Während der Werker den Greifer montiert übernimmt der Roboter parallel weitere Aufgaben, wie beispielsweise die Teilezuführung oder das Entgraten von Komponenten.
Foto: Schunk

Automatisierungstechnik

Schunk: Smart Factory

Co-act-Szenarien bei der Montage von Industriekomponenten.

Statt Prozesse vollständig zu automatisieren, gewinnen aktuell Teilautomatisierungen an Bedeutung, bei denen die Stärken des Menschen und die Stärken der Robotik synergetisch zusammengeführt werden. Triebkräfte der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) sind die Entlastung der Werker von belastenden oder monotonen Arbeitsschritten, die Verbesserung der Ergonomie am Arbeitsplatz insbesondere vor dem Hintergrund des demografischen Wandels, die Flexibilisierung von Arbeitsprozessen, die Steigerung der Effizienz sowie die Optimierung von Logistik-, Handhabungs- und Beladungsprozessen. Dieser Veränderungsbedarf betrifft auch die Produktion von Schunk, dem Kompetenzführer für Greifsysteme und Spanntechnik.

Sorgfältige Arbeitsplatzanalyse als Ausgangsbasis

Vor Projektstart hat das Team von Schunk analysiert, welche Veränderungsprozesse mit der Einführung einer MRK-Anwendung verbunden sind. Einerseits gilt, die technischen Voraussetzungen für einen normenkonformen Arbeitsplatzbetrieb und damit Rechtssicherheit für die Betreiber zu schaffen und andererseits die Akzeptanz der Mitarbeiter für den Kollegen Roboter zu gewinnen.

Im Zuge einer Arbeitsprozessevaluierung wurden daher bei Schunk Arbeitsplätze und Arbeitsschritte identifiziert, die sich für die Umstellung auf eine MRK-Applikation eignen. Bewertungskriterien waren der erforderliche Programmieraufwand, der Integrationsaufwand innerhalb der gesamten Prozesskette und die Beherrschbarkeit der Gefährdungsanalyse. Dabei wurden Arbeitsplätze mit Taktanforderungen im moderaten Bereich und Prozessketten überschaubarer Komplexität bevorzugt. Ausgewählt wurden Stationen, an denen eine besonders wirkungsvolle ergonomische und psychische Entlastung erreicht wird und Kollaborationszeiten und Eingriffe zunächst eher gering sind. Ein wesentliches Entscheidungskriterium bei der Auswahl der Arbeitsplätze war zudem, dass die besonderen Stärken der Roboter und der Werker klar voneinander abgegrenzt werden konnten. Denn wenn Mitarbeiter ihre Stärken auch weiterhin gesichert in den Gesamtablauf einbringen können, fördert dies die Akzeptanz. Für die Pilotprojekte wurden gezielt Mitarbeiter ausgewählt und frühzeitig einbezogen, die eine hohe Technikaffinität und Neugierde besitzen.

Arbeitsteilung anhand der Stärken

Einer der Use Cases ist das Vormontieren von Greifwerkzeugen: In der Anwendung entnimmt ein 7-Achs-Leichtbauroboter Kuka LBR Iiwa 7 R800, an dessen DIN ISO 9409-1-A-50 Flansch ein modifizierter Schunk Co-act EGP Greifer mit integrierter Schwarz-Weiß-Industriekamera integriert wurde, diverse Grundgehäuse aus einem universell nutzbaren Transportbehältnis und führt sie dem Werker zu. Die exakte Position der Grundgehäuse wird optisch durch die integrierte Kamera erfasst und in Form von Korrektursignalen an den Roboter übergeben. Der Werkstückgriff erfolgt formschlüssig von innen. Dabei ist die Greifkraft des inhärent sicher ausgeführten Greifers auf einen Maximalwert von 140 N begrenzt. Die unterschiedlichen Größen der zugeführten Werkstücke werden erkannt, das entsprechende Produkt klassifiziert und die Bearbeitungsparameter angepasst. Weitere monotone und bisher rein manuell ausgeführte Teilaufgaben sind das Eindrehen von Gewindestiften, das Verschließen der Luftanschlüsse am Greifer sowie das Abstreifen von Schraubenkleber. In einer zweiten Umsetzungsphase wurden auch diese Teilschritte automatisiert. Damit entfallen für den Werker unbeliebte Arbeitsschritte und die Verletzungsgefahr verringert sich. Zwischen der Andienung der Rohlinge und der abschließenden Werkstückbearbeitung sind zusätzliche Montageaufgaben zu erledigen, die effektiver durch den Werker erfolgen: das Einlegen von Federelementen und Dichtringen, eine erste haptische Funktionsprüfung sowie das Befestigen weiterer Einzelbauteile. Sie alle erfordern eine situative Anpassung, die eine der wesentlichen Stärken des Menschen darstellt.

Regelmäßige Sicherheits-Checks, Unterweisungen und Akzeptanzanalyse

Zur normenkonformen Einrichtung des Arbeitsplatzes wurden Risikobeurteilungen und raumbezogene Sicherheitsbewertungen vorgenommen. Zudem wurde bei der Abnahme durch die DGUV sowie bei Überwachungsmaßnahmen der Arbeitssicherheit im Betrieb geprüft, ob die biometrischen Grenzwerte im Kollisionsfall eingehalten werden. Darüber hinaus erhalten die am MRK-Platz eingesetzten Mitarbeiter regelmäßige Schulungen im Umgang mit dem Roboter und in der Wirkung der Sicherheitsmaßnahmen. Zusätzlich wird in regelmäßigen Befragungsrunden die Zufriedenheit ermittelt. Dabei hat sich gezeigt, dass vor allem der Erstkontakt mit dem Roboter erheblichen Einfluss auf die Akzeptanz bei den Mitarbeitern hat. Entscheidend ist das Aussehen des Roboters ebenso wie das subjektive Gefühl der Sicherheit. 

Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen

Die Erfahrung aus diesem Use Case hat gezeigt: Werker müssen bei MRK-Lösungen vom ersten Moment an erfahren können, dass sie die Arbeitsprozesse beherrschen, die Abläufe bestimmen und sich auf die Funktion der Sicherheitssysteme verlassen können. Wer mit zu schnellen Roboterbewegungen startet oder Mitarbeiter durch permanente Fehlersignale nervt, wird innerhalb kürzester Zeit Schiffbruch erleiden. Entscheidend ist, dass stets der Mensch selbst den Takt vorgibt. Er darf auf keinen Fall vom Roboter angetrieben oder gegängelt werden. Und ganz wichtig: Der Bereich Arbeitssicherheit und der Betriebsrat müssen von Beginn an in die Überlegungen einbezogen werden.

Bei der wirtschaftlichen Bewertung von MRK-Projekten hat Schunk neben den unmittelbaren Aufwänden und Kosten weitere Faktoren in Betracht gezogen:

  • Flexibilisierung der Produktion etwa in Form der Mehrmaschinenbedienung

  • Minimierung der Begleitaufwände für die Werkstückzuführung und -lenkung, die in einer Vollautomatisierung der Serienproduktion hohe Kosten erzeugen würden

  • Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit durch die Möglichkeit der schnellen Reaktion und des beherzten sicheren Eingriffs sowie durch das Vermeiden von Ministopps durch Klemmen oder kleine Fehler

  • Reduzierung der Qualitätskosten durch Prozessoptimierungen

  • Robotereinsatz bei monotonen, psychisch anspruchsvollen, jedoch für die Gesamtqualität wesentlichen Prozessschritten, beispielsweise beim Kleben und automatisierten Prüfen

  • Erhöhte Mitarbeiterzufriedenheit und positive Folgen für die Gesundheit der Werker

Ein zusätzlicher Nutzen erschließt sich durch eine Teilautomatisierung, denn so wird die Ausdehnung des Wirkungskreises eines Werkers erzielt oder ein Umbau gesamter Bestandsanlagen vermieden. Ebenso, wenn eine erhöhte Prozesseffizienz und Prozessqualität erreicht wird, indem der Mensch Rüst-, Inbetriebnahme- oder Kontrollaufgaben übernimmt.

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