Bei Skoda arbeiten Roboter und Mensch schon ohne Schutzzaun zusammen. - (Bild: Skoda)
Was ist MRK?
In der Produktions- und Fertigungstechnik steht die Abkürzung MRK für Mensch-Roboter-Kollaboration, häufig auch Mensch-Roboter-Kooperation genannt. Sie bezeichnet die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsraum, in dem sie nicht von einem Schutzzaun von einander getrennt sind.
VW sieht vor allem in der Montage ein großes Potenzial für den Einsatz. Der Autoriese erklärt: „Der ursprüngliche Gedanke der MRK ist, dass die Stärken des Roboters und des Menschen genutzt und die Schwächen beider Parteien durch Zusammenarbeit kompensiert werden können.“
Das bedeute, in den Bereichen, wo der Mensch tätig ist beziehungsweise Unterstützung benötigt, kann MRK eingesetzt werden. In der Automobilproduktion gehöre zu solchen Bereichen vor allem die Montage, wo der Automatisierungsgrad relativ niedrig ist und es viele ergonomisch ungünstige Arbeitsplätze gibt. „Sowohl in der Fahrzeugmontage als auch in der Komponentenmontage, inklusive Vormontage, werden zurzeit die meisten MRK-Anwendungen umgesetzt.“
Vorteile bei Flexibilität und Mobilität
Die dafür meist eingesetzten Leichtbauroboter haben laut VW im Vergleich zum konventionellen Schwerlast-/Industrieroboter gewisse Vorteile wie Flexibilität und Mobilität. „Um diese Vorteile auszunutzen, werden sie auch nach und nach in den Bereichen Logistik, Karosseriebau, Qualitätssicherung etc. eingesetzt“, so VW. Allerdings sieht der OEM in Sachen MRK noch Luft nach oben: „Die aktuelle Technologie ist noch nicht so weit vorangeschritten.“
Daher gäbe es in den Bereichen, wo nur die menschliche Intelligenz, Geschicke oder Erfahrungen gebraucht werden, weniger Potenzial für MRK. Zudem spiele die Wirtschaftlichkeit immer noch eine große Rolle. „Nicht nur die Ergonomieverbesserung soll erzielt werden, sondern die Erhöhung der Produktivität muss ebenfalls im Mittelpunkt stehen“, so VW. Da die für MRK Robotik während der Arbeit die Sicherheit des Menschen gewährleisten muss, ist diese gezwungen, sich relativ langsam zu bewegen beziehungsweise anzuhalten.
Abbremsen und Anhalten beeinträchtigt die Produktivität. Deswegen sagt VW: „Das große Potenzial ist, das Tempo des Roboters während des Kooperationsbetriebs zu erhöhen.“
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Anwendungen in der gesamten Wertschöpfungskette
BMW sieht sinnvolle Anwendungen für MRK in der Automobilindustrie in der gesamten Wertschöpfungskette. Beispiele dafür sind Prüfprozesse im Karosseriebau, in den Vor- und Endmontagen, in der Motormontage sowie in der Logistik.
Ralf Schönherr, Projektleiter innovative Robotersysteme und Mensch-Roboter-Kollaboration bei BMW, sagt: „Insgesamt legen wir Wert darauf, sinnvolle Lösungen für den jeweiligen Einsatzzweck zu finden. Im Vordergrund steht dabei immer der konkrete Nutzen.“
Aktuell nutzt BMW im Werk Dingolfing einen Leichtbauroboter in der Achsgetriebemontage. Dieser hebt die bis zu 5,5 kg schweren Kegelradgetriebe und fügt sie passgenau ein. Dadurch gewinnt der Werker Zeit für Tätigkeiten, die seinen Fähigkeiten besser entsprechen. Zudem eröffnen sich laut dem Experten auch bei den konventionellen Robotern neue Einsatzmöglichkeiten in der Zusammenarbeit mit dem Menschen. Ein Beispiel dafür ist der Getriebeanbau am BMW-Standort Regensburg. Dort führt ein Werker einen großen Industrieroboter an die Verschraubstation. „Aufgrund der besonders hohen Lasten ist diese Aufgabe nicht von einem Leichtbauroboter zu bewältigen“, so Schönherr.
Unterstützung durch Laser
Um die richtige Position für den Industrieroboter zu finden, wird der Mitarbeiter zwar von Lasern unterstützt, die exakte Position bestimmt aber letztendlich der geschulte Mitarbeiter. Im Anschluss arbeiten Mensch und Maschine synchron im gleichen Arbeitsbereich am gleichen Bauteil. „Selbstverständlich steht auch hierbei die Sicherheit an oberster Stelle“, sagt Schönherr. Sollte ein Werker dem Roboter gefährlich nahe kommen, während sich dieser in Position bringt, bremst der Roboterarm ab.
Trotz zahlreicher Einsatzszenarien in der Fertigung hat MRK für Schönherr auch ihre Grenzen: „Prozesse oder Aufgaben, bei denen es auf die gestalterische Kraft und die Anpassungsfähigkeit des Menschen ankommt, übernimmt auch in Zukunft ein Mitarbeiter. Die kognitiven Fähigkeiten des Menschen bleiben unersetzlich.“
MRK auch bei Ford im Einsatz
Wettbewerber Ford setzt in der Fiesta-Endmontage vier LBR iiwa-Roboter ein. Diese kollaborierenden Roboter, in die Taktung der Linie integriert, unterstützen die Werker am Band bei der Überkopf-Montage der Federbeine an der Hinterachse. „Eine solche Integration von kollaborierenden Robotern ist in der gesamten Autoindustrie einmalig“, erklärt der OEM.
Die Ford-Werke suchen bereits nach weiteren Einsatzorten für MRK und zwar vornehmlich in Bereichen, in denen der Roboter die Mitarbeiter bei ergonomisch schwierigen Tätigkeiten wie eben Überkopfarbeit entlasten kann. „Das betrifft grundsätzlich den gesamten Bereich der Endmontage, aber zum Beispiel auch Vormontagetätigkeiten in der Untergruppenfertigung“, so Ford.
Es gäbe aber auch limitierende Faktoren. Die fehlende Reichweite verhindere beispielsweise den Einsatz bei der Montage im Innenraum. Es gibt Versuche, dies auszugleichen: Ford setzt einen Roboter an einer Station an der Linie zunächst in die Karosserie ein, wo er Module im Interieur verschraubt. Anschließend wird er an einer der folgenden Stationen wieder rausgesetzt.
Einsatz ist ergonomisch sinnvoll
Doch noch sei nicht absehbar, ob dieser Ansatz in der Serienproduktion realisierbar ist. Ein anderer Ansatz ist der Einsatz von Verfahrachsen. Auf ihnen können die Roboter parallel zur Linie mitfahren. Aber auch dieses Verfahren ist noch nicht serienreif. Die handelsüblichen Verfahrachsen sind derzeit noch nicht MRK-fähig. Die aktuell noch geringe Tragfähigkeit von kollaborierenden Robotern schränkt ihr Einsatzgebiet dahingehend ein, dass man sie in Bereichen, in denen schwere, bereits vormontierte Bauteile wie Batterien oder Frontendmodule montiert werden, nicht einsetzen kann. Also in Bereichen, in denen der Einsatz aus ergonomischen Gründen durchaus sinnvoll wäre.
Diese Beispiele aus der Industrie zeigen: Es gibt sinnvolle Anwendungen für MRK in der Automobilproduktion, aber es gibt auch noch Luft nach oben im Zusammenspiel von Montage und Robotik.
Skoda-Werkleiter Slimak über die Einsatzmöglichkeiten von MRK: ‚Never say never‘
Dr. Ivan Slimak ist Werkleiter des Skoda-Standorts Vrchlabí in Tschechien und gilt in Automobilkreisen als ausgewiesener Produktionsexperte.
Herr Dr. Slimak, in welchen Bereichen des Skoda Werks Vrchlabí sehen Sie das größte Potenzial für den Einsatz der MRK?
Wir sehen die Potenziale für den Einsatz von MRKs im Werk Vrchlabí dort, wo wir sensible Montagearbeitsfolgen haben, wenig Platz bei den Anlagen haben und/oder können unsere Mitarbeiter ergonomisch entlasten. Weitere Potenziale sehen wir bei der repetitiven Kontrolle der Teile oder Zusammenbauten, wo man den MRK/Cobot nach dem Bedarf mit verschiedener Sensorik ausstattet kann, wie zum Beispiel Kraftmessung oder Oberflächenkontrolle.
Welche Bereiche Ihrer Produktion eignen sich eher weniger für den Einsatz der MRK?
Never say never. In unserem Werk von Skoda Auto in Vrchlabí haben wir auch einen Bereich der mechanischen Bearbeitung der Komponenten für den Powertrain und dort sind die Taktzeiten an mehr als hundert Maschinen unter 30 Sekunden. Als unsere Produktionsvolumen stiegen, setzten wir hier zwar Automatisierungslösungen ein, aber die sind nicht unbedingt MRKs oder Cobots.
Warum?
Das Handling im Fertigungsfluss mit kurzen Taktzeiten ist bei uns heutzutage in einigen Fällen für den Einsatz von Cobots noch nicht geeignet, weil wir mit dem Cobot diese kurzen Taktzeiten nicht immer erreichen können. Man kann natürlich den Einsatz von MRKs oder Cobots für das Handling nicht pauschal ablehnen, aber es sind Arbeitsplätze und Situationen, wo der Cobot trotz Ablaufs- und Arbeitsplatzoptimierungen noch zu langsam und/oder zu teuer ist.
Was machen Sie stattdessen?
Höhere Priorität als die Taktzeit hat die Sicherheit des Menschen am Arbeitsplatz und der Cobot macht deswegen einige Bewegungen langsamer oder muss das Handling unterbrechen, wenn sich ein Mensch in seiner Nähe befindet oder wenn die Kollaboration oder der Kontakt für den Menschen gefährlich wird. In solchen Fällen installieren wir in unserem Werk statt Cobots die einfachen und günstigeren Manipulatoren mit Sicherheitstüren und verknüpften Verkettungen. Mit solchen Lösungen können wir die Produktivität schnell steigern und die Pay-back-Zeiten für diese Investitionen sind kurz. Das geschieht natürlich oftmals auf Kosten der Flexibilität der Anlagen. Zurzeit brauchen wir die Flexibilität nicht bei jeder Maschine. Das wird sich aber in Zukunft sukzessiv ändern, wenn der Bedarf an Individualisierung der Produkte höher wird und die Cobots billiger, schneller und intelligenter werden.
