Kollaborative Roboter in der Industrie : Wo Cobots für die Industrie wirklich sinnvoll sind

Groß war das Interesse an Cobots (kollaborativen Kleinrobotern), die beispielsweise in der Automobilindustrie als Zureicher oder enger Mitarbeiter in der Montage dienen, bis vor einigen Jahren. „Die Idee war, dass monotone Tätigkeiten an die Geräte ausgelagert werden“, erklärt Helmut Nöhmayer, Projektentwickler beim Robotik-Forschungsunternehmen Profactor.

Doch obwohl es einzelne Anwendungsfälle wie bei ABB Elektro-Praga gibt, hat sich die Idee derart enger Kollaboration von Mensch und Maschine nicht wirklich breit durchgesetzt.

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Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass Cobots in der Industrie keinen Platz finden. „Echte Kollaboration ist oft gar nicht sinnvoll, da viele Prozesse das gar nicht benötigen und unwirtschaftlich langsam wären“, betont Nöhmayer. Damit sich ein Roboter wirklich rechnet, sollte er zügig und viel arbeiten – und bei unmittelbarer Kollaboration steht der Mensch aufgrund nötiger Sicherheitsüberlegungen dem letztlich oft wortwörtlich im Wege.

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Eben das Spannungsfeld Sicherheit und Arbeitsgeschwindigkeit hat sich auch bei BRP-Rotax als Hürde für den Einsatz von Cobots in der Fließfertigung erwiesen. Der Gunskirchner Motorenhersteller hat ein Gerät für Verschraubungsaufgaben auf seiner Pilotlinie getestet. Speziell das Thema Sicherheitseinrichtung sei dabei, auch mangels einfacher Regularien, dem Unternehmen zufolge ein schwieriges gewesen.

Daher konzentriert sich BRP-Rotax für den Produktiveinsatz vorerst auf eine einfachere Aufgabe in einer Vormontage. Dort funktioniert der Cobot gut, die derzeit möglichen Arbeitsgeschwindigkeiten stehen aber auch hier einem breiteren Ausrollen noch im Wege. Gelingt es, die Sicherheitseinrichtungen zu vereinfachen und gleichzeitig höhere Geschwindigkeiten fahren zu können, besteht nach Ansicht des Unternehmens jedoch durchaus Potenzial für die Zukunft.

Der Einsatz von Cobots birgt handfeste Vorteile, wie Kosteneinsparungen und die Möglichkeit von Produktionsanwendungen. Diese Zuversicht scheint durchaus begründet. Denn der Verzicht auf einen Schutzzaun, der die Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine streng trennt, an sich bietet schon Vorteile. So können Cobots damit punkten, dass sie intuitivere Ansätze für die Programmierung erlauben.

„Sehr oft führt man den Roboter bei der Prozesserstellung mit der Hand“, weiß Profactor-Experte Nöhmayer. Das macht die Technologie zugänglicher als klassische Vollautomation, selbst wenn die Roboter letztlich ähnlich arbeiten und autonom ihr Programm abspulen – beispielsweise bei Oberflächenbehandlungen.

Eben in diesem Bereich setzt seit kurzem das Ford-Werk Köln auf kollaborative Roboter. Dort kommen sechs UR10-Arme des dänischen Weltmarktführers Universal Robots in der Lackiererei zum Einsatz. Sie prüfen den Korrosionsschutz von Karosserien auf mit freiem Auge kaum sichtbare Unebenheiten, beseitigen diese und saugen auch gleich den beim Polieren anfallenden Staub auf. Mitarbeiter, denen diese monotone Tätigkeit erspart bleibt, übernehmen die abschließende Kontrolle.

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Oberflächenbehandlungen wie das Lackieren, Polieren oder Schleifen mithilfe von Cobots zu automatisieren, das könnte auch für den heimischen Mittelstand beispielsweise in der Holz- oder Metallverarbeitung interessant sein, so Nöhmayer. „Die Hürden, einen Roboter zu nutzen, werden mit Cobots deutlich geringer“, betont er. Daher könnten diese auch in der Kleinserienproduktion Sinn machen.

Das liegt auch am Preis: Cobot-Arme kommen deutlich günstiger als klassische Industrieroboter, darauf basierende Lösungspakete gibt es für einfache Prozesse schon ab etwa 50.000 Euro.

Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz von kollaborierenden Robotern in der Produktion die Automatisierung vorantreiben kann.

Hier sind die Top 5 Vorteile von Cobots:

1. Kosteneinsparungen
2. Benutzerfreundlichkeit
   
3. Automatisierung monotoner manueller Aktivitäten
4. der Preis von Cobots ist günstiger
5. Erhebliche Produktivitätssteigerungen

Interessant seien Cobots im mittelständischen Bereich zudem aufgrund ihrer Flexibilität und der Möglichkeit, selbst automatisierte Prozesse zu erstellen. „Dazu braucht es im Unternehmen Personen, die sich mit der Robotertechnik auseinandersetzen“, meint Nöhmayer. Es sei sinnvoll, die nötige Inhouse-Expertise aufzubauen, um Prozessengineering betreiben zu können und dann jene Vorgänge zu automatisieren, bei denen das wirklich Sinn macht. Im etwas technikscheuen Österreich wirke ein Generationenwechsel dabei oft begünstigend, da sich eher jüngere Mitarbeiter, beispielsweise frisch von der HTL, dafür begeistern können.

Drag&Bot revolutioniert den Roboterbau

Drag&Bot hat ein Betriebssystem für Roboter entwickelt, die nach dem Drag-and-Drop-Prinzip aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt werden können. Der Vorteil: Das System arbeitet unabhängig von der Hardware und erfordert keine Programmierkenntnisse. Drag&Bot unterstützt derzeit aktuelle Robotermodelle von Kuka, ABB, Fanuc, Denso und Universal Robots - an einer weiteren Kompatibilität wird bereits gearbeitet. Das war dem VDMA einen Preis wert. Das Fraunhofer IPA wurde auf dem Maschinenbau-Gipfel mit dem Gründerpreis ausgezeichnet. Cobots überzeugte auch die Jury.

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Verpackung und Palettierung mit Robotern automatisieren

Eine weitere Aufgabe, für die die Geräte in vielen Unternehmen interessant sein könnten, ist die Verpackung. Denn die ist in jeglichem produzierenden Betrieb ein letztlich notwendiger Schritt und für die Belegschaft meist sehr monoton. Genau in diesem Bereich setzt Melecs EWS in Siegendorf im Burgenland mittlerweile seit rund einem Jahr auf einen Cobot aus dem Hause Universal Robots.

Mitarbeiter legen fertige Platinen in den Arbeitsbereich des Roboters, dieser nimmt sie mit einem Strömungsgreifer auf und platziert sie in einem Tray. Der Roboter arbeitet also auch in diesem Fall weitgehend autonom, der Mensch übernimmt den vorgelagerten Prozess des Trennens der Platinen und greift beim Verpacken nötigenfalls ein. „Wenn ein Teil nicht ganz richtig liegt, kann ein Mitarbeiter dies korrigieren“, erklärt Georg Loisel, VP Qualitätsmanagement und Produktionssystem bei Melecs.

Roboter werden in der Industrie bereits intensiv genutzt. Das sind die Top 10 Einsatzgebiete von Cobots in der Industrie:

• Installation von Teilen
• Montage
• Beladen von Werkzeugmaschinen
• Palettierung
• Messtechnik
• Fertigstellung
• Qualitätskontrolle
• Schweißen
• Materialabtrag
• Schrauben

Obwohl Mensch und Maschine also nicht eng kollaborieren, war bei der Projektumsetzung dennoch das Thema Sicherheit eine der Kernherausforderungen. Denn das System kommt ohne Lichtschranken oder Schutzzäune aus. Daher war es unbedingt nötig sicherzustellen, dass etwaige Mensch-Maschine-Kollisionen glimpflich verlaufen. „Der Greifer musste extra gefedert werden“, meint Loisel. Zudem ist die Arbeitsgeschwindigkeit ein wichtiger Faktor. „Bei schnelleren Robotern ist das Risiko höher, es wirken stärkere Kräfte bei Kollisionen“, erklärt Loisel.

Vorteile der Roboter am Arbeitsplatz

In der Projektdurchführung war nach Anpassungen bei der Geschwindigkeit stets mit Messungen zu belegen, dass die Sicherheit in der Interaktion mit Cobots gewährleistet bleibt. Der damit verbundene Aufwand hat dazu beigetragen, dass die Projektumsetzung länger gedauert hat, als ursprünglich geplant. Mit dem Ergebnis zeigt sich Melecs jedoch zufrieden. Denn der Cobot läuft seit einem Jahr in der Serienproduktion stabil und verpackt etwa zwei Mio. Platinen pro Jahr. Für den Anwendungsbereich konnte Melecs so eine 25-prozentige Produktivitätssteigerung erzielen.

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Wo Cobots zum Einsatz kommen, hängt oft auch mit der Arbeitsmarktsituation zusammen. „Ein großer Treiber ist das Thema Fachkräftemangel“, sagt Profactor-Experte Nöhmayer. Das sorgt beispielsweise für eine hohe Nachfrage nach Schweißlösungen wie dem Cobot Welding Package des deutschen Herstellers Lorch. Ein Schweißprofi programmiert das System, auch in diesem Fall intuitiv durch händisches Führen des Roboterarms. Danach kann auch eine angelernte Kraft die Maschine für die Durchführung ihrer Aufgaben bestücken.

In Österreich ist das Lorch-Paket über Vertriebspartner wie Invertech und Lasaco zu bekommen. Je nach Schulungsbedarf und Installationsaufwand belaufen sich die Gesamtkosten hier auf etwa 60.000 bis 70.000 Euro. Der Cobot soll also als günstigere Alternative zur Industrieroboterzelle punkten. Lasaco bietet zudem andere Cobot- Schweißlösungen an, beispielsweise mit einem Universal-Robots-Arm.

Wenngleich sich die enge Kollaboration nicht als ideal erwiesen hat, dürfte sich der Einsatz kollaborativer Roboter in der Industrie also intensivieren. Dabei sind übrigens nicht nur Leichtbauroboter für den Einsatz ohne Schutzzaun interessant. „Ein Trend, den wir jetzt sehen, ist Schwerlast–Kollaboration“, erklärt Nöhmayer. Hier kommen klassische Industrieroboter mit hoher Traglast kooperativ zum Einsatz. Wenn solch ein Gerät beispielsweise einen Motorenblock hebt und dreht, damit ein Prüfer ihn genau inspizieren kann, spielt die Maschine ihre Stärke voll aus. Da sie sich jedoch nur solange bewegt, wie der Mensch dies zulässt, sind hier Risikopotenziale von vornherein minimiert.

Dieser Beitrag erschien erstmals Dezember 2019. Aufgrund seines nach wie vor relevanten Inhalts haben wir ihn gerne für Sie aus dem Archiv geholt.