Die Patch-Abfolge-Optimierung verbessert die Lay-up-Zeit um bis zu 43%

Abhängig von der Reihenfolge, in der die Patches auf einer Form platziert werden, kann die Produktionszeit des Fiber Patch Placement-Prozesses erheblich variieren. Deshalb hat Cevotec eine neue Funktion zur Optimierung der Patch-Reihenfolge in ARTIST STUDIO integriert. Ihr Ziel ist es, eine optimale Reihenfolge für die Platzierung der Patches zu finden und damit die Produktionszeit zu minimieren.

Für jeden Patch-Platzierungszyklus müssen sich zwei kooperierende Roboter koordinieren und korrekt positionieren. Der Werkzeugmanipulationsroboter positioniert die Werkzeugoberfläche für nächste Patch-Ablage senkrecht nach oben. Der Patch-Platzierungsroboter fährt das Werkzeug senkrecht zur Ablageposition an und legt dann den Patch auf dem Werkzeug ab. Wenn die Zyklus der Roboterbewegungen länger dauert als die Bereitstellung der nächsten Patches, verlangsamt sich der Durchsatz des SAMBA-Produktionssystem und die Produktivität sinkt unter 100%.

Typische Patch-Laminate sind komplexe Strukturen, die aus hunderten oder tausenden von Patches in unterschiedlichen Ausrichtungen bestehen. Die Engineering-Software ARTIST STUDIO verwaltet dieses System von Patches und bietet eine übersichtliche Benutzeroberfläche zur Einstellung der relevanten Parameter. ARTIST STUDIO besteht aus einem CAD- und einem CAM-Modul. Das CAD-Modul Patch Artist generiert die Laminate und optimiert sie auf ihre mechanische Leistungsfähigkeit hin. Das CAM-Modul Motion Artist simuliert und optimiert den Fertigungsprozess über ein digitales Zwillingsmodell der Produktionsanlage.

Je nachdem, in welcher Reihenfolge die Patches auf dem Werkzeug platziert werden, sind die Roboterbewegungen mehr oder weniger zeiteffizient. Das Platzieren der Patches in der Reihenfolge der ursprünglichen Generierung in der Software führt in der Regel nicht zum effizientesten Maschinenprogramm. Um den Legeprozess zu optimieren, wenden die Cevotec-Ingenieure nun einen anspruchsvolleren Ansatz an, der auf Algorithmen für Suchprobleme basiert. „Nachdem wir eine große Anzahl potenzieller Algorithmen untersucht hatten, implementierten wir zwei verschiedene Typen“, erklärt Dr. Marek Wieckowski, Teamleiter Software Technology. „Den evolutionären Algorithmus und den Nearest-Neighbour-Algorithmus.“

Der evolutionäre Algorithmus findet die beste Lösung durch Iteration von Patch-Anordnungen, einschließlich Mutationen und Überkreuzungen. Bei jedem Schritt wählt der Algorithmus die beste Lösung für weitere Iterationen aus. Der Algorithmus des „nächsten Nachbarn“ arbeitet anders. Nachdem er die Platzierung eines Patches simuliert hat, wählt er als nächsten den Patch aus, dessen Ablage den kürzesten Roboterweg erfordert. Er reduziert somit die Fertigungszeit in einem Patch-by-Patch-Ansatz.

Erste Tests der Algorithmen an Demonstratoren haben eine Verbesserung der Produktionszeit von bis zu 43% gezeigt. „Diese Einsparung schlägt sich in schnelleren Legezyklen, Zeitersparnis bei Entwicklung und Maschinenvorbereitung, sowie reduzierten Roboterbewegungen nieder, was die Lebensdauer der Roboter verlängert“, führt Felix Michl, CTO von Cevotec, aus. Ingenieure profitieren auch von den verbesserten manuellen Einstellmöglichkeiten in Motion Artist, die bei der Programmierung von Roboterbewegungen in den komplexesten Segmenten eines Bauteils neue Vorteile bieten.

„Während die Optimierung eine Kunst für sich ist, die wir hier bei Cevotec ständig weiter verfeinern, stellt die Implementierung dieser Algorithmen in ARTIST STUDIO einen großen Vorteil für die Hersteller dar. Sie reduziert nicht nur die Produktionszeit und damit die Kosten, sondern erhöht auch die verfügbare Kapazität auf einer SAMBA-Anlage, was die Marge für Hersteller weiter verbessert“, so Dr. Wieckowski abschließend.

Über Cevotec:

Der Münchner Automations-Spezialist Cevotec bietet mit SAMBA und ARTIST STUDIO eines der modernsten Faserverbund-Produktionssysteme weltweit an. An der Schnittstelle zwischen Faserverbund, Maschinenbau und Software entwickelt das Unternehmen Produktionsanlagen und Software auf Basis der Fiber Patch Placement (FPP) Technologie. Die besonders für die automatisierte Faserablage bei komplexen 3D Geometrien geeigneten Anlagen verarbeiten neben Carbonfasern auch Glasfasern, Klebefilme sowie weitere technische Fasern und sind damit für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Die Flexibilität wird insbesondere von Kunden aus der Luftfahrt und Medizintechnik sehr geschätzt, die 20%-60% an Kosten und Zeit sparen beim Wechsel von manuellen Prozessen auf FPP.