RoboWrap – eine Maschine, die ihr Produkt versteht

Runde rolle, spitze Rolle, konturierte Rolle: Die Ummantelung von Holz-, Metall- oder Kunststoffprofilen mittels sogenannter Andruckrollen passiert bei der düspohl Maschinenbau GmbH vollautomatisch und intelligent. ​Mit der RoboWrap revolutionierte das Unternehmen aus Schloß Holte-Stukenbrock den Profilummantelungsprozess bereits Anfang der 2000er Jahre. Im KI-Marktplatz soll der Einrichtungsprozess der Fertigungsanlage nun optimiert werden und Empfehlungen zur Herstellbarkeit von Produkten mithilfe eines digitalen Zwillings ermittelt werden.

Profilummantelung ist ein Verfahren, durch das eine dekorative Oberfläche auf ein Trägermaterial laminiert wird. Das Ummanteln erfolgt auf einer Profilummantelungsmaschine mithilfe von Andruckrollen. Werden Profilummantelungsanlagen für gewöhnlich noch manuell eingerüstet, entwickelte düspohl gemeinsam mit den Universitäten Bielefeld und Paderborn, Mitsubishi Electric und dem Fraunhofer IEM die RoboWrap, eine Anlage, bei der das Einrüsten mit Andruckrollen mithilfe von Robotern vollautomatisch geschieht. Deshalb sinkt die Einrüstzeit unabhängig davon, wie unterschiedlich, die zu ummantelnden Profile sind, signifikant im Vergleich zu Anlagen mit traditioneller Ummantelungszone.

Jan-Eric Peitzmeier, Software Engineer bei düspohl erklärt: „Gemäß dem aktuellen Stand der Technik nimmt der Ummanteler diese Positionierung beim ersten Einstellen der Rollen an eine Profilgeometrie noch selbst vor: er „teacht“ sie ein.“ Dies geschieht mittels einer intuitiv zu bedienenden Oberfläche. Die Kombination, mit der das optimale Ummantelungsergebnis produziert wird, wird zum Abschluss gespeichert. Wird eine Charge derselben Profilgeometrie zu einem späteren Zeitpunkt erneut produziert, so reicht es aus, die gespeicherte Kombination aufzurufen. Die Roboter positionieren die Andruckrollen automatisch, sogar unter Berücksichtigung der Gebrauchsspuren an den Rollen.

düspohl treibt die Automatisierung voran
Im Rahmen des KI-Marktplatzes arbeiten Experten des Fraunhofer IEM gemeinsam mit düspohl daran, die Automatisierung zu vervollständigen und das bisher noch manuelle Einteachen abzulösen. Darüber hinaus soll die Herstellbarkeit neuer Produktspezifikationen automatisiert beurteilt werden können. Wie das geschehen kann?

Steven Koppert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IEM, erklärt dies wie folgt: „Wir gehen in drei Schritten vor: zunächst entwickeln wir einen Algorithmus zur Extraktion von Merkmalen, mit dessen Hilfe alle Arten von Profilen bei düspohl auf ihre Eigenschaften untersucht werden können. Das bedeutet, wir wissen von jedem Teil, wo seine Nuten, seine Ecken oder seine Kanten sitzen.“

Diese Merkmale werden im nächsten Schritt einzelnen Robotern der RoboWrap zugeordnet. Für jeden Roboter wird im dritten Schritt ermittelt, mit welcher Rollengeometrie er sein zugewiesenes Merkmal bestmöglich bearbeiten kann und wo die Rolle genau positioniert werden muss. Um das zu erreichen, wird auf zwei Informationsquellen zurückgegriffen: Zum einen wird die Erfahrung der Maschinenbediener in Form vergangener Maschineneinstellungen analysiert und auf neue Aufgaben angewendet. Zum anderen wird derzeit ein Modell entwickelt, das den Weg eines Profils durch den Ummantelungsprozess abbildet, ein digitaler Zwilling. Dieser kann als Abbild der realen Maschine dazu genutzt werden, um mögliche Einstellungen der RoboWrap vor Produktionsbeginn zu evaluieren und gemeinsam mit dem Erfahrungswissen der Mitarbeiter eine optimale Konfiguration des Prozesses vorherzusagen. Das Einteachen der Maschine kann somit in Zukunft durch den Algorithmus erfolgen.

Digitaler Zwilling gibt Empfehlungen zur Herstellbarkeit
Das Ziel ist ein selbstlernender KI-Zyklus rund um den digitalen Zwilling, der stets Empfehlungen zur optimalen Maschineneinstellung geben kann. Gleichzeitig erhalten die Kunden von düspohl dadurch Empfehlungen über die Herstellbarkeit neuer Produkte und über Parameter zukünftiger Ummantelungsprozesse. Für die Kunden des Maschinenbauunternehmens bedeutet dies neben einer Prozessoptimierung auch eine weitere Effizienzsteigerung. „Durch den Einsatz KI-basierter Ansätze in der Rüstplanung ermöglichen wir unseren Kunden, schneller auf veränderte Anforderungen zu reagieren. Sie können so das Potential robotergestützter Ummantelungsanlagen voll auszunutzen“, sagt Peitzmeier.

Im ersten Projektjahr hat das Team rund um Steven Koppert schon beachtliche Fortschritte erzielt. „Mithilfe des Algorithmus‘ zur Extraktion von Merkmalen können wir inzwischen Produktspezifika von Profilen genau erkennen und digital abbilden. Auf diese Weise können Maschinenbediener volle Informationen über die hergestellten Produkte bekommen, was schon heute als Entscheidungshilfe im Produktionsprozess dienen kann. Vor allem bedeutet dies aber, dass wir mit der RoboWrap nun eine Maschine haben, die ihre Produkte versteht“, sagt Koppert.

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