Digitaler Assistent Optimum

Bei Ziel-Abegg begleitet das Assistenzsystem ‚Der schlaue Klaus‘ die Mitarbeiter via intelligenter Bildverarbeitung bei der Elektronikbestückung. - Bild: Optimum

Viele Aufgaben in der Montage sind – auch aufgrund sinkender Losgrößen – so komplex, dass sie sich wirtschaftlich nicht automatisieren lassen. Nach wie vor arbeiten daher viele Menschen in der sogenannten Hand-Montage. Diese Werker müssen in vorgegebenen Taktzeiten möglichst fehlerfrei montieren. Das kann für Stress und schlechte Produktqualität sorgen.

Gegebenenfalls müssen Montagefehler durch teuere Nacharbeit wieder ausgemerzt werden. Ändern soll das der Einsatz von Assistenzsystemen. Die 'Helfer' ebnen zum einen den Weg in die Digitalisierung im Sinne von Industrie 4.0 und ermöglichen gleichzeitig eine Null-Fehler-Strategie.

Per Datenbrille die Reihenfolge einhalten

„Assistenzsysteme in der Handmontage bringen den großen Vorteil mit sich, dass menschliche Fehler vermieden werden können“, erklärt Jan-Nils Lohrey, Produktmanager bei Bender, einem Hersteller von elektrischen Sicherheitsprodukten für den Maschinen- und Anlagenbau. So könne der Werker unter anderem mithilfe der Augmented Reality auf einem Tablet oder mit einer Brille dazu angeleitet werden, Montageschritte in der richtigen Reihenfolge, mit den richtigen Komponenten und Werkzeugen und an der richtigen Stelle auszuführen. Montagefehler werden so laut Lohrey verhindert.

„In unserer Produktion wird ein Werker-Informations-System eingesetzt, durch welches die Angestellten die genauen Montageschritte für das aktuell vor ihnen liegende Produkt auf einem Monitor angezeigt bekommen“, berichtet der Produktmanager. Zukünftig ist bei Bender geplant, dieses System durch ein ‚Pick to Light-System‘ zu ergänzen. So soll sichergestellt werden, dass die richtigen Komponenten verwendet werden.

So klappt die Digitalisierung in der Handmontage

„Optische Assistenzsysteme können beispielsweise viel genauer und schneller erkennen, ob auf einer Platine alle SMD-Bauteile vorhanden und am richtigen Platz sind, als es der Mensch erkennen könnte“, berichtet Lohrey. Diese Systeme zur automatischen optischen Inspektion sind auch in der Fertigung bei Bender anzutreffen. Gleichzeitig können unterstützende Systeme laut Lohrey den Angestellten ‚schlechte‘ und eintönige Aufgaben abnehmen.

Bei Bender ist das aktuell zum Beispiel das Zu- und Aufschrauben von Schraubklemmen. „Weiterhin sind zukünftig bei uns auch Handreichungssysteme geplant, welche die Monteure bei ihrer Tätigkeit unterstützen sollen“, teilt Lohrey mit.

Darum eignen sich Cobots als unterstützendes Montagesystem

Cobot Yumi unterstützt bei der Montage von Steckdosen. - Bild: ABB

Wie Peter Rally vom Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation anführt, gibt es folgende Gründe für den Einsatz der kollaborierenden Roboter als Assistenzsystem in der Montage:

  • Verbesserung der körperlichen Ergonomie,
  • Beseitigung (Übernahme) monotoner Tätigkeiten,
  • Übernahme gefährlicher, schädigungsriskanter Tätigkeiten,
  • Verbesserung der Qualität im Prozess (Konstanz, keine Schwankungen, …),
  • Verbesserung der Qualität durch Fehlerfreiheit (Teile verwechseln, Stücklistenpositionen vergessen).

Kollaborierende Roboter werden laut Rally außerdem in der Montage eingesetzt, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. „Vor allem im Fall des wirtschaftlichen Einsatzes birgt der Bereich Montage das Risiko, dass die für den Menschen verbleibenden Tätigkeiten nicht unbedingt eine Verbesserung der Arbeit für den Menschen darstellen“, berichtet Rally.

Auch bei Volkswagen kommen Assistenzsysteme in der Montage zum Einsatz. Ziel ist es dabei meist, ergonomisch ungünstige Arbeitsplätze zu verbessern. Als Vorteile dieser Montagesysteme gelten bei Volkswagen die ergonomische Unterstützung und Verbesserung der Arbeitssituation sowie die Unterstützung für eine höhere Qualität und Genauigkeit. Aber auch das leichtere Abarbeiten der Arbeitsfolgen oder das genauere Positionieren etwa durch Schablonen sowie die Reduzierung des Kraftaufwands werden als positive Effekte der Assistenzsysteme gesehen.

Jeder Arbeitsplatz benötigt individuelles System

Als Nachteil wird ein geringer zusätzlicher mechanischer Handlings-Aufwand entstehen. Damit die Qualität in der Handmontage auch an Arbeitsplätzen ohne unterstützendes System passt, gibt es bei Volkswagen beispielsweise spezielle Schulungen in der Montage-Lernwerkstatt und sogenannte Notstrategien. Grundsätzlich sind die Systeme immer auf den jeweiligen Arbeitsplatz und die dortige Situation abgestimmt.

Unterstützung macht die Arbeit leichter

Das ist auch für den Engineering-Leiter eines großen deutschen Werkzeugmaschinenbauers so ein wichtiger Punkt: „Bei der Montage von kleinen Serien, wo die zu montierenden Teile sich auch noch unterscheiden, unterstützt ein Assistenzsystem den Werker, korrekt zu arbeiten. Bei Losgröße 1 kann ein unterstützendes System also die Arbeit erleichtern“, sagt der Fachmann.

Bei Serien mit großer Stückzahl arbeiten Werker sowieso immer die gleichen Montageschritte ab. Hier gebe es von der Produktionsplanung strenge Taktvorgaben. Die zu montierenden Teile liegen daher jedes Mal an derselben Stelle, die ergonomisch am günstigsten ist.

Und der Monteur weiß, was er wann von wo greifen muss, um in der Taktzeit montieren zu können. „Ohne diesen Automatismus wären die Taktzeiten gar nicht zu schaffen“, berichtet der Engineering-Leiter und fährt fort: „Wenn man dann von einem Assistenzsystem ständig akustische oder optische Signale erhält, dann stört das eher.“

"Assistenzsysteme in der Handmontage bringen den Vorteil, dass menschliche Fehler vermieden werden." - Jan-Nils Lohrey, Produktmanager bei der Bender GmbH & Co. KG

Gefahr der Monotonie 

Grundsätzlich gibt es aus Sicht des Engineering-Leiters zwei sinnvolle Einsatzgebiete für 'Assistenten' in der Handmontage: wenn sie körperlich schwere Arbeit erleichtern oder als Kontrollfunktion dienen. „Körperlich belastende Arbeiten können zum Beispiel mit Hebehilfen, Hubtischen oder kollaborierenden Robotern reduziert werden“, erläutert der Experte. Assistenzsysteme, die Arbeitsanweisungen anzeigen, eigneten sich eher für den Bereich Qualitätskontrolle.

Peter Rally vom Fraunhofer IAO gibt schließlich zu bedenken, dass die für den Menschen verbleibenden ‚Resttätigkeiten‘ in der Montage wenig anspruchsvoll eventuell sogar monoton sein können, wenn kollaborierende Roboter als 'Assistenten' zum Einsatz kommen. „In solchen Fällen ist bei der Arbeitsgestaltung sorgfältig darauf zu achten, dass das Unternehmen die Arbeiten für den Mitarbeiter an anderer Stelle wieder anreichert“, verrät Rally seine Lösung.

3 Beispiele - Diese Assistenzsysteme vereinfachen die Handmontage

Active Assist Bosch
Bild: Bosch

Beispiel 1: ‚Active Assist‘ von Bosch Rexroth

Das System identifiziert per RFID oder Barcode das Werkstück und lädt den benötigen Arbeitsplan sofort sichtbar auf den Monitor. Über Beamer werden die Arbeitsanweisungen direkt auf die Arbeitsfläche projiziert und der richtige Greifbehälter markiert. So wird der Mitarbeiter Schritt für Schritt durch den Arbeitsablauf geführt.

Der schlaue Klaus Optimum
Bild: Optimum

Beispiel 2: ‚Der schlaue Klaus‘ von Optimum

Durch die Kombination von industrieller Bild­erkennung und einer intelligenten Datenbank erkennt das System jeden Schritt und begleitet Mitarbeiter in Echtzeit während der kompletten Montage. Nach dem einfachen Prinzip ‚Anleiten – Überprüfen – Bestätigen – Dokumentieren‘ werden auch diese komplexen Abläufe beherrschbar.

Ulixes Der Assistent
Bild: Ulixes

Beispiel 3: ‚Der Assistent‘ von Ulixes

Mit dem System lassen sich Aufgaben von Wareneingang bis Produktion und Versand optimieren und in die IT-Systeme im Unternehmen einbinden. Mit mehr als 140 Apps, die im offenen App Store bereit stehen, können per Drag & Drop individuelle Aufgaben einfach und ohne Programmieren zusammengestellt und jederzeit angepasst werden.

Video: Mit teilautomatisierter Handmontage zur Industrie 4.0 Fabrik