Simulation und Offline-Programmierung von Motoman-Robotersystemen

Perfekte Planung ohne Simsalabim

Eine virtuelle Simulation von roboterbasierten Anlagen und Prozessen bringt nicht nur bei der Planung entscheidende Vorteile,
sondern auch bei Inbetriebnahme und Betrieb entsprechender Anlagen.

Insbesondere lassen sich kostspielige Fehler zuverlässig ausschließen und Ressourcen effizienter einsetzen.
Die Voraussetzung dafür bilden Software-Lösungen, die den konkreten technischen Gegebenheiten der Robotik ebenso
gerecht werden wie den spezifischen Anforderungen der Anlagen-Umgebung. Ein Beispiel ist die speziell zur Simulation und
Offline-Programmierung von Motoman-Robotersystemen entwickelte Software MotoSim EG VRC
(Enhanced Graphic – Virtual Robot Control) von YASKAWA.

Die Planung und Umsetzung von neuen roboterbasierten Fertigungsprozessen sieht auch heute noch bei manchem Unternehmen so aus: Zunächst wird das neue Verfahren zeitaufwändig erprobt, etwa in Form von Schweißversuchen. Dabei werden Roboter und andere Anlagenteile wie Positionierer, Brenner und Fahrbahnen immer wieder neu programmiert. Ist das gewünschte Ergebnis erreicht, wird die Anlage dann umgerüstet. Währenddessen steht sie nicht für die eigentliche Produktion zur Verfügung. Außerdem ist nicht ausgeschlossen, dass bei und nach
Inbetriebnahme doch noch unerwartete Fehler und Betriebsunterbrechungen auftreten.

Mit guten Gründen setzen sich deshalb Simulationsprogramme durch. Sie ermöglichen das virtuelle Entwerfen und Überprüfen von
Fertigungsprozessen in einer dynamischen 3D-Umgebung. Die gewünschten Standards bei Qualität, Ressourcen, Kosten und Terminen
sind damit zuverlässig gewährleistet. Auslastung und Zykluszeiten werden durch Simulation optimiert. Mögliche Probleme bei
der Produktkonstruktion lassen sich zudem frühzeitig erkennen und noch vor dem eigentlichen Produktionsbeginn beheben.

Interessant wird der Einsatz von Simulation und Offline-Programmierung damit vor allem in mittelständischen Fertigungsbetrieben
mit häufigen Produktwechseln, etwa in der Blechbearbeitung oder bei Lackieranwendungen. Das gilt sowohl für Anlagenbauer als
auch für Anwender: Anlagenbauer und Systemintegratoren können Zellen damit nicht nur planen, sondern auch komplett
vorprogrammieren. Entsprechend einfacher und schneller ist die Installation beim Kunden. Anwender können dagegen per
Simulation und Offline-Programmierung ihre Rüstzeiten deutlich reduzieren. Alle Prozesse lassen sich parallel zur Produktion
entwickeln. Weil dabei auch die Vorrichtung schon vorab auf Zugänglichkeit etc. überprüft wird, sind zudem später – wenn
überhaupt – nur noch geringe Korrekturen notwendig.

Offline-Programmiersystem MotoSim
Speziell für die Planung von Motoman-Robotersystemen hat YASKAWA das Softwarepaket MotoSim entwickelt, ein
Offline-Programmiersystem mit 3D-Simulation. Die Funktionalität des Controllers ist dabei von vornherein integriert.
Das Besondere daran: MotoSim verwendet das gleiche kinematische Modell wie die Robotersteuerung. Die Software zur
Roboterprogrammierung am PC bildet also 1:1 die Oberfläche des Programmierhandgerätes (PHG) ab. Auch die Programmiersprache
(Inform) ist dieselbe. Dadurch reduziert sich der Aufwand für den Bediener.
Stillstandzeiten werden minimiert und die Produktivität gesteigert.

Alle Motoman-Steuerungsgenerationen werden von MotoSim EG unterstützt, angefangen vom Typ ERC bis zu den aktuellen Steuerungen
FS100 und DX200. Über die einfache Programmierbarkeit hinaus erleichtert MotoSim die Planung durch eine umfangreiche
Bibliothek von Motoman-Produkten. Das heißt: Die Bibliothek umfasst nicht nur alle Robotermodelle verschiedener Generationen,
sondern auch Zubehör wie Positionierer, Fahrbahnen etc. 3D-Datenmodelle stellt YASKAWA zum Download auf der Homepage zur Verfügung.
Dieser Service ist in der Software-Lizenz bereits enthalten, ebenso wie Erweiterungen um neue Robotermodelle.

Mit MotoSim EG steht eine einfachere Version zur reinen Simulation zur Verfügung. Per Bahn-Kalkulation über CAD ist damit eine
schnelle Abschätzung möglich. Die Vollversion MotoSim EG VRC (Enhanced Graphic – Virtual Robot Control) ist hingegen voll
offline-programmierfähig und dabei auch für Multirobot-Lösungen mit mehreren Robotern ausgelegt.

Die Vollversion unterstützt die Robotergenerationen NX100, DX100, DX200 und FS100.


Umfangreiche Funktionen
Mit umfangreichen Funktionen gewährleistet MotoSim höchste Standards bei der Planung:

• Reichweiten- und Zugänglichkeitsuntersuchungen – MotoSim ermöglicht den schnellen Aufbau und die Analyse von Anlagenlayouts.
Die integrierte 3D Hoops Graphic Engine gewährleistet dabei eine hochwertige grafische Darstellung. Importfilter für ASIC,
IGES, STeP, ProE, Catia, Solidworks, Parasolid und Inventor erlauben den problemlosen Import kundenspezifischer CAD-Modelle.
Der interne Modelleditor ermöglicht zusätzlich die Erstellung von CAD-Modellen. Wichtige Maße können direkt herausgemessen werden.
Die Bedienoberfläche beinhaltet komfortable Hilfsmittel wie zum Beispiel Kollissionskontrolle und benutzerdefinierte 3DAnsichten.

• Taktzeitanalyse – MotoSim garantiert als natives Herstellertool eine hohe Genauigkeit der ermittelten Taktzeiten.
Durch entsprechendes Anpassen des Anlagenlayouts, der Roboterbahn und ggf. des eingesetzten Robotertyps können optimale
Taktzeiten erarbeitet werden.

• Offline-Programmierung – Bewegungsprogramme werden in MotoSim erstellt und können anschließend direkt auf die reale
Robotersteuerung übertragen werden. An CAD-Modellen werden direkt Bahnpunkte am Werkstück einfach per Mausklick aufgenommen.
Zum Beispiel bei Lackieranwendungen wird die Roboterbahn anhand der CADDaten des Bauteils automatisch als Polygon berechnet.

• Beispielzellen – MotoSim enthält eine große Anzahl von Beispielzellen. Diese dienen unter anderem zur Demonstration
komplexerer Systemkonfigurationen.

• Job Transfer Modul – Dieses ermöglicht das Transferieren von Jobs zwischen unterschiedlichen Manipulatortypen.
Dies wir zum Beispiel notwendig, wenn Roboterprogramme von einem alten auf einen neuen Manipulatortyp übertragen werden sollen oder
wenn die Produktion von einem Manipulatortyp zu einem anderen umgezogen wird.

• MotoSim Viewer Funktion – MotoSim Simulationen lassen sich als Webapplikation, AVI-Dateien oder vPDF exportieren. Das heißt, fertige
Simulationen können in einem Browser oder Pdf-Viewer abgespielt werden, ohne dass MotoSim selbst installiert sein muss.
Dies erlaubt die einfache Weitergabe fertiger Simulationen beispielweise an Kunden oder Partner.
In der nächsten Ausbaustufe wird MotoSim voll onlinefähig sein. Die Verheiratung zwischen Software und Robotersteuerung, aber auch
Backups und die Kommunikation mit der Anlagensteuerung können dann sicher und komfortabel per Ethernetverbindung erfolgen.
Als weitere Neuerung werden sich separate Steuerungen (SPSn) in die Simulation einbinden lassen. So können beispielsweise Taktzeiten bei
Pressen und anderen Zufallsprozessen mitsimuliert werden.

Praxisbeispiel: RIKA Blechkomponenten GmbH
Überzeugt von diesen Vorteilen, nutzt auch die RIKA Blechkomponenten GmbH mit Sitz im oberösterreichischen Micheldorf MotoSim EG VRC
erfolgreich zur Simulation und Offline-Programmierung von MotomanRobotersystemen. Der privatwirtschaftlich geführte Betrieb mit 115
Mitarbeitern fertigt komplexe Blechform- und Konstruktionsteile vorwiegend aus Aluminium, Nirosta und Stahlblech. Dabei setzt das
Unternehmen auf modernste Technologien und Betriebsmittel wie Laserschneidanlagen, CNC-gesteuerte Stanz- und Nibbelautomaten,
Biegeautomaten sowie CNC-gesteuerte Abkantpressen – und auf Roboter-Schweißanlagen von YASKAWA.

Beim Betrieb der Roboterzellen leisten Simulation und OfflineProgrammierung mit MotoSim wertvolle Dienste, wie
SchweißtechnikExperte Lukas Kaltenbrunner von RIKA erklärt: „Ohne Simulation würden wir das hohe Pensum in der Lohnfertigung kaum
bewerkstelligen können. Durch die Simulation erhöhen wir die Auslastung der Anlagen auf ein Maximum. Während ein Werkstück geschweißt
wird, wird das andere virtuell vorbereitet. Dann wird das Programm auf den Roboter übertragen und los geht es mit dem nächsten Werkstück.“

Fazit
Die Simulation und Offline-Programmierung von roboterbasierten Automatisierungsaufgaben bringt deutliche Vorteile bei Qualität,
Ressourcen, Kosten und Terminen. Auch Auslastung und Zykluszeiten lassen sich optimieren. Speziell für die Planung von MotomanRobotersystemen
hat YASKAWA das Softwarepaket MotoSim entwickelt. Es verwendet das gleiche kinematische Modell wie die Robotersteuerung und vereinfacht
dadurch die Bedienung. Im Rahmen des Lizenzmodells stehen kostenfrei 3D-Datenmodelle für alle Roboter, aber auch für Positionierer, Brenner,
Fahrbahnen etc. zum Download auf der Homepage zur Verfügung. Mit diesen Argumenten setzt deshalb zum Beispiel auch die österreichische
RIKA Blechkomponenten GmbH seit Jahren erfolgreich auf MotoSim EG VRC.

Autor:
Mario Blomeyer
Abteilungsleiter Simulation, Robotics Division, YASKAWA Europe GmbH