Vor dem Kommissionieren und Verpacken von Gegenständen ist es oftmals notwendig, diese vorher entsprechend verschiedenster Eigenschaften zu sortieren. Auch sind eventuell vorhandene Lücken zwischen den einzelnen Gegenständen so aufzufüllen, dass immer vollständige Verpackungen produziert werden und sich der Ausschuss reduziert.

Die Lösung dieser Problemstellung erfolgte bisher mit recht unflexiblen und aufwendigen Konzepten, indem zum Beispiel mehrere Produktionsanlagen jeweils eine Produktvariante produzieren und Handling-Systeme die Teile anschließend in die gewünschte Abfolge umsetzen. Besonders bei kleineren Stückzahlen ist dies kein optimaler Weg und es muss oft von Hand nachgeholfen werden.

Ein speziell auf das zu sortierende Produkt abgestimmte Greifkonzept sorgt für schonendes Umsetzen.

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Neben der Hardware ist die Software ebenso auf Flexibilität und Geschwindigkeit ausgerichtet. So ermöglicht die Verwendung einer Beckhoff-Soft-SPS die einfache Anbindung anderer Module über Twincat ADS. Dabei lässt sich die Kommunikation zwischen der in C# erstellten Visualisierung, der SPS und anderer Komponenten wie zum Beispiel einem Vision-System einfach aufbauen beziehungsweise die Software ist unkompliziert auf spezifische Anwenderanforderungen umrüstbar.

Zu Beginn der Sortierung berechnet der Sortier-Algorithmus für jedes auf dem Band neu erkannte Objekt, auf welchen Puffer es abgelegt werden soll. Dabei wird entsprechend der Objekt-Eigenschaften versucht, eine optimale Verteilung aller Eigenschaften-Kombinationsmöglichkeiten auf jedem Teller zu erreichen. Sobald die Puffer gefüllt sind, beginnt der Sortier-Algorithmus damit, die erkannten Objekte zu sortieren. Hierzu unterteilt er die erkannten Objekte in Packungen entsprechend der gewünschten Packungsgröße und berechnet für jede Packung den optimalen Ablauf des Handlings. Dabei wird nicht nur darauf geachtet, dass der eingestellte Algorithmus eingehalten wird, sondern auch, dass die auf dem Puffer verfügbaren Objekte möglichst optimal verteilt sind. Auf diese Weise lässt sich garantieren, dass die maximale Anzahl an korrekten Packungen sortiert wird.

Die Berechnung des Ablaufs ist dabei immer einige Takte in die Zukunft gerichtet, um – wenn nötig – auch noch nachträglich Änderungen vornehmen zu können. Dazu wird vom Sortier-Algorithmus der zukünftige Inhalt der Drehpuffer immer aktuell gehalten. Die berechneten Befehle für das Handling werden anschließend in einem Array für jedes Objekt gespeichert und mit dem Band mit getaktet. Das Handling führt diese Befehle schließlich aus und speichert ebenfalls die Änderungen am Inhalt der Puffer, um die Visualisierung aktuell zu halten.

Die Sortier-Algorithmen im Detail

Standardmäßig ist die Sortroniq mit drei vorgefertigten Algorithmen ausgestattet. Mit dem ersten Algorithmus setzt sie die auf dem Förderband liegenden Produkte so um, dass sortenreine Packungen in spezifizierter Länge entstehen.

Der zweite Algorithmus ermöglicht es, die Abfolge der auf dem Band liegenden Produkte festzulegen. So wäre es bei einem Produkt, von dem es Varianten in blau, grün, rot und gelb gibt, möglich, nur noch Packungen in der Abfolge „gelb-rot-grün-blau“ zu produzieren.
Eine weitere Möglichkeit, die auf dem Förderband liegenden Produkte umzusetzen, bietet der dritte Algorithmus: Hierbei wird statt einer festen Abfolge oder der Länge einer einfarbigen Packung spezifiziert, wie viele verschiedene Farben in einer beliebig großen Packung liegen sollen, damit die Packung nicht zu homogen wirkt. So lässt sich sicherstellen, dass ein „bunter Mix“ auch wirklich bunt ist.

Zusätzlich zur Erfüllung der Sortier-Regeln überwachen die Algorithmen den Füllzustand der Puffer. Dabei wird die Entscheidung, wie die Sortier-Regeln eingehalten werden können, schon lange vor dem eigentlichen Umsetzen des Produkts durch das Handling getroffen. Durch dieses Vorausberechnen ist es möglich, den Sortiervorgang so zu beeinflussen, dass nicht nur korrekte Packungen aus der Maschine kommen, sondern zusätzlich eine möglichst gleichmäßige Anzahl der verschiedenen Produktvarianten auf jedem Rundteller liegt.

Aufgrund der kompakten Bauweise der Maschine – ihr Platzbedarf beträgt lediglich 2 bis 3 m3 – ist ein einfaches Umsetzen der Anlage innerhalb des Betriebs möglich.

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Dies kann dadurch erreicht werden, indem der Sortier-Algorithmus einfach zwei gleiche Produkte aufnimmt, wenn an einer Position schon die korrekte Produktvariante liegt, diese auf dem einen Rundteller aber fast gar nicht und auf dem anderen Rundteller sehr häufig vorkommt. Es wird also das Produkt auf dem Band durch ein Produkt der gleichen Variante ausgetauscht, während auf dem Rundteller, auf dem diese Va­riante sehr selten vorkommt, die Verteilung aller Varianten verbessert wird.

Die gleichmäßige Verteilung ist die Voraussetzung dafür, dass die Sortiermaschine sogar dann korrekte Packungen produzieren kann, wenn wirklich jedes Produkt einer Packung getauscht werden muss. Denn dann muss – zur Einhaltung der gewünschten Taktzeit – jede Variante auf jedem Rundteller vorhanden sein, um für jede Position in der Packung nur einen Tausch durchführen zu müssen.

Sollten die zur Verfügung gestellten Algorithmen nicht ausreichen, um eine spezielle Problemstellung zu lösen, steht durch den modularen Aufbau der Steuerungssoftware einer schnellen Neuentwicklung nichts im Wege. Weiterhin ist durch die Verwendung eines Windows-PC vor allem eine hohe Flexibilität bezüglich der Schnittstellen möglich. Das Anbinden der Maschine an das MES und die Verwendung verschiedenster, anwenderspezifischer Visualisierungen sind aufgrund der modularen Programmierung ebenfalls schnell umsetzbar.

Autor: Rolf Hörnig ist Software-Entwickler bei der Firma BSAuto­matisierung.