Direkte Antwort: In einer Roboter-Maschinenbedienungszelle steht der Roboterarm den Großteil des Zyklus still. Die Zykluszeit der Maschinenbedienung wird durch die Maschinenbearbeitung, die Reihenfolge von Tür und Spannfutter sowie die Zuverlässigkeit der Teilezuführung bestimmt – nicht durch die Höchstgeschwindigkeit des Roboters. Dimensionieren Sie die Zelle zunächst anhand des Maschinenzyklus und entscheiden Sie dann, ob ein Roboter eine oder mehrere Maschinen bedient. Ein schnellerer Roboterarm verkürzt lediglich die Handhabungszeit.
Für wen ist das: Dieser Leitfaden richtet sich an Produktions- und Automatisierungsingenieure, die eine Roboter-Maschinenbedienungszelle dimensionieren, sowie an Käufer, denen eine Zykluszeit genannt wurde und die wissen möchten, wovon diese tatsächlich abhängt.
Umfang: Es beschreibt, wie die Zeit in einem Bearbeitungszyklus tatsächlich verbraucht wird, was der Roboter steuert und was nicht, und wie das Ergebnis zuverlässig gemessen werden kann. Die Auswahl der Schnittparameter, die Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine oder die Konstruktion von Vorrichtungen innerhalb der Maschine werden nicht behandelt.
Wohin die Maschinenbedienungszykluszeit tatsächlich fließt
Die Zykluszeit einer Maschine wird erst dann sinnvoll, wenn der Zyklus in seine tatsächlichen Segmente unterteilt wird. Das Bild ändert sich dann schnell. Es gibt ein Entnehmen des Werkstücks aus der Bereitstellungsposition, ein Fahren zur Maschine, das Übergeben des Spannfutters, ein Zurückziehen, eine Bearbeitungsphase, ein Entladen und die Rückkehr zur Bereitstellungsposition. Im Referenzvideo zu dieser Anleitung entnimmt der Roboter ein Ringteil aus einem bereitgestellten Tablett, legt es in das Drehfutter ein und fährt dann aus dem Arbeitsbereich zurück, während die Maschine den Schnitt durchführt.
EVST unterteilt ein Angebot für die Bearbeitung von Werkstücken in genau diese Segmente. Innerhalb dieser Segmente steuert der Roboter die Bewegungen und die Übergabe. Er steuert jedoch nicht die Bearbeitungszeit, die bei den meisten Dreh-, Fräs- und Schleifarbeiten den größten Einzelblock darstellt. Daher hat die Armgeschwindigkeit nur einen begrenzten Einfluss auf die Leistung der Bearbeitungszelle, und die Angebotserstellung für eine Bearbeitungszelle allein auf Basis der Armgeschwindigkeit ist wenig aussagekräftig.
Es erklärt auch ein Ergebnis, das beim ersten Messen überrascht: Eine Beschleunigung des Roboters kann den Zyklus unverändert lassen, da der Arm einfach früher seine Warteposition erreicht. Der Gewinn zeigt sich nur, wenn das Handhabungssegment von vornherein auf dem kritischen Pfad lag. Was ist Roboter-Maschinenbedienung und wie funktioniert sie? Im Wesentlichen geht es darum zu verstehen, welches Segment entscheidend ist.
Die Übergabe ist die Einschränkung, nicht der Arm
Die Übergabe – Annähern, Einlegen, Spannen, Bestätigen, Lösen, Zurückziehen – birgt die größten Schwankungen. Schließzeit des Spannfutters oder Schraubstocks, Öffnen und Schließen der Tür, Kühlmittel- und Späneabfuhr sowie das Bestätigungssignal für den korrekten Werkstücksitz fallen alle in diesen Zeitraum. Jede dieser Eigenschaften ist eine Maschinen- oder Vorrichtungseigenschaft, keine Robotereigenschaft.
EVST betrachtet den Handover als Spezifikation, nicht als Arm. Hier entscheidet sich auch die Zuverlässigkeit. Ein Handover, der in 99 von 100 Fällen funktioniert, erzeugt eine unbeaufsichtigte Zelle, die betreut werden muss. Eine positive Teilpräsenzbestätigung, eine definierte Wiederherstellung nach einem Verbindungsabbruch und eine Chipmanagementstrategie sind für die tatsächliche Leistung wichtiger als ein schnelleres Bewegungsprofil.
Die Signale selbst müssen frühzeitig mit dem Werkzeugmaschinenhersteller abgestimmt werden. Welche Informationen die Steuerung bereitstellen kann – Zyklusende, Türstatus, Spannfutterstatus, Alarmstatus – bestimmt, wie präzise die Zellensequenzierung erfolgen kann. Gemäß IEC 60204-1:2016 gelten allgemeine Anforderungen an die elektrische Ausrüstung von Maschinen. Diese Norm bildet den Rahmen, in dem die Schnittstelle spezifiziert und verdrahtet und nicht improvisiert wird.
Die Teilpräsentation entscheidet darüber, ob die Zelle unbeaufsichtigt läuft.
Eine Bearbeitungszelle läuft nur so lange unbeaufsichtigt, wie sie das nächste Teil an einer bekannten Position findet. Trays und Paletten ermöglichen eine bekannte Position, erfordern aber einen vorgelagerten Sortierschritt. Behälter und Förderbänder reduzieren diesen Schritt, benötigen jedoch Sensorik und erhöhen die Variabilität. Die Wahl ist eine Materialflussentscheidung mit Auswirkungen auf die Automatisierung und wird meist zu spät getroffen.
Die Ausrichtung des Werkstücks bestimmt auch dessen Greiferdesign. Ein Werkstück, das stets in derselben Orientierung ankommt, kann mit einem einfachen Zweibackengreifer gegriffen werden; ein Werkstück mit variabler Ausrichtung benötigt entweder eine Nachgreifstation, einen nachgiebigen Greifer oder eine Bildverarbeitung. Jede dieser Optionen stellt eine sinnvolle Erweiterung des Handhabungssegments dar, das vom Roboter gesteuert wird.
Das fertige Teil benötigt die gleiche Sorgfalt. Im Referenzvideo legt der Roboter das bearbeitete Teil zurück auf die Ablage. Dies ist das einfachste und zuverlässigste Muster: dieselbe Positionsfamilie für Ein- und Auslagerung, sodass ein einziges Programmierprogramm beides abdeckt.
Entscheidungstabelle: Welche Evidenz rechtfertigt welche Tendenzkonfiguration?
Jede Zeile hier kann mit Daten bearbeitet werden, die Sie bereits haben oder innerhalb eines Nachmittags erfassen können. Dafür muss der Roboter nicht zuerst ausgewählt werden.
| Beweise von der Maschine und dem Teil | Die dadurch gerechtfertigte Konfiguration | Beweise, die Sie noch schulden |
|---|---|---|
| Lange Bearbeitungszeit, eine Maschine | Ein Roboter bedient mehrere Maschinen | Worst-Case-Szenario: Wartezeit, wenn zwei Maschinen gleichzeitig fertig sind, Geh- oder Bahnzeit, Alarmbearbeitung |
| Kurze Bearbeitungszeit, eine Maschine | Ein Roboter, der dieser Maschine zugeordnet ist, konzentriert sich auf die Übergabe. | Aufschlüsselung der Übergabezeit, Tür- und Spannfuttersequenz, Zuverlässigkeit des Bestätigungssignals |
| Die Teile kommen lose an. | Erfassung oder eine Nachgreifstation vor dem Beladen | Zusätzliche Bearbeitungszeit, Fehlermodus bei fehlender Orientierung, Wiederherstellungsverfahren |
| Unbeaufsichtigter Betrieb während einer Schicht erforderlich | Die Bereitstellungskapazität ist auf die Schicht, das Späne- und Kühlmittelmanagement ausgelegt. | Tatsächlich benötigte Pufferanzahl, Chip-Löschintervall, was die Zelle sicher stoppt |
| Gemischte Teile auf derselben Maschine | Programmsteuerung und Greifersatz mit positiver Identifizierung | Umstellungsverfahren und -zeitpunkt, Vermeidung von Fehlprogrammen, Regel für den ersten Start |
Ein Roboter, mehrere Maschinen
Die Bedienung mehrerer Maschinen durch einen Roboter ist die gängige Methode, um lange Bearbeitungszeiten in Auslastung umzuwandeln. Sie führt jedoch auch zu einem neuen Fehlermodus: Konkurrenz. Wenn zwei Maschinen innerhalb desselben Zeitfensters fertig sind, wartet eine von ihnen, und die effektive Leistung der Zelle wird nicht mehr durch den Durchschnitt, sondern durch die Häufigkeit solcher Vorkommnisse bestimmt.
EVST modelliert Konflikte explizit, bevor ein Layout für mehrere Maschinen festgelegt wird. Die beste Methode zur Bewertung besteht darin, den ungünstigsten Fall und nicht den Durchschnittsfall zu modellieren und dabei Wege zwischen den Maschinen, die Alarmbehandlung und die tatsächlich auftretenden Bedienereingriffe zu berücksichtigen. Wenn die Maschinen ähnliche Zykluszeiten haben und gleichzeitig starten, treten Konflikte häufig auf; unterscheiden sich ihre Zyklen, sind sie seltener. Beide Fälle sind kein Grund, die Bedienung mehrerer Maschinen zu vermeiden, sollten aber vor der Festlegung des Layouts berücksichtigt werden.
Die Anordnung ergibt sich aus dieser Entscheidung. Eine lineare Anordnung auf einer Schiene, ein zentraler Roboter, der die Maschinen um ihn herum bedient, und eine mobile Anordnung – jede dieser Anordnungen wägt die Fahrzeit gegen die Bodenfläche und die Komplexität der Sicherheitsvorkehrungen ab, und jede dieser Optionen gehört in den Vergleich, anstatt als gegeben hingenommen zu werden.
Schutz einer verriegelten Maschine und eines Roboters
Eine Wartungszelle besteht aus zwei Maschinen, die sich einen Raum und eine Abfolge teilen. Die Risikobewertung muss diese Kombination abdecken, einschließlich der Folgen des Öffnens der Maschinentür während der Roboterbewegung und des Zustands jeder Maschine beim Auslösen eines Schutzstopps. ISO 12100:2010Die allgemeinen Gestaltungsgrundsätze umfassen Risikobewertung und Risikominderung, und laut ISO-10218 2: 2025Für die Anwendung und die Zelle des Industrieroboters gelten Sicherheitsanforderungen.
Das praktische Ergebnis dieser Bewertung ist üblicherweise ein definierter Verriegelungssatz und ein definierter Sicherheitszustand für jede der beiden Steuerungen. Diese werden schriftlich festgehalten und bei der Abnahme geprüft, anstatt erst im Fehlerfall entdeckt zu werden. Die Wiederherstellung – wie ein Bediener ein im Spannfutter festsitzendes Teil entfernt, ohne eine Schutzvorrichtung zu deaktivieren – gehört in dasselbe Dokument.
Dieser Teil der Spezifikation ist auch derjenige, der am längsten Bestand hat. Zellen werden umprogrammiert und neu ausgerüstet; das Schutzkonzept und der Verriegelungsvertrag bleiben in der Regel bestehen.
Das Ergebnis ehrlich messen
Sobald eine Zelle läuft, besteht die Versuchung, die Maschinenbedienungszykluszeit als einzelne Zahl anzugeben. Eine aussagekräftigere Aufzeichnung trennt Bearbeitungszeit, Maschinenlaufzeit und Wartezeit und erfasst diese über einen Zeitraum, der lang genug ist, um die tatsächlich auftretenden Unterbrechungen zu berücksichtigen. Laut ISO-22400 2: 2014Es werden wichtige Leistungsindikatoren für das Produktionsmanagement definiert, wodurch ein gemeinsames Vokabular für die Berichterstattung anstelle eines lokal entwickelten entsteht.
Für den Roboter selbst, laut ISO 9283:1998Die Leistungskriterien und zugehörigen Testmethoden für Manipulationsroboter umfassen die Bedingungen, unter denen die Werte für Lagegenauigkeit und Wiederholgenauigkeit ermittelt werden. Es ist wichtig zu wissen, dass diese Werte unter definierten Last- und Geschwindigkeitsbedingungen gemessen werden, da ein außerhalb dieser Bedingungen angegebener Datenblattwert keine Garantie für die Leistung Ihres Bauteils darstellt.
Diese Anleitung macht keine Angaben zu Zykluszeit, Ausstoß oder Auslastung einzelner Zellen. Die Videoaufnahmen zeigen das Aufnehmen, Beladen eines Spannfutters, Entnehmen und Entnehmen eines Materials; sie zeigen keine Produktionsrate und es wird auch keine angegeben. Wenn Sie vergleichen Lösungen für automatische Schweißsysteme Und wenn es um die Pflege von Zellen innerhalb einer Pflanze geht, ist es diese Unterscheidung, die den Vergleich sinnvoll macht.
Was man für eine Pflegestudie einsenden sollte
Eine sinnvolle Studie geht von der Maschine aus, nicht vom Roboter. Senden Sie die Teilezeichnung mit Masse und Greifflächen, die Bearbeitungszeit der Maschine sowie deren Tür- und Spannfuttersequenz, die aktuelle Teileanlieferung, die Anzahl der abzudeckenden Maschinen und die von der Maschinensteuerung bereitgestellten Verriegelungssignale. Damit lässt sich die Handhabungsphase abschätzen und die Wartezeit berechnen, anstatt sie zu schätzen.
Die Ergebnisse sollten Aufschluss darüber geben, welcher Bereich kritisch ist und was geändert werden müsste, um ihn zu optimieren. Falls die Maschine dominiert, ist die ehrliche Empfehlung möglicherweise ein einfacherer Roboter und eine bessere Bühnenplanung anstelle eines schnelleren Roboterarms.
Häufig gestellte Fragen
Wird ein schnellerer Roboter unsere Maschinenbedienungszykluszeit verkürzen?
Nur wenn das Handhabungssegment auf dem kritischen Pfad liegt. Ist die Bearbeitungszeit der Maschine ausschlaggebend, erreicht ein schnellerer Arm seine Warteposition früher, und der Zyklus bleibt unverändert. Messen Sie die Segmente, bevor Sie für Geschwindigkeit bezahlen.
Kann ein Roboter mehrere Maschinen bedienen?
Oft ja, und das ist die übliche Vorgehensweise bei längeren Verarbeitungszeiten. Entscheidend ist die Konfliktsituation: Wie oft werden zwei Maschinen im selben Zeitfenster fertig, und welche Kosten entstehen im ungünstigsten Fall? Modellieren Sie den ungünstigsten Fall, nicht den Durchschnittsfall.
Was führt am häufigsten zum Ausfall einer unbeaufsichtigten Pflegezelle?
Fehler bei der Teilezuführung und dem Management von Spänen oder Kühlmittel sowie bei der Übergabebestätigung treten auf. Keines dieser Probleme hängt mit der Robotergeschwindigkeit zusammen, und alle lassen sich kostengünstiger in der Konstruktionsphase als nach der Installation beheben.
Wie sollte die Zykluszeit bei der Abnahme angegeben werden?
Getrennt nach Segment – Handhabung, Verarbeitung, Wartezeit – über einen Zeitraum, der lang genug ist, um tatsächliche Unterbrechungen zu erfassen. ISO 22400-2:2014 definiert Leistungskennzahlen für das Management von Fertigungsabläufen und stellt eine gemeinsame Terminologie für die Berichterstattung bereit.
Projektbeiträge für eine Antragsprüfung
Senden Sie uns bitte die folgenden Informationen, damit wir den Wartungszyklus anhand Ihrer Maschine und nicht anhand eines allgemeinen Wertes überprüfen können:
- die Teilezeichnung mit Masse, Greifflächen und Ausrichtungsanforderungen
- Der Maschinenzyklus: Bearbeitungszeit, Tür- und Spannfuttersequenzzeiten sowie alle während des Zyklus durchgeführten Messungen
- die aktuelle Bereitstellungsmethode – Tablett, Behälter, Förderband oder Palette – und wie die Teile eintreffen
- die Anzahl der Maschinen, die ein Roboter bedienen soll, mit deren Layout
- die Verriegelungssignale, die Ihre Maschinensteuerung bereits bereitstellen kann
Senden Sie die Teilezeichnung mit Masse und Greifflächen, die Maschinenbearbeitungszeit mit Tür- und Spannfuttersequenz, die heutige Teileanlieferung, die Anzahl der Maschinen, die ein Roboter bedienen soll, und die Verriegelungssignale Ihrer Maschinensteuerung. Diese Angaben genügen, um den Zyklus in Segmente zu unterteilen und das Segment zu identifizieren, das den Ausstoß begrenzt. Weiterführende Informationen: Optionen für kollaborative Roboter.