FlowPilot: Roboter intelligent koordinieren
Miteinander statt nebeneinander - Wie der neue FlowPilot von B&R aus einzelnen Robotern ein koordiniertes Produktionssystem macht
Ein einzelner Roboter lässt sich heute sehr präzise programmieren und optimieren. Auch Funktionen wie die optimierte Bahnplanung gehören bei B&R bereits zum Standard. Schwieriger wird es, wenn mehrere Roboter gleichzeitig auf denselben Produktfluss reagieren müssen. Wer übernimmt welches Produkt? Wie lässt sich die Auslastung möglichst gleichmäßig verteilen? Und was passiert, wenn sich die Fördergeschwindigkeit oder der Produktfluss verändert?
Ein Mitarbeiter legt Fleischstücke von Hand in eine Schneidemaschine. Die geschnittenen Stücke kommen unregelmäßig aus der Maschine heraus: mal einzeln, mal mehrere auf einmal. Zwei Roboter nehmen die Stücke auf und legen sie in Schalen. Was einfach klingt, wird schnell zur Herausforderung: Jede Schale soll vollständig befüllt sein, kein Stück verloren gehen und die nachfolgende Verpackung möglichst gleichmäßig versorgt werden. Für Product Manager Sebastian Brandstetter zeigt sich an solchen Anwendungen eine grundsätzliche Herausforderung moderner Robotik: Je mehr Roboter in einer Produktionsanlage zusammenarbeiten, desto komplexer wird ihre Koordination.
Wenn der Produktfluss nicht mitspielt
Bisher liegt diese Koordination weitgehend in der Hand des Maschinenbauers. Jeder Roboter wird individuell programmiert, anschließend muss das Zusammenspiel der einzelnen Systeme in der Kundenapplikation optimiert werden. Mit jedem weiteren Roboter wächst dabei die Komplexität. Genau hier setzt der FlowPilot an. Die Software koordiniert mehrere Delta- und SCARA-Roboter sowie Förderstrecken als ein gemeinsames Produktionssystem. Statt einzelne Roboter unabhängig voneinander zu betrachten, berücksichtigt sie deren Zusammenspiel und verteilt Aufgaben entsprechend der aktuellen Situation.
Vom einzelnen Roboter zum orchestrierten System
Der entscheidende Unterschied liegt in der Ebene, auf der die Optimierung stattfindet. Während der einzelne Roboter seine Bewegungen und Aufgaben weiterhin selbst ausführt, übernimmt der FlowPilot die Koordination darüber. Maschinenbauer konfigurieren das Produktionssystem über Rezepte und Anlagenlayouts. Die Verteilung der Aufgaben übernimmt die Software automatisch.
Dabei beobachtet der FlowPilot laufend, was in der Anlage passiert: Welche Produkte befinden sich auf dem Förderband? Welcher Roboter ist verfügbar? Wo entsteht ein Engpass? Aus diesen Informationen entscheidet das System, welcher Roboter welche Aufgabe übernimmt, gleicht die Auslastung aus und passt die Aufgabenverteilung an veränderte Bedingungen bei Produktfluss oder Fördergeschwindigkeit an.
Das Ziel ist dabei, den Gesamtdurchsatz der Fertigungszelle zu optimieren. Wenn ein Roboter gerade stärker ausgelastet ist und ein anderer eine Aufgabe effizienter übernehmen kann, wird die Arbeit entsprechend verteilt. So lassen sich Engpässe reduzieren und vorhandene Roboter besser auslasten. Bei einer typischen Pick-and-Place-Anwendung für Süßgebäck können beispielsweise rund 600 bis 700 Donuts pro Minute verarbeitet werden. Zehn Prozent mehr Durchsatz machen sich schnell bemerkbar: Hochgerechnet auf eine Schicht sind das mehrere Zehntausend zusätzliche Stück.
Roboter arbeiten nicht mehr nur nebeneinander, sondern miteinander. Der FlowPilot koordiniert ihr Zusammenspiel und hilft unseren Maschinenbauern und Systemintegratoren dabei, den Durchsatz der gesamten Maschine zu erhöhen und sie schneller umzusetzen.
Weniger Programmierung, schneller zur fertigen Maschine
Der zweite entscheidende Hebel liegt im Engineering. Wer eine Produktionsanlage mit mehreren Robotern entwickelt, muss nicht nur jeden Roboter programmieren, sondern auch deren Zusammenspiel definieren und laufend optimieren. Gerade diese Koordination kann einen erheblichen Teil des Entwicklungs- und Inbetriebnahmeaufwands ausmachen.
Der FlowPilot verlagert einen Teil dieser Arbeit von der individuellen Roboterprogrammierung auf die übergeordnete Systemebene. Statt zahlreiche Interaktionen zwischen einzelnen Robotern selbst zu programmieren, können Maschinenbauer das gewünschte Verhalten der gesamten Anlage über Rezepte und Layouts definieren. Die Aufgabenverteilung und Ausbalancierung übernehmen die Software. Das reduziert den Engineering-Aufwand und erleichtert die Inbetriebnahme. Gleichzeitig macht die vorgefertigte Funktionalität komplexe Multi-Robot-Anwendungen zugänglicher – ein wichtiger Vorteil angesichts des zunehmenden Mangels an erfahrenen Robotik-Spezialist:innen.
Flexibel bei Veränderungen
Produktionssysteme müssen auf neue Produkte, Verpackungsformate oder geänderte Stückzahlen reagieren können. Solange die Koordination in der individuellen Programmierung jedes einzelnen Roboters steckt, bedeutet jede Änderung Zusatzaufwand. Mit dem FlowPilot lässt sich das System stärker auf einer übergeordneten Ebene konfigurieren. Die Anlage wird an dieser Stelle zur konfigurierbaren Größe statt zur fest verdrahteten.
Der FlowPilot ist dabei nicht nur für neue Maschinen gedacht. Er kann auch als Erweiterung bestehender Systeme eingesetzt werden. Die vorhandenen Roboter bleiben erhalten, während eine zusätzliche Steuerungsebene die Koordination der gesamten Produktionsanlage übernimmt.
Am Ende zählt das System
Ein Roboter kann noch so schnell sein – wenn der nächste auf ihn warten muss, verliert die gesamte Anlage Zeit. Der FlowPilot macht deshalb nicht mehr den einzelnen Roboter zum Maßstab, sondern das Zusammenspiel des gesamten Systems. Für die beiden Roboter an der Fleisch-Schneidemaschine heißt das: Die Schwankungen im Produktfluss müssen sie nicht mehr allein bewältigen. Das System gleicht sie gemeinsam aus.