen KI-Anwendungen. Gemeinsam mit der Tochterfirma RNA Digital Solutions wird dazu seit 2020 eigene Software inhouse entwickelt und programmiert. Mittlerweile ist der digitale Entwicklungsprozess von Zuführtechnik zum unternehmensweiten Standard geworden, was auch für Partner und Kunden Vorteile verspricht.
Berechenbare Hardware
Basis für die virtuelle Inbetriebnahme von vibrationsbasierten Zuführsystemen ist eine digitalisierte, in ihrem Bewegungsverhalten berechenbare Hardware. Dies adressiert RNA mit einem eigenen Komponentenprogramm. Die RNA-Rundantriebe und Linearförderer sind digitalisiert und können über das Simulationsmodul Digital Motion berechnet werden. Federbestückungen, Federwinkel, Kontergewichte usw. können bereits vor dem Bau für ein optimales Laufverhalten konfiguriert werden. In der Werkstatt erfolgt dann lediglich ein Feintuning des Laufverhaltens. So steht mehr Zeit für die Optimierung der Gesamtanlage zur Verfügung. Zudem können Kosten sowie Durchlaufzeit deutlich reduziert werden. Erst mit diesen digitalisierten Komponenten und der genauen Kenntnis jedes Betriebszustands kann die virtuelle Entwicklung der Sortierschikanen erfolgen. Konventionell werden die Sortierschikanen manuell im trial-und-error-Prozess auf dem ShopFloor entwickelt. Ein Konstrukteur setzt mit seiner Erfahrung und nach bestem Wissen und Gewissen die Grundstruktur des Zuführsystems auf, aber die tatsächliche Funktionalität kommt erst während der Inbetriebnahme mit realen Werkstücken zustande. Im Vorfeld sind präzise Aussagen zu Ausbringleistung, Verfügbarkeit, der Funktionalität mit verschieden tolerierten Fördergütern oder echter Anlagenautonomie kaum möglich. Sondermaschinenbauer oder Endanwender reagieren auf diese Unsicherheiten üblicherweise mit zusätzlichen Puffern – etwa für Nacharbeit, Anlagenlayout und Kosten – zur Minimierung vorhandener Risiken.
90 Prozent der Fehler vorab beheben
Mit der RNA-Simulationssoftware Digital Feeder dagegen kann das Bauteilverhalten im konstruierten Zuführsystem visualisiert werden. Im iterativen Wechsel aus CAD-Konstruktion und Simulation wird laufend die Funktionalität der konstruierten Zuführanlage überprüft. Was bislang nur bei der realen Inbetriebnahme sichtbar wurde, kann nun bereits vor Fertigung digital am Rechner abgesichert werden. Bis zu 90 Prozent der Schwachstellen, die bislang durch Nacharbeit in der Werkstatt eliminiert wurden, können vorab beseitigt werden.
Echte Zuführprojekte als Datenbasis
Doch Simulation ist nur ein Teil in der Entwicklung von Zuführsystemen. Erfahrungswissen aus echten Projekten ist essenziell für eine gute Ausgangsbasis von CAD-Konstruktion und Simulation. Mit künstlicher Intelligenz digitalisiert RNA Expertenwissen und macht dieses über den firmeninternen SolutionFinder abrufbar. Die Funktionsweise ist einfach: Neu angefragte Werkstücke werden in eine Suchmaske gegeben und die Geometrie von der Software aus Zuführtechnik-Sicht analysiert. Als Ergebnis werden 50 Referenzprojekte mit hoher Ähnlichkeit zur neuen Aufgabenstellung inklusive technischer und kaufmännischer Informationen sowie der Inbetriebnahme-Dokumentation aufgelistet. Bewährte Konzepte und besondere Herausforderungen können im neuen Sortierkonzept berücksichtigt werden. Im System ist eine mittlere fünfstellige Zahl an echten Zuführprojekten hinterlegt. Die Wahrscheinlichkeit sehr guter Referenzprojekte ist daher hoch.
After Sales profitiert
Durch die Digitalisierung der Zuführtechnik steigt die die Planungssicherheit für Endanwender. Unsicherheiten hinsichtlich machbarer Zuführleistung, Anlagenlayout oder Werkstückänderungen werden reduziert. Der SolutionFinder schafft zudem die Absprungbasis für die Entwicklung und dank Simulation kann diese wesentlich früher und ohne reale Werkstücke erfolgen. Durch den digitalen Zwilling profitieren Endanwender zudem im After Sales. Über die Simulation kann parallel zur laufenden Produktion geprüft werden, wie sich geänderte Fertigungstoleranzen des Werkstückes auf die Anlagenverfügbarkeit auswirken, ob und wie die Zuführleistung gesteigert wird und wie die Zuführung um neue Fördergüter ergänzt werden kann. Durch die vollständige CAD-Konstruktion werden optimierte Sortiersegmente dann maschinell gefertigt und die Systemerweiterung kann ohne Produktionsunterbrechung im Rahmen einer Wartungsschicht erfolgen.
