Vom digitalen Zwilling zur physischen Anlage – Simulation dynamischer Roboterpfade
Volkswagen nutzt Wandelbots NOVA, um eine virtuelle Planung und Simulation einer Pick-and-Place-Anwendung mit einem dynamischen Roboterpfad in NVIDIA Omniverse durchzuführen. Die variierenden Abholpositionen des Werkstücks werden durch ein Vision-System erkannt und in Roboterbewegungen innerhalb der NOVA-NVIDIA-Omniverse-Erweiterung übersetzt. Dieser Prozess ermöglicht es Volkswagen, die Konfiguration von Robotern und Peripheriegeräten für Pick-and-Place-Anwendungen zu optimieren, noch bevor die physische Implementierung erfolgt.
Projekt-Highlights
Über Volkswagen
Die Gläserne Manufaktur der Volkswagen Sachsen GmbH ist Produktionsstandort des VW ID.3 und innerhalb der Volkswagen-Gruppe ein Standort für die Erprobung innovativer Produktionslösungen.
Ziel
Diese Pick-and-Place-Applikation ist ein Teil des Montageprozesses, bei dem ein Signalhorn (Hupe) verbaut wird. Die Cycle-Time dieses Prozesses soll optimiert werden. Das Signalhorn soll vom Greifer am Roboter aus einer Kiste herausgenommen werden, wobei dieser Abnahmepunkt bei jedem Signalhorn variiert. Von dort aus soll das Werkstück an einen festen Platz zur Weiterverarbeitung gebracht werden.
Lösung
Über die NVIDIA-Omniverse-Integration in Wandelbots NOVA wurde der digitale Zwilling einer Automatisierungsanlage für eine Pick-and-Place-Anwendung geplant und für den späteren Aufbau der physischen Zelle die ideale Konfiguration aus Roboter, Werkzeug und dynamischen Roboterpfaden umgesetzt.
Zudem wurde eine Kameralösung in Wandelbots NOVA integriert, mit der die aufgenommenen Pick-Positionen an das Roboterprogramm übermittelt wurden.
Auswirkung
In der Planungsphase wurde die ideale Konfiguration der Automatisierungszelle ohne Investition in Hardware umgesetzt. Die Time-to-Market der physischen Zelle anhand des digitalen Zwillings wird drastisch reduziert, da die virtuelle Planung 1:1 in die physische Zelle übertragen wird.
Herausforderungen & Prozesse
Mit der steigenden Nachfrage nach Elektroautos (EVs) werdenfür etablierte Automobilhersteller effiziente Fertigungsprozesse umso entscheidender. Diese helfen Herstellern, die Marktanforderungen zu erfüllen, Kosten zu senken, Ressourcen zu optimieren und eine pünktliche Fahrzeuglieferung in einem wachsenden EV-Markt sicherzustellen. Volkswagen hat sich mit Wandelbots zusammengeschlossen, um ihre Linie für die Signalhornmontage zu optimieren. Dabei werden verschiedene Roboter, Werkzeuge und Konfigurationen zunächst in einer virtuellen Umgebung getestet, was den Bedarf an kostspieligen physischen Prototypen und Nacharbeit in der Zukunft reduziert.
Diese Pick-and-Place-Anwendung ist Teil des Montageprozesses zur Installation eines Signalhorns im Volkswagen ID.3 Elektrofahrzeug. Der mechanische Greifer des Roboters nimmt das Signalhorn aus einer Box auf, wobei sich die Abholpunkte immer unterscheiden. Der Pick-Prozess wird durch 3D-Vision unterstützt, das in Wandelbots NOVA integriert ist. Das Vision-System erkennt die Position und Ausrichtung der Teile und übermittelt die Daten an das NOVA-Roboterprogramm, sodass der Greifer die Signalhörner präzise aufnimmt und für die weitere Verarbeitung platziert.
Um den Produktentwicklungszyklus effektiv zu verkürzen, muss die virtuelle Planung des Montageprozesses präzise von ihrem physischen Zwilling umgesetzt werden. Für diese Genauigkeit benötigt Volkswagen einen durchgängigen Datenfluss von der virtuellen Umgebung bis zur realen Roboterzelle. Wandelbots NOVA gewährleistet dies, indem es die Szenenerstellung und Konfiguration in der digitalen Trainingsumgebung von NVIDIA Omniverse vereinfacht. Die NVIDIA Omniverse-Erweiterung in NOVA verbindet Omniverse Isaac Sim-Instanzen mit NOVA. Dieses Tool ermöglicht es Volkswagen, die leistungsstarke Simulations-Engine von Isaac Sim, die auf realer Physik basiert, über eine benutzerfreundliche Oberfläche in NOVA optimal zu nutzen. Mit der Omniverse-Erweiterung von NOVA können Volkswagen-Ingenieure Roboterprozesse in virtuellen Umgebungen effizient testen und iterieren, um eine synchronisierte Interaktion zwischen digitalen Zwillingen und physischen Roboterzellen sicherzustellen.
Wir erhoffen uns von der Planung mit NOVA in Omniverse natürlich, dass wir alles, was wir heute schon in der digitalen Planung auch verwenden, weiter nutzen können und viel früher, als uns das heute möglich ist, eben auf eine digitale Baustelle gehen. Das bringt uns letztendlich einen zeitlichen Vorteil und auch einen höheren Reifegrad in der Absicherung unserer Planungsergebnisse.
Dr. Dirk Thieme
Head of New Mobility and Innovations
Volkswagen Sachsen GmbH
Auswirkungen & Ergebnisse
Die Planung der gesamten Anlage wurde rein virtuell durchgeführt, ohne einen einzigen Euro in die Anschaffung von Hardware zu investieren. Auf diesem Weg konnten die Vorteile der Automatisierung des Prozesses ohne Anfangsinvestitionen nachgewiesen werden. Die in NOVA enthaltenen Bibliotheken bieten ultra-realistische 3D-Modelle von Roboterarmen und Peripheriegeräten verschiedener Hersteller, was es Volkswagen ermöglicht, digitale Zwillinge einfach zu erstellen und die optimale Zellkonfiguration vor der physischen Umsetzung zu identifizieren.
Darüber hinaus werden alle in NOVAs Omniservice erstellten Roboterpfade und Bewegungen eins zu eins bei der physischen Implementierung umgesetzt, was die Effizienz der Produktentwicklung erheblich steigert und die Time-to-Market von der virtuellen Planung zur Inbetriebnahme der physischen Anlage deutlich reduziert.