Schraubtechnik 4.0: Mit dezentraler Intelligenz flexibel und transparent produzieren

Mit mobilen Anlagenmodulen lassen sich kürzere Produktzyklen und Reaktionszeiten realisieren. In Verbindung mit intelligenten Akku-Schraubwerkzeugen können gerade im Hinblick auf die Herausforderungen volatiler Märkte entscheidende Vorteile wie höhere Flexibilität und Produktivität erzielt werden. In diesem Beitrag wird beschrieben, wie intelligente kabellose Werkzeuge wie der Nexo Funk-Akkuschrauber von Bosch Rexroth in Schraubanwendungen eine vielseitige und höchst effiziente Produktion ermöglichen.

Früher wurden Automatisierungssysteme vertikal mit einer zentralen Intelligenz für die Steuerung aller nachgelagerten Fertigungsmaschinen konzipiert. Die Spitze eines solchen herkömmlichen Systems bilden Linien-SPS. Sie kommunizieren mit Stations-SPS, die ihrerseits mit den einzelnen Fertigungsmaschinen in Verbindung stehen. Bei einem Schraubsystem sind dies die Schraubersteuerungen, die Anweisungen und Informationen über individuelle Kanäle senden und empfangen. Die Einrichtung eines solchen Systems erfordert natürlich eine enorme Menge an Ressourcen, weshalb es nicht leicht zu ändern und damit ziemlich unflexibel ist. Seine Stärke liegt darin, ein bestimmtes Produkt in sehr hohen Stückzahlen zu fertigen.

Im Umfeld von Industrie 4.0 kommt es jedoch häufig gerade auf die Flexibilität an, je nach Bedarf bis hinunter zu einer Stückzahl von 1 zu produzieren. Ein Weg, Änderungen effizient zu verwalten, besteht darin, entsprechend viele logische Entscheidungen lokal zu treffen.

Im Gegensatz zu einem vertikalen Ansatz erlaubt eine lokale, dezentrale Intelligenz, die Produktion direkt in der Linie an den Bedarf anzupassen. Intelligenz, die sich etwa in Form eines Barcodescanners mit einer lokalen Steuerung für logische Entscheidungen im laufenden Betrieb lokal hinzufügen lässt, kann effiziente und flexible Lösungen für komplexe Herausforderungen bieten.

Wie ein Nexo mit seinem integrierten Barcodescanner und seiner integrierten Steuerung eine reale Herausforderung in der Produktion bewältigen könnte, zeigt das folgende Praxisbeispiel:

Ein Kunde möchte vier Produkte bauen, wobei jeweils zwölf M8- und achtzehn M6-Schrauben angezogen werden müssen. Um Kosten zu sparen, möchte der Kunde statt zwei verschiedenen Werkzeugen, den dazugehörigen Steuerungen und einem zusätzlichen Barcodescanner für alle Verschraubungen nur ein einziges Werkzeug verwenden.

Dieses Problem wurde mit einem Nexo-Modell gelöst, dessen Drehmomentspannweite sowohl die M8- als auch die M6-Schrauben abdeckt. Der für die Anwendung vorgesehene Nexo-Akkuschrauber weist einen integrierten Barcodescanner zur Identifizierung der Schraubstellen (Schrauben) auf. Dabei trifft er nicht nur die logischen Entscheidungen, sondern verbessert den Wertstrom zusätzlich, indem er den Typ und die Seriennummer der verbauten Teile für die Dokumentation bereitstellt.

Der Vorteil dieses Ansatzes – Nexo mit Barcodescanner für lokale logische Entscheidungen – liegt in der Möglichkeit, komplexe Aufgaben flexibel und effizient auszuführen, ohne eine vorgelagerte SPS neu programmieren und konfigurieren zu müssen.

Doch der Einsatz des Nexo bietet noch weitere Vorteile. In vielen Montageumgebungen wird mit Linienausgleich gearbeitet, was bedeutet, dass zur Optimierung des Produktionsablaufs sehr häufig Montageaufgaben von einer Station an eine andere verlagert werden. Für einen Linienausgleich mit Schraubwerkzeugen müssten bei einem herkömmlichen Schraubsystem die zugehörige Steuerung ausgebaut, die Kabel aus den Führungen gezogen und die Werkzeugaufhängung demontiert, anschließend alle Komponenten an einem anderen Standort wieder installiert und schließlich die Strom-, Erd- und Kommunikationsverbindungen am Gerät sowie an der Steuerung und der Werkzeugaufhängung wiederhergestellt werden. Bei einem Nexo Funk-Akkuschrauber hingegen genügt es, das Werkzeug einfach am neuen Montageort in Betrieb zu nehmen. Keine Kabel, keine Verdrahtung, um die man sich kümmern muss. Ein wirklich ausgeklügeltes System – fast wie Plug&Play. Besser kann man Lean Manufacturing nicht machen.

Als Schraubsystem, das in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden kann, leistet der Nexo-Akkuschrauber mehr, als nur Schrauben anzuziehen und die entsprechenden Drehmoment- und Winkelwerte zu protokollieren. Er ist in der Lage, Signale per Funk mit der Liniensteuerung auszutauschen, und verhält sich dadurch wie eine vollständig vertikal in den Produktionsprozess eingebundene Maschine. Somit lässt er sich beispielsweise voll in ein Poka Yoke-System integrieren und leistet dort seinen Beitrag zu einer Null-Fehler-Produktion . Bei entsprechender Parametrierung kann er feststellen, ob alle für die Montage benötigten Teile vorhanden sind. Wenn die Schraube für eine Verschraubung beispielsweise mit einer Unterlegscheibe versehen sein muss, würde er eine fehlende Scheibe an dem falschen (zu hohen) Winkelwert erkennen. Ähnliches gilt etwa auch für Schrauben mit der falschen Gewindelänge.

In Verbindung mit seinem Barcodescanner kann der intelligente Nexo-Akkuschrauber eine neue ID aus mehreren einzelnen ID-Eingaben bereitstellen. So könnten Sie beispielsweise durch einen ID-Code dokumentieren, dass bei der Montage eines Produkts verschiedene Teile gescannt wurden. Dieser ID-Code wird dann zusammen mit den Schraubergebnisdaten in die endgültige Dokumentation der Montageanwendung aufgenommen. Hinsichtlich der Rückverfolgbarkeit lässt sich die Transparenz des Schraubvorgangs verbessern. Wenn ein Produktfehler auftritt, kann anhand der erfassten Daten die Fehlerursache ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, Rückrufaktionen bei Bedarf auf einzelne Stücke zu beschränken.

Kurz gesagt: Nicht die zentrale SPS stellt sicher, dass die erforderlichen Teile erkannt, in der richtigen Reihenfolge verwendet und gemäß den geforderten Spezifikationen an allen vorgesehenen Stellen verschraubt wurden, bevor das Werkstück an die jeweils nächste Montagestation weitergereicht wird. Für all das ist der Nexo zuständig – der intelligente Funk-Akkuschrauber.