Industrie 4.0 am Beispiel Stahlbau

Transkript

1 Industrie 4.0 am Beispiel Stahlbau Gerhard Oberweger, BSc Zeman Bauelemente Prod.ges. m.b.h.

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5 Entwicklung: Stahlbau 1.0 bis 4.0 Stahlbau 1.0 Erste Mechanisierung Stahlbau 2.0 Massenfertigung, Einsatz von el. Energie Stahlbau 3.0 Digitale Revolution, gesteuerte Maschinen Stahlbau 4.0 Smart Factory Integration von Daten aus allen Bereichen der Herstellung Informatisierung der Fertigungstechnik

6 Stahlbau 1.0 Beispiel Dampfhammer

7 Stahlbau 2.0 Elekrifizierung - Kran Bau des Flughafens Tempelhof Berlin

8 Stahlbau 3.0 Digitalisierung der Fertigung Beispiel Fertigung des Wellstegträgers

9 Entwicklung des Wellstegträgers Große Spannweiten bei geringem Gewicht und kleiner Bauhöhe im Vergleich zu Walzprofilen.

10 Wellstegträger-Fertigungsanlage Verschweißen und Schneiden der Träger mittels Roboter Fertigung konischer Träger möglich Steg- und Flanschdimensionen frei wählbar

11 Wellstegträger-Fertigungsanlage Konzept 2 (4) Schweißroboter auf 20 m langen Fahrbahnen mit Querhub ONLINE Schweißnahtführung für Roboter einwechselbare Plasmaschneidausrüstung über Werkzeugwechselsystem

12 Wellstegträger-Fertigungsanlage Realisierung Steg- und Flanschdimensionen frei wählbar Laserkamera zur automatischen Lokalisierung der Schweißnahtlage und Brennerführung für Plasmaschneiden Schweißgeschwindigkeit 1 m/min Schneidgeschwindigkeit 6 m/min Trägerlänge 4 m bis max. 16 m Längsschnitt des Trägers zur Produktion konischer Träger Ausschnitte im Träger (Kreise, Vielecke)

13 Stahlbau 4.0 Integration aller Daten für automatisierte Fertigung Automatisierung heute im Stahlbau - Stand der Technik

14 Entwicklung des Steel Beam Assemblers (SBA) Stahlbau bisher (Zusammenbau und Schweißen) Vorwiegend Handarbeit Interpretationsfehler beim Lesen der Zeichnung Dadurch begrenzte Genauigkeit Hohe Kosten Schwere manuelle Arbeit Gute Fachkräfte selten Kaum Automatisierung, da Bauelemente meist nur in Kleinserien oder Einzelteile herzustellen sind Robotereinsatz nur in Mittel- bis Großserien rentabel

15 Entwicklung des Steel Beam Assemblers (SBA) Vision Automatisches Zusammenbauen und Verschweißen von Stahlbauelementen Einsatz von Robotern für den Zusammenbau und das Verschweißen der Teile bis Losgröße 1 3D-Daten aus dem CAD zum Verarbeiten nutzen DSTV NC-Daten - Geometrie der Teile XML - Lage im Raum

16 Nutzung der 3D-Daten aus den CAD- Zeichnungen Basis: 3D-Daten aus CAD DSTV-Schnittstelle NC-Teiledaten (Kontur, Bohrungen etc.) Daten über relative Lage der Teile zueinander Zuschnitt Platten Zuschnitt Profile AV-Sachbearbeitermodul ProFIT Beschicken des SBA mit Scannen der Teile und Abgleich der Geometrie mit CAD-Daten Zusammenbau der Teile am SBA Fertiges Stahlbauelement

17 Hauptkomponenten: Steel Beam Assembler Übersicht Einlauf- Bearbeitungs- Ausschleusteil

18 SBA- verarbeitbare Träger und Anbauteile Träger: Alle Walzträgerarten Blechträger Wellstegträger Formrohre C-Profile Anbauteile: Bleche, Winkel, Träger

19 SBA- Ausführungsbeispiel Gesamtansicht

20 SBA- Ausführungsbeispiel Detail Drehvorrichtung mit Roboter

21 SBA 1. Generation Grenzen der Anbauteile Geometrie der Trägerspanner limitiert die Größe der Anbauteile Überstände von nur 250 mm über Trägeraußenkontur möglich Ausreichend für Stützen, nicht für Fachwerke

22 SBA Erweiterte Anforderungen I Beispiel: Erweiterung des Bauteilspektrums - Fachwerk

23 SBA Erweiterte Anforderungen II Fachwerk in einzelne Bauteile zerlegt

24 SBA Erweiterte Anforderungen III Bauelemente mit ausladenden Anbauteilen sind in der neuen Anlage verbaubar

25 SBA Erweiterte Anforderungen IV Wunsch der Anwender: Trägerspanner oben offen - keine Störkontur für bessere Anfahrstrategie der Roboter - größere Anbauteile sollen in der Anlage verbaubar sein - fertiger Träger soll daher nach oben entladen werden können - kompaktere Abmessungen der Anlage

26 SBA Erweiterte Anforderungen V Konzept

27 Hauptkomponenten: Steel Beam Assembler Übersicht Einlauf- Bearbeitungs- Ausschleusteil

28 Steel Beam Assembler Übersicht

29 Steel Beam Assembler Komponenten Scanner für Anbauteile: Messkopf mit High-Speed Laser-Kamera Scanbreite 900 mm Scangeschwindigkeit 300 mm/sec Auflösung 0,6 mm

30 Steel Beam Assembler Komponenten Vermessung und Lokalisierung der Anbauteile: Einlesen der Modelldaten Erzeugung von Modellen aus den Modelldaten Bauteilsuche Abgleich mit Roboterkoordinatensystem Bildvorverarbeitung (Kandidaten erkennen & sortieren) Abgleich Modell - Bilddaten Greifpunkt für Roboter definieren Erkennung umgedrehter Bauteile Erkennung fehlender und falscher Bauteile

31 Handling: Steel Beam Assembler Komponenten Max. Gewicht der Anbauteile 200 kg Automatisches Werkzeugwechselsystem Verschiedene Magnetgreifergrößen Positionierung der Anbauteile am Träger Ausmitteln der Steifen Anlegen von Kopf- und Fußplatten Anlegen von Anbauteilen an Gurt

32 Vorwärmen: Steel Beam Assembler Komponenten gezieltes Vorwärmen entlang der Schweißnahtverläufe bei Kopf- und Fußplatten (gegen Schweißverzug) automatische Zündung und Flammüberwachung Parametrierbare Anzahl der Zykluswiederholungen

33 Demonstration des Arbeitsablaufs des Steel Beam Assemblers (SBA)

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35 SBA Produktionslimits Länge: Breite: Höhe : Gewicht: Träger: von 3 bis 16 m von 90 bis 500 mm von 180 bis mm bis kg

36 SBA Produktionslimits Länge: Breite: Dicke: Gewicht: Anbauteile Platten: von 100 bis mm von 40 bis 800 mm von 5 bis 30 mm bis 200 kg

37 SBA Produktionslimits Einlagig: Schweißnähte: von a = 4 bis 6 mm Mehrlagig: von a = 7 bis 15 mm Es sind auch HY Nähte der gleichen Größen mit der Anlage herstellbar

38 SBA Grenzen der Anbauteile Geometrie der Trägerspanner limitiert die Größe der Anbauteile Überstände von 500 mm über Trägeraußenkontur möglich Ausreichend für Stützen mit Kranschienenkonsolen und für Fachwerkelemente

39 Steel Beam Assembler Vorteile der automatisierten Fertigung: Hohe Präzision der fertigen Bauelemente - daher einfachere Montage der Teile bei der Baustelle Hoher Durchsatz mit weniger Personal Geringere Kosten der gefertigten Teile

40 Steel Beam Assembler Vorteile des Anlagenkonzepts Modularer Aufbau daher erweiterbar von einfacher Schweißvorrichtung bis zur kontinuierlich arbeitenden Anlage Bauelemente mit großen Überständen sind realisierbar Bauelemente bis zur Losgröße eins wirtschaftlich fertigbar, da Daten aus dem CAD kein Teach-in

41 SBA Bilder I SBA: Roboter beim Verschweißen von Blechen am Träger

42 SBA Bilder II SBA: Gesamte Anlage mit eingespanntem Träger SBA Bilder II

43 SBA Bilder III SBA: Plattenwendevorrichtung mit Werkzeugbahnhof SBA Bilder II

44 SBA Bilder IV SBA: Mechanik der Dreh- und Spannvorrichtung

45 SBA Bilder V SBA: Ergebnis: Am SBA gefertigte Schweißnaht

46 SBA Bilder VI SBA: Gesamtansicht der Anlage während der Inbetriebnahme

47 Zukunft des Stahlbaus? Mit dem SBA wurde die voll-integrierte Fertigung bis hin zur Losgröße eins auch im Stahlbau möglich.

48 Zukunft des Stahlbaus? Werden in Zukunft Roboter auch die Montage der Bauelemente übernehmen? Oder direkt vor Ort Träger und Bleche verbauen und verschweißen?

49 Danke für Ihre Aufmerksamkeit