„Als wir die Fähigkeiten von Robotmaster erkannten, haben wir sie sofort genutzt. Mit der Robotmaster OLP-Methode benötigen wir 30 Minuten, um die Rohrwalzzelle zu programmieren, ohne den Roboter offline zu nehmen. Bei Verwendung eines Programmierhandgeräts wären mehr als 80 Stunden Programmierzeit erforderlich gewesen.“
Doug Watkins
Trane
Trane® – by Trane Technologies, ein globales Klimainnovationsunternehmen – wurde 1885 von James Trane in La Cross in Wisconsin gegründet und ist führend bei nachhaltigen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagenlösungen (HLK). Gemeinsam mit seinem Sohn Rueben Trane entwickelten sie das erste Niederdruck-Dampfheizsystem. Obwohl Trane über mehrere Produktionsstätten auf der ganzen Welt verfügt, ist seine Anlage in La Crosse, welche die wassergekühlten CenTraVac®-Wärmetauscher mit einer Kühlkapazität im Bereich von 200 bis 4.000 Tonnen herstellt, am bekanntesten. Seit über hundert Jahren ist Trane sowohl eine Säule als auch ein führender Arbeitgeber der Gemeinde La Crosse, in der ca. 60.000 Menschen leben.
Kältemaschinen von Trane sind hochgradig kundenspezifische Produkte, die auf eine Vielzahl von Kundenspezifikationen ausgelegt sind. Diese kundenspezifischen Produkte mit kleinen Stückzahlen und vielen verschiedenen Produkten erfordern umfangreiche manuelle Arbeit. In einer kleinen, ländlichen Gemeinde kann es schwierig sein, qualifizierte Arbeitskräfte einzustellen und zu halten. Laut Doug Watkins, Senior Welding Engineer bei Trane, „hat eine Untersuchung des aktuellen Arbeitsumfeldes und der voraussichtlichen verfügbaren Arbeitskräfte in unserem Bereich für die nächsten 30 Jahre die Implementierung der Automatisierung zu einer Kernstrategie werden lassen.“ Trane implementierte drei Schweißzellen mit Fanuc-Robotersystemen. Durch diese anfängliche Investition in Automatisierung konnten der Fachmangel abgefangen und eine allgemeine Senkung der Betriebskosten erzielt werden.
Die größte Herausforderung und Chance für die Automatisierung war jedoch der manuelle, arbeitsintensive Rohrwalzprozess. Da es sich bei jedem Wärmetauscher um ein kundenspezifisches Produkt handelte, gab es keine einzige Standardisierung der Lochmuster – was die Komplexität eines potenziellen Automatisierungsprozesses erhöhte. Mit dem Rapid Hawk Assisted Tube Rolling System walzte und schnitt ein Bediener in der Regel Tausende von Rohren manuell, was sehr zeitaufwendig ist. Eine weitere Herausforderung bestand darin, die fehlenden Rohre zu erkennen, die der Bediener durch eine manuelle Prüfung ermitteln musste. Ein fehlendes Loch in einem Raster aus tausenden von Löchern zu finden, war wie die Suche nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen. Und da es sich um eine manuelle Inspektion handelte, konnte man nie abschätzen, wie lange die Inspektion dauern würde. Dies brachte ein enormes Risiko dafür mit sich, die Taktzeit (das durchschnittliche Zeitintervall zwischen dem Start der Produktion einer Einheit und dem Start der Produktion der nächsten Einheit, wenn Artikel sequentiell produziert werden) im Herstellungsprozess zu verfehlen, was das Risiko von Lieferausfällen mit sich brachte.
Ein weiterer Grund, warum Trane zögerte, eine automatisierte Lösung für diese Rohrwalzanwendung zu implementieren, war die intensive Programmierzeit mit dem Programmierhandgerät, die dieser kundenspezifische Prozess erfordern würde. Ein Bediener müsste mehr als 80 Stunden für die Programmierung aufwenden, während der Roboter offline ist und nicht produziert, was für das Unternehmen Zeitaufwand und Einnahmeverluste mit sich bringt. Das Team von Trane war sich einig, dass der manuelle Arbeitsprozess zusammen mit der Programmierung mit Programmierhandgerät nicht nachhaltig, zu anspruchsvoll und zu zeitaufwendig war.
Auf der International Technology and Manufacturing Show (IMTS) in Chicago 2018 wurde Doug auf die Offline-Programmierfähigkeit von Robotmaster aufmerksam. Cory John, Software Sales Manager bei Hypertherm, gab ihm schnell einen Überblick und führte ihm das Programm vor. Mehrere Gespräche nach der Messe führten schließlich zu einem Vor-Ort-Termin im Werk 7 der Anlage von Trane in La Crosse. Um die Prozesse, Herausforderungen und Risiken des Roboterschweißens besser zu verstehen, hat sich das Team auch mit John Huster, Präsident von Sofos Robotics Co., einem zuverlässigen Robotmaster-Integratorpartner, beraten.
Doug war begeistert von der Möglichkeit, die Programmierzeit zu verkürzen, ohne den Roboter offline zu nehmen, und arbeitete bald mit Sofos Robotics zusammen daran, die Robotmaster-Software in den Schweißzellen des Unternehmens zu implementieren. Durch die Implementierung der robotergestützten Systeme konnten die Nutzeffekte weiter gesteigert und der Bedarf an Fachkräften sowie die Betriebskosten reduziert werden. Resultierend aus der erfolgreichen Implementierung und der Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Integratorpartner erkannte Trane sofort die Vorteile und das Potenzial davon, die Robotmaster-Software auch in anderen Bereichen einzusetzen, einschließlich des Rohrwalzprozesses. Die Begeisterung war groß.
In der Software kann Trane das CAD-Modell seiner Werkstücke importieren, die Endpunkte der Rohre auswählen und die automatische Pfaderstellung von Robotmaster verwenden, um die Taktroutine automatisch zu erstellen. Mithilfe der Pfadoptimierungstechnologie von Robotmaster kann die Software einen Pfadreihenfolgealgorithmus dazu verwenden, sicherzustellen, dass der Roboter den optimalen Pfad zwischen den Bohrungen nutzt, wodurch die Gesamttaktzeit reduziert wird, wie die Taktzeitrechnerfunktion zeigt.
Doug sagte: „Als wir die Fähigkeiten des Robotmaster erkannten, haben wir sie sofort genutzt. Mit der Robotmaster OLP-Methode benötigen wir 30 Minuten, um die Rohrwalzzelle zu programmieren, ohne den Roboter offline zu nehmen. Bei Verwendung eines Programmierhandgeräts wären mehr als 80 Stunden Programmierzeit erforderlich gewesen.“
Trane sieht ausgezeichnete Ergebnisse bei der Verwendung von Robotmaster. Das robotergestützte Rohrwalzen hat in vielerlei Hinsicht Vorteile gebracht. Erstens hat das robotergestützte Rohrwalzen einen der arbeitsintensivsten Schritte im Wärmetauscherbauprozess ersetzt. Die Robotersysteme erhöhten den Durchsatz um 50 %, ohne dass Rohre ausgelassen wurden. Trane verzeichnet seit der Implementierung der Robotmaster OLP-Lösung eine Verbesserung der Taktzeit um ca. 38 %.
John Huster sagt weiterhin: „Die Robotmaster-Software kann aber mehr als nur Zellenprogrammierung. Wir konnten sie als Engineering-Tool verwenden, das es uns ermöglicht, verschiedene Zellkonstruktionen zu testen und Arbeitsraumanalysen durchzuführen, um sicherzustellen, dass wir den richtigen Roboter und die richtigen Werkzeuge für die Aufgabe haben, wie z. B. den Rohrwalzprozess von Trane. Darüber hinaus können wir den Prozess genauer simulieren, sodass wir Probleme lösen können, bevor die Einführung in die Produktion erfolgt.“
Neben der Verbesserung der Taktzeiten hat das neue Roboter-Rohrwalzsystem eine sicherere Arbeitsumgebung geschaffen. Beim manuellen Prozess wurden menschliche Bediener durch herumfliegende Kupferstücke aus der Schneidemaschine gefährdet. Durch den automatisierten Prozess wurde dieses Risiko eliminiert.
Schließlich konnte Trane durch robotergestützte Automatisierung den Arbeitskräftemangel abmildern. Das Unternehmen war in der Lage, die Mitarbeiter des Rohrwalzwerks für andere Funktionen innerhalb des Unternehmens umzuschulen/weiterzubilden. Doug Watkins sagt dazu: „Unsere Automatisierungsstrategie konzentriert sich darauf, die langen, körperlich anstrengenden Arbeitszeiten zu überwinden und unseren Bedienern Möglichkeiten zu bieten, sich stärker in die kreativen Prozesse einzubringen. Mein Team ist sehr kreativ, wir haben jede Woche neue Ideen und suchen nach Möglichkeiten, ein System zu schaffen, das für unsere Kunden Mehrwert generiert.“
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