Fallstudie: Projekt von PDSI – dank Simulation zu einem erfolgreichen Angebot

In dieser Fallstudie erläutern wir, wie PDSI mit Visual Components ein großes Automatisierungsprojekt für einen führenden Hersteller von Haushaltsgeräten entwerfen und verifizieren konnte und schließlich den Zuschlag dafür bekam. PDSI ist ein Anbieter und Integrator von vorkonfigurierten und flexiblen, sofort einsatzbereiten Automatisierungslösungen mit Sitz in Dayton, Ohio, USA.

Kundenerfolge | July 8, 2019

Eine vielversprechende Geschäftschance mit schwierigen Anforderungen

Das Unternehmen Production Design Services, Inc. (oder PDSI) aus Dayton, Ohio, USA, bietet seit über 60 Jahren kostengünstige Lösungen für komplexe Fertigungsprobleme an. Als Anbieter und Integrator von vorkonfigurierten und flexiblen, sofort einsatzbereiten Automatisierungslösungen hat PDSI bereits Hunderte von Fertigungszellen für verschiedenste Branchen konzipiert.

Letztes Jahr fragte ein führender US-Hersteller von Haushaltsgeräten ein Angebot bei PDSI an. Der Gerätehersteller wollte eine seiner wichtigsten Montagelinien, die bisher noch keinerlei Automatisierung aufwies, komplett neu gestalten. Sie sollte über alle Prozessschritte hinweg fast vollständig automatisiert werden, von den einzelnen Bauteilen bis hin zur endgültigen Montage des Geräts. Außerdem sollte sie sich leicht an die Fertigung neuer Geräte anpassen lassen. Weitere Wünsche des Kunden waren, dass die Lösung mit weniger Personal auskommt, eine höhere Qualität liefert und gleichzeitig einen höheren Durchsatz bietet. Eine zusätzliche zentrale Anforderung war eine Zykluszeit von höchstens 20 Sekunden.

Simulationen spielten eine wichtige Rolle

Der Angebotsprozess war von starker Konkurrenz geprägt: Es ging um ein großes Projekt, und mindestens drei andere Firmen waren ebenfalls um ein Angebot gebeten worden. Der Kunde war ein großer Befürworter von Produktionssimulationen. Er nutzte bereits interne Simulationen für eigene Projekte und verfügte über Mitarbeiter mit Fachwissen auf diesem Gebiet. Simulationen sollten also bei der Projektvergabe eine entscheidende Rolle spielen.

„Aufgrund der vielen technischen Schwierigkeiten bei diesem Projekt bat der Kunde alle Interessenten, Simulationen zu präsentieren“, erklärt Leland (Lee) Weed, Applications Engineer bei PDSI. „Sie sollten zeigen, dass ihre Entwürfe technisch machbar sind und die Projektanforderungen erfüllen, vor allem die der Zykluszeit.“

Der Kunde bot den Unternehmen an, sich von seinem internen Simulationsexperten unterstützen zu lassen, aber PDSI entschied sich für eine selbstständige Entwicklung der Simulation.

„Wir wussten, dass wir mit Visual Components besser und schneller wären“, so Lee.

Wir wussten, dass wir mit Visual Components besser und schneller wären

Leland (Lee) Weed, Applications Engineer bei PDSI

Vom Anfänger zum Experten in kurzer Zeit

Als Lee erfuhr, dass er der Simulationsexperte für dieses Projekt sein sollte, kannte er die Lösungen von Visual Components nur sehr eingeschränkt. Genauer gesagt arbeitete er sich gerade ein.

„Ich befand mich eigentlich gerade mitten in einer einführenden Schulung zu Visual Components, als ich den Anruf von meinem Vorgesetzten bekam“, erzählt Lee. „Ich hatte schon Erfahrungen mit der Layoutplanung, aber Simulationen waren neu für mich.

Also beschlossen mein Schulungsleiter und ich, aus diesem Projekt eine Art Übung für mich zu machen. Wir entwarfen eine der Roboterzellen und gingen Beispiele für das Definieren und Simulieren von Prozessen durch.“

Der Kunde stellte PDSI ein Zeitdiagramm für die Zuführung von Bauteilen zur Verfügung, machte Angaben zur Geschwindigkeit der Förderbänder und lieferte CAD- und STEP-Dateien mit den gewünschten Komponenten für dieses Projekt. Außerdem bestätigte er, dass die Daten zur Geschwindigkeit der Gelenke der KUKA-Roboter, die eingesetzt werden sollten, denen des Herstellers entsprachen. Alle anderen im Angebot verwendeten Komponenten wurden von PDSI konzipiert und hergestellt.

Verifizieren des gewünschten 20-Sekunden-Zyklus

Gleich nach seiner Schulung begann Lee, an dem Projekt zu arbeiten. Der erste Schritt war, die Machbarkeit des gewünschten 20-Sekunden-Zyklus zu verifizieren. Lee führte als Erstes eine Simulationsstudie für den Teil einer Roboterzelle durch, der für die Geschwindigkeit der Montagelinie bekanntermaßen eine entscheidende Rolle spielte. Mit CAD und Bauteilen aus dem eCatalog von Visual Components, einschließlich der vom Kunden gewünschten KUKA-Robotermodelle, entwarf Lee ein Modell der Zelle.

Das Ingenieursteam von PDSI setzte SolidWorks zum Entwerfen der für das Projekt benötigten Komponenten ein. Lee konnte diese Geometriedateien sowie die vom Kunden bereitgestellten CAD-Daten in Visual Components importieren und daraus Komponentenmodelle entwickeln. Er simulierte dann die Arbeitsschritte verschiedener Zellenkonfigurationen so lange, bis er zu einem Entwurf gelangte, der einen 20-Sekunden-Zyklus ermöglichte.

Lee und das Ingenieursteam verifizierten die Konzeption der Zelle, stellten ihre Analyse dem Kunden zur Verfügung und fuhren dann mit dem Konzeptionieren der restlichen Montagelinie fort.

Ein gemeinschaftlicher Entwicklungsprozess

Bei der Entwicklung der Lösung arbeitete PDSI eng mit dem Kunden zusammen: Während des Entwurfs- und Verifizierungsprozesses standen beide Seiten im regelmäßigen Austausch. Lee hielt den Kunden über den Fortschritt auf dem Laufenden, indem er 3D-PDFs und Simulationsvideos der Entwürfe zur Verfügung stellte.

„Visual Components spielte eine zentrale Rolle bei diesem Projekt“, sagte Lee. „Wir nutzten die Lösung zum Entwerfen und Validieren des Aufbaus, zum Überprüfen, dass die Roboter ihre Aufgaben durchführen können und dass Werkzeugmaschinen und Prozessmaschinen ebenfalls wie erwartet funktionieren.

Wir nutzten sie außerdem für Studien zu Roboterreichweiten und Analysen von Zykluszeiten und vor allem zum Verifizieren, dass die gesamte Montagelinie eine Zykluszeit von höchstens 20 Sekunden erreicht.“

Wurde festgestellt, dass die Zykluszeiten zu lange waren, empfahl Lee Änderungen an den Komponenten, an der Programmierung oder am Aufbau.

PDSI band den Kunden während des gesamten Entwurfsprozesses ein.

„Es gab ungefähr fünf Meetings mit Berichten zum aktuellen Stand und zwei große Besprechungen zu Entscheidungspunkten“, berichtet Lee. „Bei diesen Treffen haben wir dem Kunden Simulationen und Zeichnungen unserer Entwürfe präsentiert, die wir mit Visual Components erstellt hatten.

Auf diese Weise konnten alle Projektbeteiligten Entwurfsalternativen diskutieren, die Machbarkeit der Varianten prüfen und den Entwurfsfortschritt verfolgen.“

Visual Components spielte eine zentrale Rolle bei diesem Projekt. Wir nutzten die Lösung zum Entwerfen und Validieren des Aufbaus, zum Überprüfen, dass die Roboter ihre Aufgaben durchführen können und dass Werkzeugmaschinen und Prozessmaschinen ebenfalls wie erwartet funktionieren.

Leland (Lee) Weed, Applications Engineer bei PDSI

Die Lösung

„Die von uns entworfene Montagelinie besteht aus zwei Hauptzellen“, erklärt Lee. „Die erste Zelle ist vollautomatisiert, die zweite Zelle halbautomatisiert.“

In Zelle 1 nehmen Förderbänder Verkleidungen vom linken Bereich der Zelle und Mittelteile vom vorderen Bereich der Zelle auf. Eine Hebevorrichtung im mittleren Bereich der Zelle hebt das Mittelteil an, und ein Roboter platziert eine Verkleidung darauf. Als Nächstes wird die Verkleidung mit Schrauben am Mittelteil befestigt. Ein zweiter Roboter hebt die gesamte Baugruppe an und bewegt sie zu einer zweiten Station, bei der weitere Schrauben angebracht werden. Über das Förderband auf der rechten Seite der Zelle wird die Baugruppe zur nächsten Zelle transportiert.

In Zelle 2 lädt ein Arbeiter Teilkomponenten auf Paletten, die auf einem rechteckig angeordneten Palettenfördersystem rotieren. Die Paletten mit den Teilkomponenten werden zu einer Pressmaschine befördert. In der Maschine platziert ein Roboter jeweils ein Mittelteil auf eine Teilkomponente. Während des Pressvorgangs wird die Baugruppe vom Roboter fixiert. Danach zieht der Roboter die Baugruppe aus der Maschine, dreht sich um 180 Grad und platziert sie auf dem Ausgangsförderband, auf dem sie zum nächsten Schritt transportiert wird.

„Der Durchsatz für die Zellen 1 und 2 besteht in einer Baugruppe alle 20 Sekunden“, erklärt Lee.

Ergebnis

Die endgültige Montagelinie, die aus zwei Zeilen besteht, ist fast vollständig automatisiert und benötigt wenig Eingriffe durch Bediener. Vor allem aber entspricht die Konzeptionierung der Anforderung einer Zykluszeit von höchstens 20 Sekunden.

Visual Components spielte eine wichtige Rolle bei diesem Projekt – nicht nur beim Entwerfen und Verifizieren, sondern auch beim Verkaufen der Lösung.

„Der Kunde war beeindruckt von der Schnelligkeit und Genauigkeit von Visual Components, insbesondere im Vergleich zu anderen Simulationsprodukten, die sie bereits kannten“, sagte Lee. „Außerdem war er von der präzisen Geschwindigkeit der Gelenke in den Robotermodellen und von der Echtzeit-Taktung der KUKA-Arme beeindruckt.

Auch die hochwertigen Grafiken und Visualisierungen von Visual Components machten bei den Kundenpräsentation einen nachhaltigen Eindruck.“

Das Projekt wird derzeit umgesetzt und 2019 in Betrieb gehen.

Der Kunde war beeindruckt von der Schnelligkeit und Genauigkeit von Visual Components, insbesondere im Vergleich zu anderen Simulationsprodukten, die sie bereits kannten.

Leland (Lee) Weed, Applications Engineer bei PDSI

Über PDSI

Das Unternehmen Production Design Services, Inc., das 1955 gegründet wurde und in Dayton, Ohio, USA ansässig ist, bietet kostengünstige Lösungen für komplexe Fertigungsprobleme an. Es entwickelt automatisierte Lösungen für die Konzeptionierung und Umsetzung individueller Anlagen, einschließlich Montage-, Schweiß- und Prüfanlagen, sowie integrierter Robotersysteme.

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