Automatisierung zum Quadrat

Sigmatek produziert modulare Automatisierungskomponenten in Lamprechtshausen. Ein neues fahrerloses Transportsystem mit AGVs von Melkus Mechatronik steigert nun den Automatisierungsgrad, entlastet Personal und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit. 

Die Digitalisierung und Automatisierung der Produktion sind Voraussetzungen für die Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen auf globalisierten Märkten. Zugleich tragen sie wesentlich zur Verfügbarkeit leistbarer Produkte für Konsumierende bei. 

Seit 1988 entwickelt und produziert die Sigmatek GmbH & Co KG mit Sitz in Lamprechtshausen bei Salzburg Produkte für die industrielle Automatisierung. Das eigentümergeführte Familienunternehmen bietet Maschinen- und Anlagenherstellern sowohl Gesamtlösungen als auch äußerst kompakte, modulare Einzelkomponenten mit ­hoher Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit an. 

Dabei deckt Sigmatek als Komplettanbieter von Ablauf-, Bewegungs- und Sicherheitssteuerungen sowie Antrieben und Visualisierungssystemen die gesamte Breite industrieller Automatisierung ab. Ebenso wie die objektorientierte Engineering- und Realtime-Software LASAL entwickelt und produziert Sigmatek mit Ausnahme der Motoren die gesamte Palette der industrietauglichen Elektronikprodukte im eigenen Haus. 

„Dadurch und dank unserer Flexibilität als mittelständisches Unternehmen können wir uns auf einem Markt mit deutlich größeren Mitbewerbern erfolgreich behaupten“, sagt Sigmatek-Geschäftsführer Alexander Melkus. „Passend zu unserem Geschäftszweck und angesichts der hohen Standortkosten streben wir eine hochgradige Automatisierung unserer Produktion an.“ 

Intralogistik bindet Arbeitskräfte 

Als nicht wirtschaftlich automatisierbar galt lange Zeit die Intralogistik, also die innerbetriebliche Materialversorgung an Arbeitsplätzen und Maschinen sowie der Weitertransport der be- bzw. vearbeiteten Materialien. Das mussten die Produktionsmitarbeitenden selbst durchführen und dazu ihre eigentliche Tätigkeit unterbrechen. 

„Das war nicht nur keine adäquate Beschäftigung für unser qualifiziertes Personal, das ohnedies nicht leicht zu finden ist“, weiß Gerald Haas, Vice President Operations bei der Sigmatek GmbH & Co KG. „Wenn diese Fachkräfte wertvolle Zeit mit unproduktiven Nebentätigkeiten wie dem innerbetrieblichen Warentransport verbringen, ist das auch eine gewaltige Einschränkung der Produktivität.“ 

Lange Wege auf zwei Ebenen  

Das ließ den Wunsch nach einem hauptzeitparallelen, automatisierten Transport mit fahrerlosen Transportsystemen reifen. Als erster Schritt sollte der Transport fertig assemblierter Steuerungs-Systembaugruppen von den Montagezellen ins Fertigwarenlager oder bei Bedarf an einen Arbeitsplatz der Qualitätssicherung automatisiert werden. 

Die Transportwege können rund 100 m betragen. Zudem sind die insgesamt neun Stationen über zwei Stockwerke verteilt. Deshalb müssen die Fahrzeuge mit einem Aufzug das Stockwerk wechseln. 

Hauptzeitparalleler Transport 

Um die bestehende Mannschaft zu entlasten, startete Sigmatek daher ein Pilotprojekt mit einem Fahrerlosen Transportsystem (FTS) mit zwei Fahrzeugen für den Transport von Euroboxen im Montagebereich. Aus der Evaluierung verschiedener Hersteller fahrerloser Transportsysteme ging Melkus Mechatronic als Sieger hervor. 

Zu den Auswahlkriterien zählten nicht nur die zu erwartende hohe Servicequalität durch die geografische Nähe. Neben der langjährigen Erfahrung des Herstellers überzeugten Sigmatek die kompakten, wendigen Fahrzeuge des Typs Melkus Q40. Die nur 400 x 400 mm großen AGVs benötigen dank der SLAM-Navigation (Simultaneous Localization and Mapping) keine installierten Navigationspunkte. Sie können – auch unter der feststehenden Last – auf der Stelle drehen und daher auch in extrem beengten Verhältnissen verkehren und lassen sich ohne Kraftaufwand wegschieben, sodass der befahrene Gang seine Funktion als Fluchtweg nicht verliert.  

Mit einer von Sigmatek selbst entwickelten mechatronischen Einheit ist es gelungen, die Stockwerk-Anwahl der Lastenlifte zu automatisieren, ohne in die lifteigene Steuerung einzugreifen. Damit kann das FTS den Lift nun autonom ansteuern. Das Erteilen der Fahraufträge erfolgt über Bedienterminals an den Übergabestationen. 

Bereits dieser erste Automatisierungsschritt brachte einen deutlichen Produktivitätsgewinn. Das fahrerlose Transportsystem erledigt pro Tag mehr als 50 Fahrten. „Das spielt unsere Produktionsmitarbeitenden für ihre eigentlichen Aufgaben frei und hilft ihnen, die Konzentration nicht zu verlieren“, sagt Haas. „So können mehrere Personenstunden täglich direkt in die Produktion fließen.“ 

Speziell für die Elektronik-Fertigung 

Dieser Erfolg legt es nahe, auch die Be- und Entladung der SMT-Linien mit Leiterplatten-Magazinen und Euroboxen per FTS zu automatisieren.  

SMT steht für Surface Mount Technology, eine Technologie bei der Leiterplatten beidseitig mit oberflächenmontierbaren Bauteilen vollautomatisch bestückt, verlötet und geprüft werden. Dazu durchlaufen die Elektronikbaugruppen die Linie zweimal hintereinander. 

Dieser Automatisierungsschritt sollte deutlich größer ausfallen. Erfolgte das Erteilen des Fahrauftrages für die FTS im Montagebereich über Bedienterminals an den Übergabestationen, sollten die Fahrten in diesem Fall durch Verbindung zur ERP-Software bedarfsgerecht angestoßen werden. Zudem sollte die Materialübergabe nicht manuell erfolgen, sondern die Fahrzeuge die leeren Leiterplatten auftragsgesteuert abliefern und die fertigen Elektronikbaugruppen abholen. Dabei müssen die Fahrzeuge ESD-konform ausgeführt sein, um die empfindlichen Elektronikbaugruppen nicht durch elektrostatische Aufladung zu beschädigen. 

In nur sechs Monaten entwickelte Melkus Mechatronic in enger Zusammenarbeit mit Sigmatek den ­Melkus Rack Stacker BLS4060. „Mit diesem dynamischen Klein-AGV schufen wir nicht eine kundenspezifische Sonderlösung, sondern ein Serienprodukt“, betont Ing. David Barth, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei der Melkus Mechatronic GmbH. „Es erfüllt Anforderungen, die wir überall in der Elektronikfertigung oder Feinmechanik antreffen.“ 

Agil in engen Gängen 

Der Melkus Rack Stacker BLS4060 eignet sich für den Transport und das Handling aller gängigen Leiterplattenmagazine ebenso wie der klassischen Euroboxen bis zum Format 400 x 600 mm. Die extrem kurze Entwicklungszeit war dank dem konsequent modularen Aufbau aller Fahrzeuge von Melkus Mechatronic möglich. Er entstand auf Basis des bewährten kompakten Plattform-AGV Melkus C4060. Die LiFePO4-Akkus ­ermöglichen eine unterbrechungsfreie Betriebsdauer von bis zu acht Stunden.  

Eine mit 719 x 676 mm äußerst geringe Grundfläche ermöglicht es dem autonomen Transportfahrzeug, auf engstem Raum zu navigieren. „Die Fahrzeuge müssen sich bei uns die Gänge mit Fußgängern teilen“, weiß Gerald Haas. „Da sie sich nach einem Nothalt ohne großen Kraftaufwand wegschieben lassen, bleibt sogar deren Funktion als Fluchtweg erhalten.“ 

Automatisierte Lastübergabe 

Auch bei der Lastübergabe konnten die AGV-Spezialisten auf praxiserprobte Komponenten zurückgreifen. Gänzlich neu ist jedoch das innovative Liftsystem des Melkus Rack Stackers. Es ermöglicht die flexible Übergabe der Transportgüter auf unterschiedlichen Höhen von 320 bis 1 800 mm. Passend zum modularen Konzept von Melkus Mechatronic, ist es als ­mechatronische Einheit mit einer eigenständigen Steuerung versehen. Obwohl am obersten Punkt einer der beiden LIDAR-Scanner montiert ist, passt das innovative AGV mit einer Gesamthöhe von 1 950 mm durch jede Standard-Tür. 

Die präzise und effiziente Übergabe erfolgt beidseitig über ein integriertes Förderbandsystem mit Klemmbacken zum Ergreifen der Ladungsträger. Da der Melkus Rack Stacker am Stand drehen kann, lässt sich die Lastübergabe auch unter beengten Platzverhältnissen effizient umsetzen. Ein integrierter RFID-Scanner ermöglicht das automatische Identifizieren der Behälter. 

Wie alle AGVs von Melkus Mechatronic nutzen die BLS4060 Automatisierungstechnik von Sigmatek. Das beschränkt sich nicht auf die CPUs, Displays und Elek­tronikmodule, sondern betrifft auch die Navigationssoftware. Sie fahren mit SLAM-Navigation unter der Regie des smarten Traffic Control System TCS – beides Entwicklungen von Sigmatek. Dieses ist mit der ERP-Software und der Lagerverwaltung verbunden. So kann es Daten aus der Materialwirtschaft in Fahraufträge übersetzen. „Um die zusätzlichen Funktionalitäten der Melkus Rack Stacker nutzen zu können, haben wir das TCS erweitert“, erklärt der für die Entwicklung von­ ­SIGMATEK TCS verantwortliche Sigmatek-Applikationsingenieur Gerhard Veldman. „Es berücksichtigt nunmehr die Höhenlage des Lagerortes und einen Versatz in allen Richtungen. So entstand TCS 3D.“ 

Höchste Akzeptanz für Sisi und Franz 

Noch hat die Installation bei Sigmatek nicht den Endausbau erreicht. Dazu sind an den Übergabestellen noch weitere Investitionen erforderlich. Dennoch zeigen sich die Nutzeffekte bereits sehr deutlich. Aktuell gelangen die richtigen Racks auf Basis der Aufträge aus dem ERP-System automatisch zu den SMT-Linien und von dort direkt zum richtigen Lagerplatz oder zu einem Inspektionsarbeitsplatz. „Das entlastet nicht nur unsere Mitarbeitenden von ungeliebten Nebentätigkeiten, sondern hilft auch, Fehler zu vermeiden“, stellt Gerald Haas fest. „Darüber hinaus hat der Entfall des bisherigen Zwischenlagers in der Produktionshalle die Arbeitsplatzqualität verbessert und die Möglichkeit zur Erweiterung von bisher zwei auf drei SMT-Linien geschaffen.“ 

Unter den betroffenen Mitarbeitenden herrscht eine hohe Akzeptanz, denn Sigmatek hat sie von vorn herein in das Projekt einbezogen, um sie für diese zukunftsgerichtete Technik zu begeistern. Bereits von den Melkus Q40 kannten sie die Zuverlässigkeit der AGVs.  

Zur besseren Integration der Melkus Rack Stacker erhielten die Fahrzeuge nach einem internen Wettbewerb die Namen des früheren Kaiserpaars Sisi und Franz. So wurde das neue Robotik-Duo nicht nur ein Teil der ­Sigmatek-Intralogistik, sondern auch ein wertvoller Teil des Teams. 

Bilder: Sigmatek