Automatisches Kommissionieren Standard Industrie-Roboter vs. Spezialgerät. Norbert Kleinendonk Verkaufsleiter OTC-Daihen Europe

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1 Automatisches Kommissionieren Standard Industrie-Roboter vs. Spezialgerät Norbert Kleinendonk Verkaufsleiter OTC-Daihen Europe

2 Was Sie erwartet! Wer ist OTC-Daihen?! Robotermarkt im Überblick! Handhabungsaufgaben in Distributionszentren! Kommissioniersysteme! Anforderungsprofile! Kommissionierautomaten (Vor- und Nachteile)! Kommissionier Roboter (Vor- und Nachteile)! Intelligente Roboter-Kommissioniersysteme! Kinematiken! Steuerung/Programmierung! Greifer! Sensorik! Packbild-Generatoren! Neue Einsatzstrategien/Ausblick! Wirtschaftlichtkeit 2

3 OTC Daihen auf einen Blick! OTC-Daihen:International arbeitender Konzern! Stammsitz: Osaka, Japan! Gegründet: 1919! Mitarbeiter weltweit: 2.600! Niederlassungen in über 80 Ländern! Umsatz FY04: 2,6 Mrd. USD!Produkte: - Roboter, - Schweißmaschinen, - LASER-Technik für die Blechbearbeitung - Systeme zur Energiedistribution 3

4 OTC Daihen auf einen Blick! Roboterprogramm: Knickarm von 3 bis 700 kg Traglast! Produktion: Roboter/Jahr! Haupt-Einsatzbereiche: Material-Handling, Punktschweißen, Bahnschweißen, Montage, Sonderanwendungen 4

5 Roboter weltweit im Einsatz Sonstige 10% 100% = ca Stück Japan 51% Nordamerika 12% Europa 26% Deutschland 12% Italien 5% Frankreich 3% England 2% Sonstige 5% Quelle: nach VDMA 5

6 Roboterzuwächse Roboter im Einsatz (in Tausend) % 50% 40% 30% 20% 10% Prozentualer Zuwachs 0 Weltweit Nordamerika Japan Europa 0% Quelle: nach VDMA 6

7 Was machen die Roboter? Punktschweißen Montage spanende Werkzeugmaschinen Kommissionieren/Palettieren Druck-/Spritzguß Bahnschweißen sonstige Werkstückhandhabung Bearbeiten Forschung und Ausbildung Beschichten Pressen und Schmieden Klebe- und Dichtmittelauftrag Sonstige Messen und Prüfen Anzahl Roboter in Deutschland (Jahr 2000) Quelle: nach VDMA 7

8 Handhabungsaufgaben Typische Handhabungs-Aufgaben in Distributionszentren! Palettieren, Depalettieren! Packen! Kommissionieren! Sonstige Handlingsaufgaben wie z.b.! Kartons verschließen! Zwischenlagen auflegen! Paletten stapeln, entstapeln Viele dieser Aufgaben werden heute noch manuell erledigt. Warum? 8

9 Handhabungsaufgaben Grundfunktionen von Robotern in Kommissioniersystemen a: mehrstufige Kommissioniersysteme! Vereinzelung: Roboter vereinzeln auf sortenreinen Paletten bereitgestellte Produkte und legen diese auf einem Förderer ab.! Zusammenführung: Roboter entnehmen vereinzelt bereitgestellte Produkte z.b. von einem Förderer und stapeln diese auf gemischten Kommissionierpaletten (Auftragspaletten) 9

10 Handhabungsaufgaben Grundfunktionen von Robotern in Kommissioniersystemen b: einstufige Kommissioniersysteme! Vereinzelung und Zusammenführung: Roboter entnehmen die Produkte von sortenreinen Paletten und legt sie auf gemischten Paletten ab. Sonderfall: Bildung von Mischpaletten im Anschluss an eine sortenreine Fertigung auf mehreren Produktionslinien. 10

11 Anforderungsprofile Typische Gebindearten umreifte Gebinde Säcke und Beutel Pappkartons geschlossen / offen Kunststoffbehälter Trays aus Pappe oder Kunststoff umschrumpfte Gebinde eingeschlagene Gebinde Blisterverpackungen Worst-Case Lose Einzelteile in der Kiste 11

12 Anforderungsprofile Palettieren/Kommissionieren Komplexität Heterogene Güter Hohe Toleranzanforderungen Ungeordnete Bereitstellung Greifobjekt bewegt Homogene Güter Niedrige Toleranzanforderungen Geordnete Bereitstellung Greifobjekt in Ruhe Anforderung Quelle: Fraunhofer IML 12

13 Anforderungsprofile Palettieren/Kommissionieren Form Steifigkeit Festigkeit Heterogenes Gutspektrum Starke Unterschiede der physikalischen Eigenschaften des Gutspektrums tragen zur Komplexität von Greifer und Handhabungsgerät bei. Homogenität Abmessungen Oberfläche Gewicht Quelle: Fraunhofer IML 13

14 Kommissionierautomaten Kennzeichen von Kommissionierautomaten! Auslegung für bestimmte Einsatzfälle: - Zigarettenstangen - Pharma-Produkte - Videos, CDs, DVD - Etc. Vorteile! Hohe Leistung: z.b. Automaten für CD: St./h! Niedrige Fehlerrate (z.b. 0,05% CD Kommissionierung)! Hohe Produktdichte (z.b. 39 Artikel/m² b. A-Rahmen s.o.) Bild: Knapp Bild: KHT 14

15 Kommissionierautomaten Schachtkommissionierer Prinzipbild 15

16 Kommissionierautomaten Kennzeichen von Kommissionierautomaten! Geringe Flexibilität (Bei Änderung von Packungsgrößen, Gebindearten, Mengengerüsten) Nachtteile! Beschränkte Einsatzbereiche Bild: Witron! Nachschub muss oftmals manuell oder mit einem Materialflusssystem gelöst werden! Für einen eventuellen Systemausfall sind komplexe Notfall-Strategien erforderlich! Sonderanlagenbau 16

17 Kommissionier-Roboter Kennzeichen von Kommissioniersystemen mit Robotern! Hohe Flexibilität (Bei Änderung von Packungsgrößen, Gebindearten, Mengengerüsten) Vorteile! Große Bandbreite an Abmessungen und Gewichten! Roboter sind Serienprodukte! Einfache Programmierung und Anpassung auf neue Aufgaben Bis zu 700kg Traglast!! Investitionssicherheit! Intelligente Systeme sind möglich 17

18 Kommissionier-Roboter Kennzeichen von Kommissioniersystemen mit Robotern! Niedrigere Leistungen im Vergleich zu Kommissionierautomaten (kompensierbar durch lagenweises Arbeiten) Nachteile! Heterogene Gutspektren erfordern komplexe Lösungen mit Sensorik und aufwändigen Greifern! Produkte müssen bei größeren Artikelspektren über ein Materialflusssystem zu- und abgeführt werden 18

19 Komponenten eines Robotersystems Komponenten eines intelligenten Robotersystems Rechnersystem Materialflusssystem Packbildgenerator (optional) Sensor (optional) Greifer Robotersteuerung Manipulator 19

20 Kinematiken (1) Greifraumerweiterung Skizze Prinzipbild Bedienfläche Linearachse Rotationsachse Kugel Standard Zylinder Standard Portal Standard Quelle: Fraunhofer IML 20

21 Kinematiken (2) Greifraumerweiterung Skizze Prinzipbild Bedienfläche Linearachse Rotationsachse Hexapod Standard Scara Knickarm Standard Standard Quelle: Fraunhofer IML 21

22 Intelligente Steuerung OTC AX-Steuerung Merkmale! Steuerung auf I-PC Basis! Parallel Computing,! 54 Achsen verteilt auf verschiedene Mechanismen und Manipulatoren sind ansteuerbar (offene Architektur)! Synchronisierte und koordinierte Bewegungen! Standardisierte Funktionen für das Material- Handling (Palettierung, Depalettierung)! Integrierte parallel arbeitende SPS! Einfache Programmierung (Online und Offline)! Einfache Integration (ASI-/Profi-Bus)! Vollständige und umfangreiche Online- Hilfefunktionen 22

23 Intelligente Steuerung Palettiersoftware der AX-Steuerung Merkmale! Einfaches Palettieren! Komplexes Palettieren! Layout-Muster! Anzahl simultaner Palettieroperationen! Anzahl multipler Palettieroperationen! Weitere Funktionen 100 verschiedene Muster bis zu 50 Lagen übereinander 100 verschiedene Muster bis zu 50 Lagen übereinander 100 verschiedene Lagenmuster Bis zu 32 Palettieroperationen können gleichzeitig ausgeführt und überwacht werden 8 Einfaches und komplexes Palettieren können miteinander kombiniert werden bis zu 999 Werkstücke in einer Operation 23

24 Intelligente Steuerung Einfaches Palettieren mit der AX-Steuerung Merkmale Einfaches Palettieren wird dann angewendet, wenn die Gebinde alle gleich orientiert sind und die Lagen alle gleich aufgebaut sind. Auch werden einfache Versatzmuster unterstützt. 24

25 Intelligente Steuerung Komplexes Palettieren mit der AX-Steuerung Merkmale Durch die Angabe aller Dimensionen und der Position in jeder Lage des Palettiergutes kann die Funktion komplexes Palettieren eine Vielzahl von Palettieraufgaben lösen. Es können 100 unterschiedliche Palettiermuster definiert werden. 25

26 Greifer und Greifersysteme Grafik: Automation 26

27 Greifer und Greifersysteme Vakuum-Greifer Vorteile flexibel, universell, modular Nachteil: nicht in verschmutztem Umfeld einsetzbar Bilder: Unigripper 27

28 Greifer und Greifersysteme Klemmgreifer / Backengreifer Vorteile Schnell, Kraftpaarung, Formpaarung Nachteil: Geringe Flexibilität, da für ein Greifgut optimiert 28

29 Greifer und Greifersysteme Traction Gripper Vorteile Flexibel, Schnell, Kraftpaarung Kann eine Vielzahl von kritischen Gütern aufnehmen Sicheres Greifen, da zwei Wirkflächen 29

30 Sensor-Systeme Robot-Vision-Systeme im Überblick Merkmale 2-D 2½-D 3-D Mono 3-D 3-D Stereo-Sensor 3-D Stereo-System inline Quelle: ISRA Vision Systems 30

31 Sensor-Systeme Robot-Vision-Systeme: 2½-D Merkmale! "Griff in die Kiste" wird möglich! Höheninformation mit nur einer Kamera durch Integration der z-achse! Erfassung von Objekten in beliebiger Skalierung und Rotationslage! Einfache Handhabung auch von Nichtexperten Quelle: ISRA Vision Systems Intelligente Erkennungsstrategie, die mit nur einer Kamera und einer Kameraposition auch die Höhe der Werkstücke bestimmen kann. Das ergibt ein wirtschaftliches Komplettsystem u.a. für 3D Palettier- und Depalettieraufgaben, das als 2½D Robot Vision bezeichnet wird. 31

32 Packmustergeneratoren Merkmale! Unter Zuhilfenahme von Packmustergeneratoren (z.b. Puzzle *), Unit) wird die Packabfolge einer vorgegebenen Gutmenge bestimmt.! Durch diese Algorithmen werden größt mögliche Packdichten auf unterschiedlichen Ladungsträgern erzeugt.! Für Kommissionierroboter wird demnach die Pickreihenfolge festgelegt, für Palettierroboter die Position und Orientierung der Packstücke. *) Puzzle ist eingetragenes Warenzeichen vom Fraunhofer IML in Dortmund 32

33 Neue Einsatzstrategien! Heute: Roboter meist in Palettier-/Depalettieranwendungen! Bald vermehrt in Kommissioniersystemen als Ersatz für manuelle Kommissioniersysteme wie Mann zur Ware oder Ware zum Mann: - Roboter zur Ware - Ware zum Roboter 33

34 Neue Einsatzstrategien Roboter zur Ware! Roboter wird mit einem Regalbediengerät zum Ort der Bereitstellung verfahren. Dort entnimmt der Roboter die gewünschte Anzahl Verpackungseinheiten aus dem Behälter oder von der Palette.! Z.B. kann ein Regalbediengerät mit einem 6-Achsen- Robotermodul und einem 2½-D Sensor zu einem einzigen Mechanismus kombiniert werden, der dann die Kommissionieraufgabe erfüllt. 34

35 Neue Einsatzstrategien Ware zum Roboter! Bereitstelleinheiten werden z.b. über Palettenfördersysteme zu einem oder mehreren ortsfesten Kommissionierrobotern transportiert. Der Roboter entnimmt die erforderliche Menge; anschließend wird die Palette wieder zurück ins Lager transportiert.! Sinnvoll, wenn die durchschnittliche Entnahmemenge einen großen Anteil von Entnahmeeinheiten auf der Bereitstelleinheit umfasst, da Wegzeiten entfallen und eine hohe Kommissionierleistung erzielt wird.! Nachteil: aufwändiges Materialfluss-System erforderlich 35

36 Wirtschaftlichkeit Kosten für ein Robotersystem bis bis Packbildgenerator PUZZLE Robot Vision 2½-D Greifer Roboter! Ein System kostet zwischen zzgl. Sicherheitseinrichtung, Montage, Schulung, Inbetriebnahme 36

37 Einladung Testen Sie in unserem Test- und Versuchzentrum Ihren Anwendungsfall. Wir nehmen Ihre Herausforderung an! OTC-Daihen The Integration Company Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 37