gesponsertMensch-Roboter-Kollaboration Kollege Roboter hat’s voll im Griff

Montagearbeitsplätze zu automatisieren ist nicht immer einfach. Viele Aufgaben erledigen Menschen besser und schneller – doch längst nicht alle. Wie ein Cobot mit entsprechendem Greifer der Zimmer Group bei Weidmüller den Menschen deutlich entlastet.

Deutsche Produktionsunternehmen stehen vor großen Hürden: Die Marktdynamik wächst, der Wettbewerb nimmt aufgrund der Globalisierung zu, aber auch die demographische Entwicklung sowie der steigende Fachkräftemangel spitzen die Lage zu. Diese Veränderungen betreffen insbesondere den Montageprozess als letztes Glied der Wertschöpfungskette.

Ein Lösungsansatz, um diesem Wandel zu begegnen, ist ein Einsatz sogenannter Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). MRK-Systeme sind aufgrund ihrer Planungskomplexität derzeit jedoch noch mit einem hohen monetären und personellen Aufwand verbunden. Deshalb besteht ein Bedarf an einfachen sowie flexiblen Methoden und Vorgehensweisen, mit denen es Unternehmen aus unterschiedlichsten Branchen mit verschiedensten Anwendungsrandbedingungen (Produktkomplexität, Varianz, Stückzahlen etc.) ermöglicht wird, kollaborative Montagearbeitsplätze einzurichten und einzuführen.

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Montagearbeitsplatz kollaborativ gestalten

Im Forschungsprojekt Safemate, das das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gefördert hat, wurden Strategien und Konzepte zur Einführung und Gestaltung von kollaborativen Montagearbeitsplätzen entwickelt. Der Fokus lag dabei auf sicheren und akzeptierten Arbeitsplätzen, bei denen Mitarbeitende einen hohen Nutzen erkennen. Neben renommierten deutschen Firmen wie Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele und Sennheiser, war auch das Unternehmen Weidmüller aus Detmold Teil dieses Forschungsprojektes.

Die Weidmüller Gruppe ist ein Global Player und spezialisiert auf dem Gebiet der elektrischen Verbindungstechnik und Elektronik. Gemeinsam mit seinen Kunden gestaltet es den digitalen Wandel – mit Produkten, Lösungen und Dienstleistungen für die Smart Industrial Connectivity und das Industrial Internet of Things. Mit seinen Produkten ist Weidmüller überwiegend im Maschinenbau, der Prozessindustrie, der Energiegewinnung und erneuerbaren Energien, der Verkehrstechnik, der Gebäudeinfrastruktur und im Bereich der Gerätehersteller aktiv. Schon lange beschäftigt sich das Unternehmen mit Industrie 4.0. und ist neben Safemate an weiteren Forschungskooperationen beteiligt.

Am Anfang war die Handarbeit

Noch bis vor kurzem wurde bei Weidmüller am Montagearbeitsplatz von Mitarbeitern ein Bestückungs-Prozess von elektromechanischen Komponenten komplett manuell durchgeführt. Im Rahmen von Safemate sollten nun in einer Potenzialanalyse – durchgeführt vom Team um den Prozessingenieur Tobias Stuke von Weidmüller – die einzelnen Verrichtungen von Mensch und Maschine ermittelt und so eine aufgabenoptimale Arbeitsteilung geschaffen werden. So stellte man u.a. fest, dass Roboter die monotonen, sich wiederholenden und kraftintensiven Tätigkeiten des Bestückungsprozesses sehr gut ohne Ermüdung durchführen können. Und das bei einer gleichbleibenden Genauigkeit.

Ohne den Menschen geht es aber nicht: Der Mensch hat besondere Fähigkeiten beispielsweise beim Greifen und Entnehmen unterschiedlich dimensionierter Kleinteile aus dem Haufwerk/der Kiste. Er ist in der Lage diese besser zu erkennen und einzusortieren. Auch im lagerichtigen Zuführen und im anschließenden Prüfprozess ist der Mensch seinem Roboterkollegen überlegen.

Basierend auf diesen Erkenntnissen teilautomatisierte man anschließend in einer ersten Safemate-Pilotanwendung den bis dato manuellen Montageprozess durch den Einsatz einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). So entstand ein hybrider Montagearbeitsplatz, bei dem Mensch und Roboter parallel arbeiten. Die monotonen und kraftintensiven Tätigkeiten führt der Roboter aus, die kognitiv anspruchsvollen Aufgaben der Mensch.

Mensch und Roboter arbeiten Hand in Hand

In der kollaborativen Robotik können Mensch und Roboter Hand in Hand an einem Arbeitsplatz zusammenarbeiten. Aufgrund der sensitiven Steuerungstechnik kann der Roboter eng und ohne Schutzzäune mit dem Menschen zusammenarbeiten. Die Anwendung bedarf einer Validierung, um sicherzustellen, dass die Gefährdung ausreichend minimiert wurde. Das kann im Rahmen einer Messung von Kraft- und Druck erfolgen, die von TÜVs, Berufsgenossenschaften, externen Dienstleistern oder eigenständig durch den Integrator durchgeführt werden. Auch End-of-Arm-Tools, wie z. B. ein Greifer, können auf diese Weise validiert werden.

Für den neuen hybriden Arbeitsplatz, zur Montage elektromechanischer Komponenten, wurde nun ein solcher Cobot vom dänischen Roboterhersteller Universal Robots (UR) an die Seite der Mitarbeiter gestellt, um diesen zuzuarbeiten. Zunächst die führt die Kollegin/der Kollege die Bestückung der Steckerelemente aus. Anschließend führt der Cobot das Eindrücken der elektrischen Kontaktelemente, das Fügen des Steckergehäuses sowie das anschließende Verschrauben der Anschlusskontakte durch. Gleichzeitig wird die Produktivität des gesamten, hybriden Arbeitsplatzes durch den Einsatz eines kollaborativen Roboters und die daraus resultierende Verkürzung der Zwischenschritte bzw. Wartezeiten im Bestückungsprozess erhöht. Im Vordergrund dieser Teilautomation steht die Entlastung des Maschinenbedieners von zeitintensiven und monotonen Zwischenschritten sowie eine ausgewogene Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter.

Ohne Greifer keine MRK

Im Rahmen der Arbeitsplatz-Konzeptionierung wurde u.a. neben der Auswahl eines geeigneten Roboters ebenfalls ein passender Greifer benötigt. Denn die Greiftechnik ist ein elementarer Bestandteil jeder Roboterapplikation. Fündig wurde man relativ schnell beim HRC-02 Greifer des badischen Greiferspezialisten Zimmer Group aus Rheinau. Die Zimmer Group besitzt das derzeit größte Portfolio an MRK-Greifern weltweit, der ausgesuchte Greifer ist sicher und harmonisiert auch mit dem gewählten UR Roboter.

Der speziell für den MRK-Einsatz konstruierte vollelektrische Servogreifer HRC-02 weist keine scharfen Kanten auf und ist so konstruiert, dass bei seiner allseitig abgerundeten Form ein versehentliches Hängenbleiben praktisch ausgeschlossen ist. Darüber hinaus verfügt der HRC-02 über einen flexibel einstellbaren Hub und Greifkraft und kann so viel sensitiver zugreifen als ein konventioneller Greifer. Diese Eigenschaften gepaart mit einer industrieerprobten Konstruktion bieten die maximale Sicherheit für dieses Projekt. Alle MRK-Greifer der Zimmer Group erfüllen dabei die hohen Anforderungen der Schutzprinzipien nach ISO/TS 15066 (MRK-Norm) und sind BG/ DGUV-zertifiziert.

Programmierung leicht gemacht

Beim Safemate-Projekt von Weidmüller lag ein weiterer Fokus darin, den UR-Cobot auch effizient und flexibel am neuen hybriden Arbeitsplatz einsetzen zu können. Daher wurde auch auf eine einfache Handhabung des Roboters geachtet. Überzeugend war die einfache Bedienbarkeit des Cobots, insbesondere im Zusammenspiel mit dem HRC-02-Greifer. Denn es ist kein Zufall, dass alle Greifer der Zimmer Group bestens mit den Leichtbaurobotern von UR zusammenarbeiten können – die Zimmer Group zeigt als UR+-Partner das derzeit größte Portfolio UR-kompatibler Greifer auf der UR+-Webseite. Wo früher aufwendige Programmierungsarbeiten und komplexe Programmierkenntnisse gefordert waren, lassen sich der Cobot von Universal Robots und sein Greifer sehr einfach bedienen. Gesteuert oder programmiert wird der Greifer direkt durch das Roboter-Bedienpanel, welches intuitiv aufgebaut ist – vergleichbar mit einer Smartphone-App.

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Produktivität und Zufriedenheit gestiegen

Der Piloteinsatz des Cobots in der Abteilung Maschinenbau von Weidmüller eröffnet neue Möglichkeiten, auch im Hinblick auf Effizienz und Flexibilität. Durch diese neue, hybride Arbeitsteilung und die einfache Bedienbarkeit sowie leichte Installation des intelligenten Roboters und seines Greifers, kann der Elektronikhersteller nun dem steigenden Fachkräftemangel und dem globalen Wettbewerb ein Stück weit mehr gerecht werden.

Neben der deutlichen Produktivitätssteigerung gab es auch wichtige, nicht monetäre Erfolge, wie zum Beispiel die ergonomische Arbeitsplatzoptimierung und die allgemeine Arbeitserleichterung für die betroffenen Mitarbeiter. So konnten kraftintensive Tätigkeiten wie zum Beispiel das Eindrücken der Kontaktelemente („Verrasten“) und die monotonen Tätigkeiten an den Roboter abgegeben werden. Diese hohe Mitarbeiterakzeptanz gelang auch durch einen partizipativen Implementierungsprozess. Das bedeutet, dass die betroffenen Mitarbeitenden von Anfang an in den laufenden Veränderungsprozess rund um ihren gewohnten Arbeitsplatz einbezogen wurden.

Sicherheit geprüft und zertifiziert

„Ein besonderes Auswahlkriterium des Greifmittels der Zimmer Group war für uns, dass der Greifer neben seinen technischen Eigenschaften schon die geprüfte und zertifizierte Sicherheit für MRK-Systeme mit im Gepäck hatte, das heißt, hier waren wir für unser Projekt beim Thema Greiftechnik schon mal auf der – im wahrsten Sinne des Wortes – sicheren Seite“, betont Prozessingenieur Tobias Stuke. Besonders wichtig sei dem Unternehmen, dass die Mitarbeitenden von der kollaborativen Zusammenarbeit am Ende profitieren. Die neuen Cobots mit ihren Greifern sollen eine spürbare Entlastung darstellen.

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