Mensch-Roboter-Kollaboration: Beispiel aus der Montage für KMU

In der manuellen Montage sind kollaborative Roboter (Cobots) besonders gefragt. Warum? Sie können in verschiedene industrielle Anwendungsbereiche integriert werden. Dort kooperieren sie eng mit den Mitarbeitenden. Ob in Großunternehmen oder in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU): Der Fokus liegt klar auf der sinnvollen Unterstützung des Menschen bei der Arbeit. Im kostenfreien Whitepaper von item lernen Sie die Einsatzbereiche von Cobots kennen, wie z. B. Palettieren, Schrauben oder Schweißen. Cobots sind vielfältig einsetzbar und bieten viele Vorteile: So lassen sie sich schnell an individuelle Anforderungen anpassen und benötigen nur wenig Platz. Die agilen Helfer sind im Gegensatz zu klassischen Industrierobotern auf die Mensch-Roboter-Kollaboration ausgerichtet. Das bedeutet, dass sich die Cobots den Arbeitsbereich mit den Menschen teilen. Ein Schutzzaun ist hier nicht erforderlich. Doch wie lassen sich kollaborative Roboter optimal in die bestehende Produktion einsetzen? Und wie vermittelt man den Mitarbeitenden, dass sie mit Hilfe von Roboterlösungen ihre Aufgaben effizienter und leichter erledigen? Antworten auf diese Fragen finden Sie am besten in der Praxis. Am Beispiel des Einsatzes eines Cobots in der Montage und im Kleinteilelager bei item in Solingen können Sie sich die Vorgehensweise anschauen.

In der item Europazentrale sollten die Montageprozesse im Sinne des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) schlanker gestaltet werden. Mit geringem Aufwand und dem Einsatz einer Roboter-Anwendung wurden die Prozesse teilweise automatisiert. In der Kleinteilemontage dominierten bis dahin manuelle Tätigkeiten. Zunächst wurden die Prozesse in der Bearbeitung, Montage und Konfektionierung von einem interdisziplinären Team untersucht und analysiert. Dabei wurden die gesamte Prozesskette, alle Einzelprodukte sowie die eingesetzten Systeme betrachtet. Das Team analysierte die auf dem Markt verfügbaren Lösungen: Welche eignet sich am besten für die Automatisierung der Montage von Kleinteilen? Für die Mensch-Roboter-Kollaboration wurde in diesem Beispiel ein Leichtbauroboter von Universal Robots eingesetzt. Im Mittelpunkt der Lösung steht die Fertigung kleiner Losgrößen. Hier zeigen sich entscheidende Vorteile für kleine und mittlere Unternehmen. Gerade wenn die Fertigung häufig an neue Kundenanforderungen angepasst werden muss, eignet sich Robotik für KMU. Für item geht es in diesem Anwendungsfall um die Montage einer Laufrolle, die aus mehreren Komponenten besteht. In der Vergangenheit wurden die Komponenten nacheinander in einem manuellen Montageprozess zusammengefügt.

Mit dem Kollaborativ-Roboter-Montagesystem sollen die Mitarbeitenden in der Montage gezielt entlastet werden. Eigene Produkte wie ergonomische Arbeitsplätze und Bereitstellungswagen kamen im Projekt zum Einsatz. Dank des modularen Baukastenprinzips der item Produkte konnte der Leichtbauroboter nahtlos in die vorhandene Arbeitsumgebung integriert werden. Später folgte die Integration eines Werkstückträgersystems in einer separaten Funktionsinsel.  

Früher erfolgte die Montage der Laufrollen in der Kleinteilemontage von item in einer pneumatischen Fügevorrichtung. Hierfür wurden alle Einzelteile ausgepackt und in Einzelbehältern vorsortiert. Um diesen Aufwand zu reduzieren, übernimmt jetzt der Cobot einen Großteil der Arbeit. Der Ablauf sieht folgendermaßen aus: Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter befüllen mehrere Magazine mit Einzelteilen. Notwendige Komponenten werden vom Cobot aus dem Magazin entnommen und in die Fügevorrichtung gelegt. Anschließend läuft der Fügeprozess automatisiert ab. Als nächstes legt der Roboter die fertige Laufrolle in den Werkstückträger. Durch diese Mensch-Roboter-Kollaboration lässt sich die Fertigung von drei unterschiedlichen Rollentypen teilautomatisieren. Der Cobot übernimmt rund 90 % der Aufgaben. Die Fertigung läuft automatisch durch, sobald die Fügevorrichtung beladen und der Prozess gestartet ist. Der Mensch ist zu 10 % in den Prozess involviert. Daraus ergeben sich viele Vorteile: Während der Cobot arbeitet, können sich Mitarbeitende wertschöpfenderen Tätigkeiten widmen. Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt in diesem Beispiel neben der Entlastung des Personals für Einsparungen beim Verpackungsmaterial. Fertige Laufrollen werden direkt auf dem Werkstückträger gesammelt und anschließend eingelagert.

Vor dieser Robotik-Anwendung wurde eine definierte Anzahl von Rollen händisch in Kartons verpackt. Jetzt übernimmt der Cobot die Zählaufgaben und signalisiert, wenn die vorgegebene Stückzahl erreicht ist. Der Füllstand des Werkstückträgers wird über eine optischen Zähleinrichtung ermittelt. Volle Werkstückträger werden in einer Kiste gestapelt und abgedeckt. Danach werden sie im automatisierten Kleinteilelager eingelagert. So werden in diesem Beispiel gleich mehrere manuelle Arbeitsschritte durch die Mensch-Roboter-Kollaboration eingespart. Wenn bei Ihnen Ähnliches möglich ist, können Sie durch eine Mensch-Roboter-Kollaboration gezielt Ihre Effizienz und Mitarbeiterzufriedenheit steigern.

Um Cobots erfolgreich einzuführen, ist die frühzeitige und abteilungsübergreifende Einbindung aller relevanten Mitarbeitenden entscheidend. Bei item berücksichtigte man zur Umsetzung der Mensch-Roboter-Kollaboration individuelle Wünsche und Ideen. Die Projektergebnisse wurden offen präsentiert. „Eine umfassende Transparenz gleich zu Beginn und während der Realisierung ist das A und O, es soll Akzeptanz statt Ablehnung erreicht werden. Denn die Applikation arbeitet für die Mitarbeiter, nicht gegen sie“, erklärt Przemyslaw Krzysztyniak, Projektleiter und Innovationsmanager bei item. Den Cobot nutzen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter wie ein normales Werkzeug oder Betriebsmittel. Die Arbeitsgeschwindigkeit bestimmen sie selbst.  

Im gesamten Projekt lag ein besonderes Augenmerk auf der intuitiven Bedienung der Anlage. So wurde sichergestellt, dass alle Mitarbeitenden den Cobot in der Kleinteilemontage eigenständig bedienen können. Die Resonanz auf den neuen Cobot-Kollegen war von Anfang an äußerst positiv: „Die Einführung der neuen Technologie hat alle restlos begeistert. Dadurch haben wir eine bessere Arbeitsatmosphäre geschaffen und der Cobot ist ein Teil der Mannschaft geworden“, erklärt Nasim Mahek, Leitstandmitarbeiter in der Kleinteilemontage. Angelehnt an seine schlangenähnliche Haltung und an das Jahr der Implementierung gaben die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dem neuen Kollegen den einprägsamen Namen: „Cobra20“.

Neben dem Personal und den eingesetzten Betriebsmitteln haben auch wirtschaftliche Aspekte einen entscheidenden Einfluss auf die erfolgreiche Integration eines Cobots. Der modulare Ansatz im gesamten item Portfolio sorgt für Flexibilität. So ist Cobra20 nicht nur für einen einzelnen Montageprozess ausgelegt, sondern für die Fertigung mehrerer Produkte. Um das möglich zu machen, setzt man bei item unter anderem auf flexible Greifer der Zimmer Group: Nach einer kurzen Umrüstzeit kann der Cobot Schraubanwendungen durchführen. Das ermöglicht die Fertigung von Bauteilen aus drei verschiedenen Produktgruppen.

Die Mensch-Roboter-Kollaboration im Anwendungsbeispiel ist nicht als geschlossenes, fest installiertes System installiert. Vielmehr kann sie als flexible Lösung bedarfsgerecht an die jeweiligen Arbeitsplätze angedockt werden. Bei aller Flexibilität wurden wichtige sicherheitstechnische Aspekte ebenfalls berücksichtigt. Dazu zählen die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG sowie diverse Normen und technische Spezifikationen, wie etwa die DIN ISO/TS 15066. In puncto Sicherheit ist die bei item umgesetzte Lösung ein Paradebeispiel für eine gelungene Mensch-Roboter-Kollaboration. Der Cobot ist so in die Arbeitsumgebung integriert, dass ein ungewollter Kontakt mit dem Menschen nahezu ausgeschlossen ist. Zusätzlichen Schutz bieten virtuelle Zäune: Verlässt der Roboterarm seinen definierten Arbeitsbereich, wird die Bewegung automatisch gebremst.