Vision Assembly ist zunächst ein Assistenzsystem, das auch unerfahrene Werker mit Bildern, animierten Zeichnungen, Videosequenzen und gegebenenfalls Tonspuren durch komplexe Montageprozesse führt. In jedem Schritt erfassen Embedded-Kamera- und Sensorsysteme alle prüfbaren Merkmale, bewerten diese und sorgen mittels der entsprechenden Rückmeldung an den Werker dafür, dass etwaige Fehler direkt an der Quelle erkannt und behoben werden. So entstehen stets einwandfreie Fertigteile. Und die Werker freuen sich über die Entlastung durch eine verständliche Schritt-für-Schritt-Anleitung. 

Damit unterstützt das System jeden Poka-Yoke-Ansatz, dessen Ziel es ja ist, unbeabsichtigte Fehler (Poka) zu vermeiden (Yoke) und damit Qualität wie Ausbringung zu steigern.

Ein verkettetes System von Arbeitsplätzen und Prozessen

Industrielle Fertigung erfolgt nicht auf einzelnen Inseln, sondern ist ein verkettetes System von Arbeitsplätzen und Prozessen. Entsprechend hat Schleuniger Vision Assembly von Anfang an so konzipiert, dass Prozesse und Prozessschritte beliebig zusammengeführt oder aufgeteilt werden können – auch über die Grenzen einer Halle oder eines Standortes hinweg. Ein Master-Slave-Ansatz sorgt zudem dafür, dass Optimierungen, die an einer Station vorgenommen werden, sofort für alle anderen Stationen verfügbar sind.

Lückenlose Dokumentation und Rückverfolgbarkeit

Die innere Logik des Systems folgt dabei dem Wertstrom im Sinne des Fließprinzips. So ergibt sich – quasi nebenbei – eine lückenlose Dokumentation, weil das System alle relevanten Daten, Bilder, Testergebnisse, Seriennummern etc. eines Produkts auf einer Plattform in einem Datensatz zusammenführt. 

Amortisation in weniger als zwei Jahren

Durch den Einsatz von Vision Assembly ­ergeben sich für die Unternehmen deutliche Vorteile durch 

• weniger Fehler und damit einer höheren Qualität,
• weniger Nacharbeit und dadurch eine höhere Ausbringung, 
• mehr Flexibilität beim Einsatz des vorhandenen Personals,
• deutlich reduzierten Aufwand für Schulungen und Dokumentation.

Nach der Erfahrung des Herstellers amortisiert sich Vision Assembly, systemisch betrachtet, in aller Regel innerhalb von zwei Jahren.

Umfangreiche Prüfmöglichkeiten

Mit der Kamera- und Rechentechnik des ­Assistenzsystems lassen sich, je nach Anforderung der Applikation, zahlreiche Merkmale prüfen. Dies sei am Beispiel eines Kabelbaums verdeutlicht:

• Position und Orientierung von Kabelbindern,
• Vorhandensein und Position von Clips,
• farbliche Prüfung und Position von Tapes,
• Litzen mit der richtigen Farbe an der richtigen Stelle,
• die richtigen Kabelschuhe korrekt montiert,
• korrekte Montage von Steckverbindern,
• Vorhandensein von Dichtungen und Buchsen,
• Position und Farbe von Schrumpfschläuchen und anderen Überzügen,
• Abmessungen des gesamten Kabelbaums und dessen Einzelteile.

Einbinden von Peripheriegeräten

An jeder Stelle im Prozess können Peripheriegeräte einschließlich der erforderlichen Kommunikation eingebunden werden, etwa ein Barcode-Handscanner. Für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit können beispielsweise folgende Eigenschaften abgeprüft und im Produkt-Datensatz hinterlegt werden:

• Seriennummern, zum Beispiel von Schüttgütern,
• 2D- und 3D-Barcodes von funktions­relevanten Komponenten,
• Codierung beziehungsweise Orientierung von Bauteilen, 
• OCR-Erkennung von Klartextbeschriftungen auf Bauteilen.

Standort-übergreifende Lösungen

Die einzelnen Arbeitsstationen sind untereinander vernetzt – bis hin zu Standort-übergreifenden Prozessen, welche genauso lückenlos erfasst und dokumentiert werden. Eine entsprechende Middleware hilft, alle Daten richtig zu routen, damit der durchgehende Informationsfluss gewährleistet bleibt: In der Praxis wäre es ja kontraproduktiv, würde der Werker wegen Materialmangels abrüsten und einen anderen Auftrag vorbereiten, während die ersehnte Teilelieferung schon im Zulauf ist.

Damit unterstützt Vision Assembly implizit Lean-Management-Ansätze – also das Vermeiden von Verschwendung, die der Kunde nicht bezahlt.

Im ERP-System laufen alle Fäden zusammen

In Zusammenarbeit mit dem Assistenzsystem hat das ERP-System immer den vollständigen Blick auf die Materialsituation und dient so auch dazu, das im Lager gebundene Kapital zu verringern, was die Amortisationsdauer weiter verkürzt. Der optimierte Wertstrom reduziert den Bedarf an Intralogistik; ­Zwischenprodukte müssen nicht immer zurück ins Lager, dort erfasst, manuell eingebucht und eingelagert werden, wenn die Teile zwei Stunden später an der nächsten Station weiterverarbeitet werden. Die Kommunikation zwischen den Systemen erfolgt dabei über Variablen, Dateien im gemeinsamen Dateisystem sowie gegebenenfalls über eine API. Diese universellen Schnittstellen sorgen dafür, dass sich Vision Assembly mit praktisch jedem ERP-System auf Anhieb versteht.  

Universeller, skalierbarer Arbeitsplatz

Auf Basis eigener Erfahrungen hat Schleuniger einen universellen, skalierbaren Arbeitsplatz entwickelt, der sich in jede Richtung anpassen lässt:

• Standard-Arbeitsbereich von 300 x 300 mm,
• schattenfreie, homogene Ausleuchtung mittels LED-Technik,
• Platz für Montagematerial, Kleinteile­behälter etc.,
• Cognex-2D-Insight-Kamera zum Ab­prüfen der Arbeitsschritte,
• PC-basierte Assistenz-Software, 
• dauerbetriebsfester, langzeitverfüg­barer Industrie-PC. 

Der Arbeitstisch kann in weiten Bereichen an ergonomische Anforderungen angepasst werden. Damit ermöglicht der skalierbare Arbeitsplatz grundsätzlich auch die Integration von Menschen mit Einschränkungen.

Bildverarbeitungssystem

In der Basiskonfiguration setzt Schleuniger eine Insight 2D-Kamera von Cognex ein. Diese verfügt über einen integrierten Bildverarbeitungsrechner für eine schnelle Bildauswertung. Der Industrie-PC wird um diese Funktionen entlastet und kann entsprechend schlanker ausfallen. Versorgt wird die Kamera via Power-over-Ethernet (PoE) direkt vom Industrierechner. Damit entfällt auch die häufige Fehlerquelle eines ausgefallenen Steckernetzteils.

Die offene Architektur von Vision Assembly ermöglicht es auch, ein Mehrkamerasystem einzusetzen, etwa weil die im oberen Bereich der Arbeitsstation montierte Kamera nicht alle relevanten Blickwinkel erfasst. Auch robotergestützte Kameras, die sich selbständig um das gefertigte Teil herumbewegen und alle relevanten Betrachtungswinkel einnehmen können, sind schon realisiert worden.

Lösungsbaukasten

Im Mittelstand gleicht kaum ein Arbeitsplatz einem anderen. Daher ist es eminent wichtig, dass sich das Assistenzsystem an ganz unterschiedliche Anforderungen anpassen lässt. In der betrieblichen Praxis von Schleuniger haben sich vor allem die folgenden Faktoren als entscheidend herausgestellt:

• Die Möglichkeit, mehrere Kameras, auch unterschiedlicher Hersteller, einzubinden,
• Protokollieren der Ergebnisse der einzelnen Fertigungsdurchläufe,
• einfache, universelle Schnittstelle zum ERP/EMS, damit etwa Bestandsveränderungen ohne manuelle Eingaben zurückgemeldet werden können,
• Auftragsverwaltung mit Schichtbetrieb,
• Anbindung externer Geräte wie Barcode-Scanner, oder Mess- und Prüfgeräte,
• Kommunikation mit externen Systemen, zum Beispiel einem Roboter oder mit dem Handling-System des EOL-Testers,
• automatischer Informationsabgleich mit dem übergeordneten System.

Skalierbare IPC-Hardware-Plattform

Ein wesentlicher Baustein für die erfolgreiche Einführung des Assistenzsystems bei Schleuniger war die Auswahl des Industrie-PCs als zentrale Hardware-Plattform. Diese soll lüfterlos, für den Dauerbetrieb geeignet und über einen möglichst langen Zeitraum verfügbar sein, um den Pflegeaufwand gering zu halten. Wichtig ist zudem eine gute Ausstattung an Schnittstellen sowie die Möglichkeit, solche durch entsprechend vorhandene, programmierbare digitale IOs zu emulieren, wie etwa den IEE-488-Bus für die Fernsteuerung von Mess- und Testgeräten. Ein weiterer Aspekt ist die modulare Nachrüstbarkeit drahtloser Konnektivität beziehungsweise von Mobilfunkschnittstellen.

Findet die Bildverarbeitung für einen einzelnen Arbeitsplatz direkt in der Kamera statt, reicht ein sparsam ausgestatteter Rechner mit GbE und PoE. In vielen Anwendungen hingegen sind Bilder von mehreren Kameras auszuwerten. Das erfordert einen IPC, der die großen Datenraten prozesssicher verarbeiten kann.

Industrierechner genau auf den Bedarf ausgelegt

Die unterschiedlichen Einsatzszenarien und Systemgrößen erfordern immer wieder ein neues Auslegen des Industrierechners. Diese Aufgabe übernimmt das im bayerischen Deggendorf ansässige Unternehmen Efco Electronics. Bei Schleuniger setzt diese ­Zusammenarbeit erhebliche Ressourcen in Entwicklung und Einkauf frei, weil man nicht ständig die Kompatibilität von Hardware-Modulen, Treibern und Betriebssystemen prüfen und gegebenenfalls anpassen muss.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die IPCs von Efco auf der gleichen Plattform aufsetzen und somit intern weitgehend identisch funktionieren – bis hin zu einem über Gerätegrenzen hinweg austauschbaren Image für die einfache Konfiguration.

Um seine Industriekunden kurzfristig beliefern und im Extremfall am gleichen Tag ein Ersatzsystem bereitstellen zu können, verfügt das Unternehmen über ein gut ausgestattetes Lager mit Rechnern und Zusatzmodulen. Die Design-In-Techniker leben in der gleichen Zeitzone und sprechen die Sprache ihrer Kunden. Das vereinfacht die Kommunikation.

Autor
Thomas Springer, Leiter Vertrieb Test Automation bei Schleuniger