Für den Einsatz von Robotern gibt es laut World Robotics Report viele Beweggründe: Den Hersteller von Zahnrädern und Getrieben interessiert die hohe Hubkapazität und das Positionierungssystem der Roboter. Weitere wichtige Kriterien sind zuverlässiges Objekthandling und die Dekodierung von Barcodes sowie QR-Codes via Bildverarbeitungssystem. (Bild: Omron)
Robotersysteme weisen heute oft eine deutlich verbesserte Leistung und eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit auf. Das eröffnet neue Automatisierungslösungen, von denen viele nicht zu den 'klassischen' Anwendungen von Industrierobotern gehören. Außerdem bieten Roboterhersteller und Systemintegratoren zunehmend flexible Arbeitszellen mit Standardkonfigurationen an, die schnell in bestehende Produktionssysteme für Standardanwendungen integriert werden können.
Dies bedeutet, dass selbst Kleinserienproduktionen in Bereichen wie Schweißen und Schneiden von Teilen, flexible Montage, Verpackung und Palettierung effizient automatisiert werden können.
Investitionen in Roboter werden immer rentabler und deren Einsatz verbreitet sich daher in der Industrie immer weiter. In der nachfolgenden Bildergalerie wird anhand einer Auswahl von Fallstudien aufgezeigt, welche Art von Nutzen und Rentabilität durch Roboterinvestitionen möglich sind. Die Fallstudien stammen aus dem World Robotics Report 2021.
Bildergalerie: Roboter-Anwendungen und ihre Vorteile
Das schwedische Universitätskrankenhaus Karolinska hat sein Laborteam um einen kollaborativen Roboter von ABB erweitert, um mühsame manuelle Aufgaben zu übernehmen. Neben der verbesserten Arbeitsumgebung wurde eine höhere Effizienz erreicht. Im Bild ist der Cobot YuMi im Umgang mit medizinischen Proben zu sehen. (Bild: ABB)
In der Karolinska werden jedes Jahr Millionen von medizinischen Proben bearbeitet. (Bild: ABB)
Als der kollaborative Roboter in Betrieb genommen wurde, bemerkten die Klinik-Mitarbeiter sehr schnell, dass die Arbeitsumgebung sehr positiv beeinflusst wurde und dass sie ihre Handgelenke entlasteten. (Bild: ABB)
Die effektive Automatisierung von Spritzgießprozessen erfordert neben Präzision und Geschwindigkeit auch immer mehr Flexibilität. Dies ist besonders relevant für die Herstellung von Komponenten in der Automobilindustrie. Dabei betreiben Scara-Roboter der G6-Serie von Epson ein hocheffizientes Handling von Spritzgussteilen. (Bild: Epson)
Flexible Prozesse: Eine der neuesten Hekuma-Anlagen fertigt 16 Teile in einer Zykluszeit von 16 Sekunden. Dies ermöglicht die Produktion von bis zu 16,4 Millionen hybriden Verbindungselementen pro Jahr. Fünf Scara-Roboter erledigen unterschiedlichste Aufgaben in der Anlage. (Bild: Epson)
Zwei Fanuc-Roboter arbeiten Hand in Hand an einer 13 Meter langen Linearachse. Die Kommissionierung steht am Anfang der Montagelinie. Zwei Roboter entnehmen die Teile aus vorbereiteten großen Ladungsträgern von insgesamt 14 Plätzen. Sie werden dann auf Werkstückträger gelegt. Das Handling der Mehrwegverpackungen und die Sicherstellung der Mehrwegfähigkeit sind ebenfalls Teil der Aufgabe. Bei der Kommissionierung kann zwischen manueller und automatisierter Ver- und Entsorgung gewählt werden. (Bild: Fanuc)
Ein 3D-Vision-System, das oberhalb des Systems installiert ist, liefert die für das Greifen notwendigen Positionsinformationen und ermittelt auch Informationen über den Füllstand des jeweiligen Ladungsträgers. (Bild: Fanuc)
Eine eher ungewöhnliche Anwendung für das Roboterfräsen ist folgende: Um realistische Marmor-Repliken zur Bewahrung des Wissens über das bildhauerische Kunsterbe zu erstellen, musste ein technologisches System für die Reproduktion von antiken Stücken wie Statuen und Denkmälern geschaffen werden, die mit den Originalen identisch sind. Das System musste Höhen und Hinterschneidungen erstellen, was mit einer herkömmlichen 5-Achsen-Maschine nicht möglich war. (Bild: HSD)
Denn mit herkömmlichen CNC-Maschinen lässt sich auf fünf Achsen arbeiten, während sich mit Sechs-Achs-Robotern - die mithilfe eines interpolierenden Drehtisches sieben Achsen erreichen - auch Bereiche bearbeiten lassen, die sonst nicht erreichbar sind. Zuvor war es nämlich notwendig, mit den Bearbeitungszentren mehrere Teile zu bearbeiten, die dann später zusammengesetzt werden mussten. (Bild: HSD)
Robotergestützte Endbearbeitung bei den Repliken: Alle Roboter sind mit HSD-Elektrospindeln mit automatischem Werkzeugwechsel sowie variablen Leistungen von 15 kW bis 20 kW ausgestattet. (Bild: HSD)
Die Westheimer Brauerei entschied sich für den Einsatz eines Palettierroboters von Kawasaki. Mit der Bewegung von mehr als 1.200 Kästen pro Stunde konnte ein zentrales Element der Prozesskette in kürzester Zeit erfolgreich automatisiert werden. Der CP500L verwendet einen speziell entwickelten mechanischen Greifer, um die Bierkästen zu befördern. (Bild: Kawasaki)
Der kompakte Palettierroboter hat eine Nutzlast von 500 Kilogramm und eine maximale Geschwindigkeit von 900 Zyklen pro Stunde. Neben der Geschwindigkeit, der Präzision und der kompakten Bauweise des Roboters waren auch die unabhängige Beladung der Maschine und das Cubic-S-Sicherheitssystem ausschlaggebende Argumente. (Bild: Kawasaki)
Um die Effizienz zu steigern sowie ihre Wettbewerbsfähigkeit in der logistischen Verteilung und Einzelhandels-Lieferketten zu erhalten, hat die LQ Gruppe in Automatisierung investiert. Fast am Ende des Systems sind vier Depalettierzellen mit ABB IRB660 aufgebaut, um Kartons entsprechend den Bestellungen zu entnehmen. (Bild: Mech-Mind Robotics)
Es gibt allerdings tausend Arten von Kartons mit verschiedenen Größen, Farben, Mustern, Schattierungen und so weiter, die täglich verarbeitet werden müssen, was mit herkömmlichen Roboterlösungen nicht möglich ist. Um diese Herausforderung zu lösen, setzte Mech-Mind ein 3D-Vision-System ein. (Bild: Mech-Mind Robotics)
Für einen Hersteller von Zahnrädern und Getrieben gab es zwei Gründe für die Wahl von Omron als Roboterlieferant: die hohe Hubkapazität der TM-Roboter und das Positionierungssystem. Weitere wichtige Kriterien sind das eingebaute intelligente Bildverarbeitungssystem des Roboters für das Objekthandling und die Dekodierung von Bar- sowie QR-Codes. Die Cobots sind Teil einer Produktionszelle, die aus vier CNC-Maschinen besteht. Sie werden je nach Bedarf zwischen den Maschinen bewegt. (Bild: Omron Robotik)
Ein OnRobot RG6 Dual Gripper und Cobot sorgen für die reibungslose Automatisierung in einer Highmix Kleinserien-Produktionsstätte. Nach der Installation des OnRobot-Doppelgreifers RG6 begann die Maschine mit dem Einlegen und Entnehmen von Teilen in einem Bearbeitungszentrum. Vorher musste jemand vor Ort sein, um Teile auszutauschen. Das Ergebnis sind deutlich weniger Überstunden und eine erleichterte Arbeit. Die längeren Betriebszeiten, in denen die Maschine automatisch arbeiten kann, haben die Produktionskosten um etwa zehn Prozent gesenkt. (Bild: OnRobot)
Sanmatsu entschied sich für den RG6-Doppelgreifer von OnRobot aufgrund seines Hubes, der Tragfähigkeit und der doppelten Greifer zur Handhabung von Teilen unterschiedlicher Größe und Gewichten in der Metallbearbeitung. (Bild: OnRobot)
Ein Werk in Pilsen produziert über zwei Millionen Klimaanlagen pro Jahr. Ein Mangel an Arbeitskräften und das Bestreben, menschliche Fehler zu minimieren, sind Gründe, warum Daikin Industries bei der Erfüllung ihrer Produktionspläne auf Prozessautomatisierung setzt. Einen Test von Wärmetauschern können nämlich auch Roboter übernehmen. (Bild: Photoneo)
So gab es in einer Montagelinie einen spezifischen Engpass bei der Qualitätskontrolle mitten im Montageprozess, der einen neuen Ansatz auf der Grundlage eines hochwertigen 3D-Vision-Systems erforderte. Die Hauptmotivation, die empfindliche Prüfung zu automatisieren und die Herausforderung an sich lag in der Forderung nach hoher Genauigkeit bei der Inspektion von Wärmetauschern. Da sie aus dünnem, zerbrechlichem Metall bestehen, sind menschliche Fehler bei der vorangegangenen manuellen Prüfung aufgetreten. Die erforderliche Präzision der Roboterführung in der geplanten Automatisierungslösung betrug +/- 1 Millimeter. (Bild: Photoneo)
Von der Covid-19-Pandemie überrascht, verfügte Frankreich nicht über eine ausreichende Versorgung mit Handschuhen, Masken und lebenswichtiger Ausrüstung für Menschen mit Atemnot. Stäublis Lösung war eine automatisierte Zelle, die den Scara-Roboter TS2-60 sowie den 6-Achsen-Roboter TX2-90 kombiniert und nur innerhalb weniger Wochen konstruiert und gefertigt wurde. Diese Roboterzelle, die in eine Produktionslinie integriert wurde, ermöglichte es, die staatliche Reserve an Wärme- und Feuchtigkeitstauscher-Filtern für Beatmungsgeräte in französischen Krankenhäusern schneller aufzubauen. (Bild: Stäubli)
Die Scara-Baureihe von Stäbli hat eine geschlossene Bauweise, was besonders bei Reinraumanwendungen von Vorteil ist - zum Beispiel für anspruchsvolle medizinische und pharmazeutische Anwendungen. (Bild: Stäubli Roboter)
Heute werden in vielen Supermärkten die Produkte direkt von der Palette verkauft, sodass die Verpackungsformen vielfältig sind, einschließlich runder und Open-Top-Verpackungen. Mit einem klassischen Lagenpalettierer ist das Handling dieser Formen nicht möglich. Stattdessen sind kompakte, flexible und leicht bewegliche End-of-Line-Einheiten erforderlich. So wie der kompakte Palettierer/Depalettierer CPA-10, der dynamisches Palettieren und Depalettieren auf bis zu zwei Paletten ermöglicht. (Bild: Yaskawa)
Das flexible End-of-Line-Gerät lässt sich leicht bewegen, auch mit Schutzvorrichtung. (Bild: Yaskawa)
In vielen Fällen sind die Hauptziele von Investitionen in Roboter die Senkung der Betriebskosten, eine verbesserte und konstantere Produktqualität und eine steigende Produktions-Ausbringungsmenge. Die Vielfalt des Einsatzes von Robotern nimmt zu.
Die Implementierung von sogenannten Smart-Robotics-Lösungen (Industrie 4.0 / IIoT / Industrial Internet) bietet zusätzliche Vorteile, wie:
- Leistungs- und Prozessoptimierung durch verbundene, vernetzte Roboter und direkte Maschine-zu-Maschine-Kommunikation
- Rückverfolgbarkeit
- Fehlererkennung und -behebung in Echtzeit und aus der Ferne
- Zustandsbezogene Überwachung, Wartung und Inspektion
- Roboter sind in der Lage, ihre Umgebung zu erkennen und darauf zu reagieren
- Neue Wege der Programmierung
Investitionen in Roboter werden oft aus mehreren der oben genannten Gründe getätigt. Insgesamt steigern Investitionen in die Robotik die Produktivität und sichern Wettbewerbsfähigkeit auf dem Weltmarkt, heißt es in der Studie.
Hauptvorteile von Investitionen in Roboter
Es gibt mehrere Faktoren, die wichtig sind, wenn ein Unternehmen die Investition in ein Robotersystem erwägt, zum Beispiel Auswirkungen auf die Qualität der Teile, die Produktivität (schnellere Zykluszeit), Ausbeute (weniger Ausschuss), verbesserte Arbeitssicherheit, Verringerung der unfertigen Erzeugnisse, größere Flexibilität im Fertigungsprozess und Senkung der Kosten.
Umfragen unter Roboternutzern und potenziellen Nutzern haben gezeigt, dass die Hauptmotive für die Investition in Industrieroboter nachfolgende sind (nicht unbedingt in dieser Reihenfolge):
- Senkung der Betriebskosten
- Senkung der Kapitalkosten
- Verbesserung der Produktqualität und -konsistenz
- Verbesserung der Qualität der Arbeit für die Beschäftigten, Einhaltung der Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften
- Steigerung der Produktionsleistung
- Erhöhung der Flexibilität in der Produktherstellung (zum Beispiel Anpassung an wechselnde Anforderungen)
- Verringerung des Materialabfalls und Erhöhung der Ausbeute
- Platzeinsparung in hochwertigen Fertigungsbereichen
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