Mit der Mensch-Roboter-Kollaboration (kurz MRK) verbinden sich große Hoffnungen, denn auf diese Weise können der Mensch und der Roboter jeweils ihre Stärken zum Tragen bringen.
Mensch-Roboter-Kollaboration: Was verbirgt sich genau dahinter?
Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration beziehungsweise der Verwendung eines Collaborative Robot (kurz Cobot) geht es um die gesetzeskonforme Umsetzung einer Applikation, in der sich Mensch und Maschine gleichzeitig im selben Arbeitsraum befinden können.
In der Praxis wird der Begriff deutlich abweichend gehandhabt. Fast jede Anlage, in der ein Leichtbauroboter Anwendung findet und ein Schutzzaun durch ein Scanfeld ersetzt wurde oder die Arbeitsbereiche auf andere Art und Weise getrennt wurden, wird geläufig als „MRK“ oder „Cobot-Anlage“ bezeichnet.
Status Quo: Wie weit ist das Thema MRK in der Automobilproduktion bereits etabliert?
In fast allen Bereichen der Automobilproduktion finden sich MRK-Applikationen wieder, allerdings sind diese thematisch weit verstreut. Viele Automobilhersteller haben die Technologie inzwischen getestet und für sich erfolgreiche Anwendungen implementiert. Die absolute Anzahl der Applikationen ist jedoch geringer als man vor Jahren prognostiziert hat. „Die Euphorie glich einer „MRK-Revolution“ und dementsprechend hoch lag auch die Erwartungshaltung an die neue Technik.“
Inzwischen ist die Technik einen Schritt weiter und die Planungsprämissen beziehungsweise Randbedingungen, die zu einer erfolgreichen MRK-Applikation führen, sind bekannt. Basierend auf der langjährigen Erfahrung, die Kuka in diesem Bereich hat, darf man durchaus die Frage stellen ob wir beim Thema „MRK“ überhaupt noch von einer Innovation sprechen oder ob wir es bereits mit einer erprobten Technik zu tun haben.
Gleichzeitig ist es eindrucksvoll, wie viele neue Cobot-Hersteller in den letzten zwei Jahren auf den Markt gedrängt sind, inzwischen gibt es über 150 verschiedene Modelle von rund 50 Herstellern. Hinzu kommen die Weiterentwicklungen der Roboterhersteller, die den sicheren (MRK-)Einsatz größerer Industrieroboter anstreben, sowie Unternehmen, die sich auf sichere Schutzhäute fokussieren, um auf diese Weise klassische Industrieroboter zum koexistenten oder kollaborativen Einsatz zu befähigen.
Auch die externen Sicherheitseinrichtungen zum Überwachen des Roboterumfeldes entwickeln sich rasch weiter und werden immer präziser und intelligenter. Neben den klassischen Scannern gibt es inzwischen beispielsweise auch sichere Radartechnik für den Anlagenbau.
Wichtig ist, dass es trotz all der Möglichkeiten in der Umsetzung nicht zu kompliziert wird und dies erfordert meist ein gutes Engineering, oder Abstriche hinsichtlich der tatsächlichen „Mensch-Roboter-Kollaboration“.
Die aktuelle Wirtschaftslage lässt zwar auch den Cobot-Absatz deutlich sinken, aber eine positive Prognose ist sehr wahrscheinlich. Der Trend hin zu Cobots ist somit ganz klar erkennbar. Bei Cobots geht es aber nicht nur um die Möglichkeiten der Zusammenarbeit, sondern auch um die Einfachheit von Bedienung und Programmierung und die schnellen Einrichtungsmöglichkeiten.
Cobots im Einsatz: In welchen Arbeitsbereichen wurde MRK schon etabliert und wo bestehen noch Möglichkeiten?
Das Einsatzfeld von Cobots oder offen gestalteten Anlagen ist sehr vielfältig. Erfolgreiche Applikationen entstehen immer dort wo die Aufgabe und Peripherie ohne größere Anpassungen MRK-gerecht“ ausgelegt werden kann:
In der Qualitätssicherung: kann durch den Einsatz entsprechender Sensorköpfe häufig kontaktlos gearbeitet werden.
Beim Kleben: spielen die Prozessparameter und die damit einhergehenden geringen Geschwindigkeiten einer kollaborativen Anlagentechnik in die Karten.
Auch beim Schrauben gibt es solche Synergien: während dem Schraubvorgang selbst wird das Werkzeug praktisch nicht bewegt. Bei vorgesteckten Schrauben entfällt zudem der „Pick & Place“ Prozess. Das wirkt sich positiv auf die Taktzeit aus und auf eine kostenintensive Zuführtechnik kann verzichtet werden.
Die Kombination der genannten Prozesse findet sich in der Endmontage und deren Aufrüstlinien wieder. In diesem Bereich ist der Automatisierungsgrad noch verhältnismäßig gering und durch weitere Einsatzmöglichkeiten ausbaufähig. Meist liegt dort die planerische Prämisse auf dem „Fließbetrieb“ oder auch als „Assembly in Motion“ bekannt. Bei einer Automatisierung im Fließbetrieb müssen jedoch verschiedene Nebenbedingungen betrachtet werden, die im stationären Taktbetrieb entfallen würden.
Hürden: Was für technologische Herausforderungen gibt es zu bewältigen?
Die technologischen Herausforderungen für eine Automatisierung des Fließbetriebs sind prinzipiell gelöst. Für den Kuka LBR Iiwa kann beispielsweise mit der „Assembly in Motion“ Technology (AIM) das komplette Funktionsspektrum ähnlich einem stationären Be-trieb realisiert werden, MRK-Sicherheit und Sensitivität bleiben dabei erhalten.
Auch für klassische Industrieroboter kann mittels „ConveyorTec“ der Fließbetrieb automatisiert werden. Genauso wichtig wie die Verfügbarkeit dieser Technologie ist die Frage nach der Bauteillage und dem tatsächlichen Arbeitspunkt des Roboters.
Fließbänder laufen nur in der Theorie mit einer konstanten Geschwindigkeit und beim Einsatz von fahrerlosen Transportfahrzeugen (kurz FTF) kommen neben verschiedenen Geschwindigkeiten auch leichte Verdrehungen oder ein Positionsversatz vor. Mittels Sensitivität des Roboters und entsprechender Kamera- und Sensortechnik lässt sich dies problemlos umsetzen.
Die Frage nach der technologischen Herausforderung ist im Moment mehr eine Frage nach der Wirtschaftlichkeit. Wie viel Technik muss für einen stabilen und sicheren Prozess investiert werden und wie lange dauert die Inbetriebnahme dieser Systeme, ergo - rechnet sich die Automatisierung dann noch? Zudem müssen auch organisatorische Hürden berücksichtigt werden.
Viele große Automobilisten ziehen für „Cobots“ die gleichen Anforderungen, Spezifikationen und Instandhaltungsrichtlinien wie für klassische Industrieroboter heran. Jedoch nicht für jede Applikation scheint diese Herangehensweise zeitgemäß. Die Konsequenz ist, dass die preisliche Gestaltung von Cobot-Applikationen allein durch die vorgegebene Peripherie, insbesondere hinsichtlich ihrer Vorgaben der Steuerungstechnik, der eigentlichen Anforderung kaum gerecht wird.
Zukunftsaussichten: Was für mögliche Weiterentwicklungen und Visionen hat Kuka und welche Entwicklung zeigt der Markt?
Wie bereits zuvor erwähnt, wird die Nachfrage nach Cobots mit einer Erholung der Wirtschaftssituation wieder deutlich an Fahrt aufnehmen. Die Gerätepreise werden kontinuierlich geringer und dies bei gleichzeitig stetiger Verbesserung der Technik. Moderne Tools wie „Machine Learning“ können zudem dazu beitragen den hohen Anforderungen an technischen Verfügbarkeiten von Robotern und Applikationen in der Industrie gerecht zu werden.
Voraussetzung hierfür ist die Möglichkeit auf fertige Bausteine zurückgreifen zu können, die dann für den jeweiligen Anwendungsfall nur noch parametriert werden müssen.
Aktuell stellen wir im Markt eine hohe Nachfrage nach fahrerlosen Transportsystemen (FTS) fest. Ganz klar zielen die Automobilhersteller auf eine möglichst flexible Fertigungsstrategie ab. Der Einsatz von FTS ermöglicht den Aufbau flexibler Fertigungszellen.
Ein hohes Maß an Flexibilität wäre mit der Umsetzung der Kuka Matrix-Produktion erreicht. Sie kann durch konfigurierbare Produktionszellen, den Teile- und Werkzeugtransport mittels fahrerloser Transportfahrzeuge und die Trennung von Logistik und Produktion zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil werden.
In den kommenden Jahren werden wir sicherlich Mischformen aus klassischen Linien und teilweise flexibler Produktionsbereiche sehen. Sollte sich das Konzept flexibler Fertigungszellen durchsetzen, kann dies die Komplexität einer robotergestützten Automatisierung reduzieren. In diesem Szenario ist ein hoher Grad an Digitalisierung und ein enger Datenaustausch mit Logistik und Produktionssteuerung erforderlich
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