Auf Tuchfühlung. Wieso die Mensch-Roboter-Kollaboration sowohl Unternehmen als auch ihre Mitarbeiter befähigt, Produktionsprozesse zu optimieren.

Helmut Schmid, General Manager Western Europe bei Universal Robots

 

Ein neuer Trend in der Industrie ist zurzeit in aller Munde: Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), bei dem Arbeiter und Roboter auf Tuchfühlung gehen und im Idealfall ganz ohne Schutzumhausung Hand in Hand zusammenarbeiten. Doch so viel auch darüber berichtet und diskutiert wird: Angekommen und flächendeckend akzeptiert im industriellen Alltag ist die MRK noch nicht. Viele Fragen kreisen derzeit noch um das Thema. Nehmen Roboter Arbeitsplätze weg? Ist der Einsatz kollaborierender Roboter gefährlich? Ist die Implementierung nicht zu kosten- und zeitintensiv?

Daher lohnt es sich, einmal auf beide Seiten der Medaille zu blicken. Denn die MRK birgt großes Potenzial und zahlreiche Chancen für beide – Unternehmer wie auch Mitarbeiter.

In Zeiten globaler Märkte steigen nicht zuletzt Wettbewerbs- und Preisdruck. Das rückt Automatisierungslösungen immer stärker in den Fokus von Unternehmern, denn in ihnen liegt für viele der Schlüssel, den Veränderungen und Herausforderungen der kommenden Jahre erfolgreich zu begegnen.

Von der Massenproduktion zurück zu Individualität und Qualität

Um welche Herausforderungen es sich dabei handelt, lässt sich beispielsweise anhand der adidas Speedfactory verdeutlichen: Darin werden Sportschuhe nach Bedarf und absolut individuell auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten produziert. In rund fünf Stunden kann mithilfe von Robotern ein maßgefertigter Schuh aus Garn, einigen Kunststoffkügelchen und einem Paar Schnürsenkel entstehen. Aktuell dauert dessen Produktion von der Bestellung bis zur Auslieferung circa drei Monate. Doch das Konzept soll in diesem Jahr ausgeweitet werden und die Serienfertigung in der ersten Speedfactory in Deutschland beginnen. Besonders komplexere Schuhe wie Laufschuhe sollen dort künftig hergestellt werden. Die Speedfactory trägt somit nicht nur dem Konsumtrend „weg von der grauen Massenware“ und der steigenden Nachfrage nach individuellen Produkten Zeugnis. Sie ist gleichermaßen Statement für die lokale Fertigung am eigenen Standort, also Ausdruck der Überzeugung des Unternehmens, dass in Deutschland bessere Qualität produziert werden kann als in Fernost.

futurecraft_speedfactory_2 (c) adidas
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Dieses Beispiel vereint genau jene Aspekte, die sich auf beinahe alle Branchen und Unternehmensgrößen übertragen lassen: Die Produktvielfalt steigt, die Produktzyklen nehmen ab. Gleichzeitig nimmt aber die Nachfrage der Konsumenten nach individuellen, hochwertigen und nachhaltigen Produkten, die sich von der Masse absetzen, zu. Doch solch variierende Kundenwünsche verlangen produzierenden Unternehmen einiges ab, wenn sie wirtschaftlich agieren wollen. Denn für Hersteller bedeutet diese Tendenz in erster Linie immer kleinere Produktionsvolumina bei immer größerer Variantenvielfalt. Fügt man dieser Gleichung nun noch kürzere Lieferzeiten und den Anspruch höchster Termintreue hinzu, zeigt sich die Komplexität dieses Trends aus Fertigungssicht.

Mensch & Roboter – perfekt als Team

Die MRK ist der passende Lösungsansatz, um diesen Trend in der Produktion umzusetzen. Denn MRK bedeutet, das Beste aus zwei Welten zusammenzuführen. Im Ergebnis tun Mensch und Maschine dann jeweils das, wofür sie am geeignetsten sind. Die Schwächen des einen werden durch die Stärken des anderen ausgeglichen – und umgekehrt.

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Robotertechnik bei der FME Feinmechanik AG, einem Zulieferbetrieb in der Präzisionsmechanik und Medizintechnik © Universal Robots

 

 

Die Aufgaben, an denen die MRK im Produktionsalltag sinnvoll anknüpfen kann, zeichnen sich durch vier grundlegende Merkmale aus: Roboter übernehmen monotone Tätigkeiten wie das Festziehen von Schrauben, die Maschinenbestückung oder ergonomisch sehr belastende und repetitive Aufgaben, zum Beispiel das ständige manuelle Schneiden bestimmter Werkstücke. Diese erfordern innerhalb der Produktion gleichzeitig meist eine konstante Geschwindigkeit und hohe Präzision, um reibungslose Abläufe und gute Produktqualität zu gewährleisten. An solchen Stellen ist der Mensch in der Produktion ohnehin nicht nur „unter Wert“ eingesetzt, sondern er ist auch, was Geschwindigkeit und Präzision angeht, gegenüber einem Roboter potenziell im Nachteil.

MRK-Lösungen bieten demzufolge doppelten Mehrwert: Denn während Roboter repetitive, monotone, belastende bis hin zu potenziell gefährlichen Aufgaben übernehmen, setzen sie menschliche Arbeitskraft frei, die dann für kreativere und anspruchsvolle Arbeiten eingesetzt werden kann.

Auch Roboter müssen kollaborieren

Für die praktische Umsetzung braucht es jedoch den richtigen Helfer, der nicht nur gefahrlos neben dem Menschen arbeiten können soll. Nur mit einem Roboter, der – egal ob Pick&Place, CNC, Qualitätskontrolle, Montage oder Verpacken – als vielseitiges Werkzeug eingesetzt werden kann, gelingt es, wechselnden Anforderungen an die eigene Produktion gerecht zu werden. Kollaborierende Roboter, wie beispielsweise die Roboterarme UR3, UR5 und UR10 von Universal Robots, bringen hier die nötigen Eigenschaften mit, um Automatisierung unter Berücksichtigung aller bisher genannten Aspekte in Unternehmen verschiedenster Branchen und Größen umzusetzen. Denn sie sind nicht nur kostengünstig und flexibel, sondern vor allem leicht und intuitiv programmierbar. So sind für ihre Inbetriebnahme und Bedienung keine hochspezialisierten Roboter- oder IT-Fachkräfte nötig.

Dass jeder Mitarbeiter schnell lernen kann, mit dem Roboter umzugehen, war einer der Grundgedanken hinter ihrer Entwicklung – dieses Prinzip ermöglicht beispielsweise den universellen Einsatz der Roboterarme. Auch ist jeder Roboter mit einem Touchpad ausgestattet, über das die gesamte Programmierung erfolgt. Der Roboterarm kann entweder über Pfeiltasten auf dem Bildschirm oder durch einfaches Greifen des Roboterarms im Teach-Modus „angelernt“ werden. Dabei werden ihm die einzelnen Wegpunkte, die er anfahren soll, Schritt für Schritt gezeigt. Dazu führt der Programmierer den Arm per Hand an die einzelnen Punkte, die dann über das Touchpad gespeichert werden. Aufwändiges Programmieren im Code erübrigt sich damit.

Als Resultat kann der Roboter im laufenden Betrieb und ohne große Zeitverluste immer neue Aufgaben innerhalb der Produktion übernehmen. Die Maschine ist somit keine komplexe Hürde für den Mitarbeiter, sondern ein flexibles, unterstützendes Alltagswerkzeug.

Roboterarme gegen Wettbewerbsdruck

Mithilfe von Robotertechnik hat die FME Feinmechanik AG, ein Zulieferbetrieb in der Präzisionsmechanik und Medizintechnik, ihre Mitarbeiter unlängst von monotonen Aufgaben entlastet. In dem sehr kleinen Unternehmen war Automationstechnologie lange Zeit undenkbar. Traditionelle Industrieroboter waren zu groß, zu teuer und zu gefährlich. Gleichzeitig erfordert das vielseitige Portfolio aber eine hohe Flexibilität in der Produktion.

Steigender Preisdruck, die teils eintönige und mühsame Arbeit der Mitarbeiter und der Wunsch, größere Stückzahlen produzieren zu können, brachten das Unternehmen schließlich auf die MRK. Heute gehören ein fest installierter UR10 Roboter sowie ein mobiler UR5 Roboter zum Unternehmen. Die Anwendung ist so erfolgreich, dass sie das Vorurteil, durch den Einsatz von Robotern gingen Arbeitsplätze verloren, Lügen straft. Denn durch die Verdreifachung der Produktivität und eine wettbewerbsfähigere Preisgestaltung wurde die Einstellung zusätzlicher Mitarbeiter notwendig.

Résumé

Kollaborierende Leichtbauroboter stellen für produzierende Unternehmen eine günstige Alternative zu teuren, althergebrachten Industrierobotern dar. Sie machen Automatisierung bezahlbar und somit zur realistischen Wahl – besonders für kleine und mittelständische Unternehmen.

Die intuitive Bedienung und Programmierung, gepaart mit dem geringen Platzbedarf, ermöglichen überall eine einfache und schnelle Implementierung. Die Roboter sind flexible Werkzeuge und können mobil eingesetzt werden. Dadurch lassen sie sich in kürzester Zeit für wechselnde Aufgaben innerhalb vielseitiger Produktionsprozesse umrüsten. Zusätzliche Sicherheitsfunktionen machen es gleichzeitig möglich, dass der Roboter mit minimaler oder komplett ohne Schutzumhausung seine Arbeit aufnehmen kann. Das macht kollaborierende Roboter prädestiniert für Unternehmen, deren Fertigung durch hohe Variantenvielfalt und kleine Losgrößen geprägt ist.

Vier Stufen der Mensch-Roboter-Kollaboration

Spricht man von Mensch-Roboter-Kollaboration, so gibt es vier verschiedene Ansätze für die Realisierung. Die Grundvoraussetzung: Mensch und Roboter müssen in einem gemeinsamen Arbeitsbereich agieren. Gradmesser für die Abgrenzung der verschiedenen Räume ist das jeweils zugrundeliegende Sicherheitskonzept.

  • Sicherheitsgerichteter überwachter Halt: Beim Zutritt eines Menschen in den Kollaborationsraum stoppt der Roboter. Dieser Stillstand hält solange an, bis der Mitarbeiter den gemeinsamen Arbeitsraum wieder verlassen hat.
  • Handführung: Die Bewegungen und Kräfte, die der Mensch auf den Roboter ausübt, werden mittels Sensoren in eine Roboterbewegung umgewandelt. Der Roboter wird also komplett durch den Mitarbeiter gesteuert, meist unterstützt durch eine Zustimmungseinrichtung wie einen Dreipunktschalter.
  • Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Der Abstand von Mensch und Roboter wird konstant überwacht. Wird die vorgeschriebene Distanz unterschritten, so wird die Geschwindigkeit des Roboters bis auf einen Sicherheitshalt reduziert.
  • Leistungs- und Kraftbegrenzung: Das Gefährdungspotenzial des Roboters wird durch die Beschränkung dynamischer Parameter beschränkt. So werden die Kontaktkräfte zwischen Mitarbeiter und Roboter technisch auf ein ungefährliches Maß begrenzt.

Alle vier Typen der MRK lassen sich beispielsweise auf Basis der Roboterarme von Universal Robots umsetzen. Doch nur die vierte Anwendungsmethode der Mensch-Roboter-Kollaboration stellt aus unserer Sicht die Idealform von MRK dar. Denn nur mittels der Leistungs- und Kraftbegrenzung kann ein Mitarbeiter den Roboter wie ein Werkzeug flexibel in seinen Arbeitsalltag integrieren und an sich verändernde Produktionslayouts anpassen.

www.universal-robots.com

Universal Robots hat mit seinen leichten und flexiblen Roboterarmen die Robotertechnik revolutioniert. Die in Dänemark entwickelten und produzierten Roboter automatisieren die Produktion in allen Branchen – selbst in kleinen und mittelständischen Unternehmen, die Automatisierung bislang für unbezahlbar, aufwändig und schwer integrierbar hielten.