Montering och end-of-line-provning av superdatorer

Ju fler funktioner en bil har, desto kraftfullare måste dess styrdon vara. Efterfrågan på så kallade superdatorer, som förutom telekommunikation och körkomfort även stöder autonom körning, ökar – och därmed ökar även behovet av automationslösningar för datorkomponenterna. Automationsspecialisten Schnaithmann Maschinenbau GmbH har därför programmerat sju KUKA-robotar så att de kan assistera produktionen av superdatorer.

Smart programmerade robotar monterar superdatorer

Robotarmen på KR AGILUS griper tag exakt i den plastkomponent som behövs till den så kallade HPC-datorn (High Performance Computer). Roboten placerar komponenten i rätt fack i ett buffertmagasin, där ytterligare en robot griper tag i komponenten och sätter in den i komponentkontrollen. Totalt arbetar sju KR AGILUS-robotar snabbt och exakt sida vid sida i en intelligent programmerad process. De hakar aldrig upp sig, tappar inget, monterar och kontrollerar superdatorerna med största noggrannhet. De ser till att endast högkvalitativa komponenter monteras i fordonens superdatorer.

För närvarande möjliggör HPC-datorerna bland annat nedladdning av appar och säkerhetsuppdateringar. På längre sikt ska de även möjliggöra autonom körning. Dessa kraftfulla datorer är så att säga fordonets hjärna. De måste kunna bearbeta stora datamängder och samtidigt vara lätta och kompakta så att de får plats även i mindre fordon. För att kunna producera dessa högpresterande styrdon på ett kostnadseffektivt sätt krävs effektiva och flexibla automationslösningar.

KR AGILUS-robotarna säkerställer felfri effektivitet i monteringsautomationen.

För att lyckas med monteringsautomationen och end-of-line-provningen (EOL) av komponenterna valde en fordonsunderleverantör att engagera automationsspecialisten Schnaithmann Maschinenbau GmbH och KUKA i projektet. Automationsspecialisten från schwäbiska Remshalden har nämligen specialiserat sig på systemlösningar inom anläggningar och specialmaskiner för just monteringsautomation och kan programmera flera robotar för optimal samverkande drift.

”Särskilt spännande fann vi den moduluppbyggda automationen eftersom den inte kräver stelbent perifer utrustning utan är extremt flexibel. Om en komponents design eller konstruktion ändras byts motsvarande cell ut och roboten programmeras om. Sen är det bara att börja montera igen”, förklarar Chris Klöpfer, teknisk försäljning SL, Schnaithmann.

Maximal kvalitetssäkring med end-of-line-provning

Schnaithmann har redan genomfört en rad kundprojekt med KUKA-robotar. Fordonsunderleverantören har länge arbetat med KUKA-lösningar på olika platser och uppskattar robottillverkaren som en tillförlitlig och innovativ partner inom monteringsautomation. Även i detta utmanande projekt föll valet på KUKA:s robotar. KR AGILUS-robotens smala konstruktion, dess mångsidighet samt ESD+-speciallackering – i kombination med den kompakta robotstyrningen KR C5 – var några av de argument som övertygade. I slutet av 2021 gavs klartecken för denna innovativa automationslösning i kundens produktion av superdatorer.

”Kunden ville ha en lösning som ger maximal flexibilitet och som kan anpassas snabbt till en låg kostnad när komponenter ändras”, berättar Joachim Roess, Global Key Account Manager hos KUKA för den aktuella fordonsunderleverantören. Det var viktigt att göra end-of-line-provningen av produkten extremt tillförlitligt. Eftersom dessa superdatorer påverkar körsäkerheten omfattas de av det mycket stränga regelverket i certifieringen för ”Advanced Autonomous Driving Technology”. Oupptäckta mikrosprickor i en superdator skulle kunna orsaka fel i ADAS-systemet (Advanced Driver Assistance System). Dessa mikrosprickor ska uteslutas genom en mycket exakt och helautomatiserad montering under ESD+-skydd samt genom tester som tillförlitlig EOL-provning.

KR AGILUS arbetar med millimeternoggrann precision i chaku-chaku-processflödet.

Robot i chaku-chaku-processflöde

Jämförbara anläggningar använder ofta linjer med transportband, men då är det producerande företaget låst vid vissa storlekar. ”Om produkten ändras eller om end-of-line-provsekvensen bara behöver en smärre förändring, då kan detta leda till kostsamma ändringar av konstruktionen om hela anläggningskonceptet är för stelbent”, förklarar Joachim Roess. Därför föreslog Schnaithmann och KUKA en lösning med flera fristående robotar som arbetar enligt Chaku-Chaku-principen.

Med chaku-chaku-principen placeras den komponent som ska bearbetas av roboten direkt vid stationen, och därifrån flyttar roboten den efter bearbetning till nästa station – utan användning av ytterligare transportmedel som till exempel konventionella transportband. Robotarna flyttar alltså komponenterna direkt från station till station och bearbetar dem där. Detta kräver å ena sidan mindre perifer utrustning och erbjuder samtidigt fler möjligheter för framtida anpassningar av anläggningen eftersom robotarna enkelt kan flyttas och programmeras på en annan plats.

Ett väl inarbetat lag: KR AGILUS-robotarna arbetar sida vid sida utan att vidröra varandra.

Chaku-chaku-principen förutsätter dock att robotarna kan kommunicerar på ett smart sätt med varandra samt att de ömsesidigt låser upp sina respektive arbetsutrymmen. Den klassiska hanteringsapplikationen chaku-chaku låter robotarna, som står fritt i rummet på stativ och socklar, utföra sina arbetssteg i en exakt fördefinierad ordningsföljd.

De KUKA-robotar som arbetar autonomt enligt chaku-chaku-principen behöver inga mänskliga kollegor.

Maximal precision tack vare simuleringar och omfattande EOL-tester

Tack vare att produktionsprocessen simulerades med programvaran KUKA.Sim innan anläggningen togs i drift gjorde det möjligt att identifiera ett optimalt produktionsarbetsflöde. Det optimala och mest kostnadseffektiva produktionsarbetsflödet beror dels på cykeltiden och dels på ett optimalt kapacitetsutnyttjande av robotarna. Förutom att mängden hårdvarukomponenter kan reduceras till ett minimum och därmed sparar utrymme, ger detta även en maximal anpassningsförmåga hos producenten vid förändrade komponentkrav.

Utrymmessnålt och automatiserat: Varje arbetssteg följer en exakt definierad ordningsföljd.

Anläggningen kan därmed snabbt och enkelt riggas om för nya produkter eller förändrade krav. Och genom omfattande tester inom testsystemet, framför allt genom end-of-line-provning, når Schnaithmann, KUKA och fordonsunderleverantören gemensamt målet att endast komponenter av högsta kvalitet monteras i HPC-datorerna.

Kompakt lösning med KR AGILUS, KR C5 micro i kombination med smart programmering

Schnaithmann-teamet valde att införskaffa sju KR AGILUS-robotar som samarbetar helt utan personal i den helautomatiserade anläggningen. Fem av robotarna betjänar buffertmagasinen med komponenter och två robotar utför själva end-of-line-provningen med hjälp av ett vision-system. KR AGILUS utmärker sig med sin slimmade design, mångsidighet och höga precision i kombination med kapslingsklass IP67 och renrumsklass ISO 4.

Alla KR AGILUS-robotar är certifierade och uppfyller standarden ESD+. De uppfyller därmed fordonsindustrins höga krav.

Att vår sexaxlade robot lämpar sig så väl för chaku-chaku-drift beror även på att den kan kombineras med vår mycket kompakta och energieffektiva smårobotstyrning KR C5 micro. Denna kommer till sin rätt i alla monteringslägen – i detta fall på robotens monteringsstativ. Här behövs inget extra kopplingsskåp med fast och oflexibel kabeldragning. KR AGILUS-robotens kompakta konstruktion i kombination med en av de mest utrymmessnåla robotstyrningarna på marknaden uppfyllde exakt fordonsunderleverantörens målsättning: Flexibla komponenter som möjliggör snabb och kostnadseffektiv utbyggnad och anpassning av anläggningen.

Utmaningar bemästrade med speciallack och KUKA:s systemprogramvara (KSS)

”KUKA-robotar är som standard ESD-certifierade enligt de senaste standarderna”, berättar Joachim Roess. ”Men när det gäller autonom körning är kraven högre än inom elektroniksektorn generellt, till och med högre än inom halvledartillverkning.” Till och med låg elektrisk laddning kan ge upphov till mikrosprickor som inte upptäcks vid styrdonets slutkontroll men som leder till förkortad livslängd hos komponenten. För att förhindra detta bad fordonsunderleverantören om en speciallackering som innehåller avledande metallpartiklar, och inte bara för roboten utan även för dess fot och sockel.

Kunden önskar något – vi levererar det: Alla KR AGILUS i anläggningen uppfyller standarden ESD+. Denna standard är mycket svår att uppnå om människor arbetar i produktionen: mänskligt hår och kläder tenderar att laddas upp elektrostatiskt, vilket kräver specialarbetskläder till alla som kommer i kontakt med känsliga elektronikdelar. Dessutom är robotanvändningen ett sätt att hantera den allmänna bristen på kompetent arbetskraft. Idag är det svårt att hitta personal till monotona, repetitiva och samtidigt krävande arbetsuppgifter.

Det perfekta chaku-chaku-processflödet

En annan utmaning var att programmera robotarna så att deras arbetsutrymmen anpassades perfekt till varandra. De sju KR AGILUS skulle ta så liten plats som möjligt i hallen, men robotarnas armar och grippers fick inte kollidera med varandra. ”I vårt operativsystem KSS kan sådana komponentutrymmen implementeras som standard”, förklarar Roess. ”Styrsystemet kan då bestämma när en plats är fri för robot A och när en plats är fri för robot B. Detta förhindrar på ett säkert sätt en kollision mellan robotarna.”

Automationslösningar som dessa kan med fördel skalas upp. De används för att tillverka HPC-datorer till innovativa elfordon.

Även praktiskt: Om kunden vill bygga ut anläggningen med fler robotar kan även dessa snabbt konfigureras om och driftsättas sida vid sida med de andra KR AGILUS-robotarna. Även en utbyggnad av anläggningens maskiner eller andra komponenter utgör inga problem.

Slutsats och framtidsutsikter: en framtidssäkrad lösning

Vi arbetar helst tillsammans med KUKA eftersom de även kunde leverera när tiderna var tuffare.

Chris Klöpfer, teknisk försäljning SL, Schnaithmann

Det aktuella projektet har ännu en gång bevisat detta. Även kunden, en internationell fordonsunderleverantör, är mycket nöjd med att i KUKA ha hittat en tillverkare av ESD-certifierade robotar inom elektronikområdet. Joachim Roess avslöjar att anläggningen, som har varit i drift i några månader, kommer att byggas ut. ”En andra teststation är redan planerad – det kommer gå snabbt och enkelt att genomföra eftersom den här typen av lösning är enkel att skala upp”, berättar Roess. Experter förutspår att efterfrågan på superdatorer till innovativa elfordon kommer att fortsätta öka – automationslösningar som dessa hjälper företag att möta den höga efterfrågan och producera kostnadseffektivt.

Under tiden arbetar fordonsunderleverantören tillsammans med KUKA och olika integratörer på att ta fram fler innovativa lösningar för morgondagens mobilitet. Ett forskningsprojekt har visat att vår mobila robot KMR iiwa lämpar sig mycket väl att assistera vid höghastighetsbestyckning av kretskort. Som en del av splicing-processen ser roboten till att känsliga komponenter hamnar på sina avsedda platser på kretskortet på ett tillförlitligt, snabbt och exakt sätt. Detta är ytterligare ett steg som den internationella fordonsunderleverantören tar för att göra sin produktion – och därmed morgondagens mobilitet – mer effektiv och innovativ.