Kollaborative Roboter:Hype oder Hoffnung?

Sind Cobots die Antwort auf den Fachkräftemangel in der Fertigungsindustrie?

Fragen Sie den Besitzer einer Maschinenwerkstatt oder eines Blechbearbeitungsbetriebs, das größte Hindernis für das Unternehmenswachstum zu nennen, und Sie werden wahrscheinlich die gleiche Antwort erhalten – es ist weder ein Mangel an Betriebskapital, der sie bremst, noch ein Mangel an fortschrittlicher Technologie. aber etwas viel Grundlegenderes:die Notwendigkeit, dass jemand einen grünen Knopf drückt oder Kisten packt. „Wir können nicht genug Leute finden“, werden Sie hören.

Erschwerend kommt hinzu, dass diejenigen, die ihre Arbeitsprobleme irgendwie überwunden haben – durch Partnerschaften mit Berufsschulen in der Umgebung oder durch interne Weiterbildungsprogramme für Arbeitnehmer – immer noch mit einem ebenso herausfordernden Hindernis konfrontiert sind, nämlich einem harten Wettbewerb durch Hersteller in Niedriglohnländern. Wie kann jemand erwarten, sich über Wasser zu halten, wenn die Gehaltssumme Ihres Konkurrenten nur einen Bruchteil Ihrer eigenen ausmacht?

Arbeitsplatzverbesserer

Die Lösung liegt auf der Hand:Automatisieren. Fahren Sie durch die Gänge jeder Automobilfabrik und Sie werden sicher Horden von gelben, orangefarbenen oder weißen Robotern sehen, die langwierige Montagelinien bedienen. Dasselbe gilt für alle großen Fertigungsunternehmen, in denen Industrieroboter Teile aus Bearbeitungszellen laden und entladen, vorbeilaufende Werkstücke lackieren oder Komponenten in automatisierten Schweißzellen verbinden. Arbeitsproblem gelöst.

Aber was ist mit dem Rest der Fertigungswelt, wo geringere Produktionsvolumina die Automatisierung zu einem scheinbar zweifelhaften Unterfangen machen? Jeder weiß, dass Industrieroboter teuer sind. Sie erfordern qualifizierte Techniker, um sie zu programmieren, und ausgeklügelte Schutz- oder Lichtvorhänge, um Verletzungen ihrer menschlichen Mitarbeiter zu vermeiden. Der Wechsel von einem Job zum nächsten kostet kostbare Zeit, ganz zu schweigen von der Notwendigkeit spezieller End-of-Arm-Werkzeuge, Förderbänder, um Material in die und aus der Reichweite des Roboters zu befördern, und der routinemäßigen Wartung eines weiteren Teils der Fertigungsausrüstung.

Eine universelle Lösung

Obwohl die Herkunft der Begriffe „kollaborativ“ und „Cobot“ heftig diskutiert wird, ist eines klar:Vor etwa 10 bis 15 Jahren versuchten mehrere Robotikanbieter, den Ärgerfaktor mit einer neuen Sichtweise der Automatisierung zu lösen. Der „kollaborative“ Roboter UR5 von Universal Robots (Odense, Dänemark) versprach beispielsweise, Schutzvorrichtungen abzuschaffen. Die Installation dauerte Berichten zufolge weniger als eine Stunde. Die Touchscreen-Oberfläche soll für jedermann einfach genug sein, und der Roboter war leicht genug, um dorthin gebracht zu werden, wo er gebraucht wurde. Und mit einem Preis, der weit unter dem von Industrierobotern vergleichbarer Größe liegt, würden Cobots bald in großen und kleinen Geschäften zu finden sein, prognostizierte das Unternehmen.

Sie hatten Recht. Andere Robotikunternehmen folgten bald diesem Beispiel, und heute produziert praktisch jeder Hersteller von Industrierobotern seine eigene Antwort auf den UR5 oder arbeitet aktiv daran. Tatsächlich sind Cobots so beliebt geworden, dass ein kürzlich auf der Website der Robotic Industries Association (RIA; Ann Arbor, MI) veröffentlichter Blog darauf hindeutet, dass sich der Marktanteil von kollaborativen Robotern von derzeit 3 % bis 2025 verzehnfachen wird.

Eine beeindruckende Zahl, sicher, aber was bedeutet das für traditionelle, weniger menschenfreundliche Roboter – werden sie bald den Weg von riemengetriebenen Maschinen und Werkzeugen aus Kohlenstoffstahl gehen? Und abgesehen von ihrem enormen Wachstumspotenzial, sind Cobots wirklich alles, was sie sein sollen, oder ist dies ein weiteres Beispiel dafür, dass der Marketing-Hype die Realität überholt?

Weniger ist mehr

Stuart Shepherd, Regional Sales Director für Universal Robots Americas (Ann Arbor, MI), glaubt das nicht. Es gibt einige sehr gute Gründe für den Hype, sagte er, darunter weniger Bewachung, weniger Stellfläche und weniger Bedarf an Bedienerschulungen.

„Cobots stellen eine Chance für die Automatisierung dar, die von mehr Unternehmen und in zuvor nicht angesprochenen Anwendungen genutzt werden kann“, sagte Shepherd. „Sie könnten die bedeutendste Veränderung in der Automatisierungsbranche seit der Erfindung von SPS [speicherprogrammierbaren Steuerungen] und tatsächlich Robotern selbst darstellen.“

Hersteller aller Größen profitieren von den Vorteilen, die Cobots für die Produktionsfläche bringen, bemerkte Shepherd und fügte hinzu, dass die Benutzerfreundlichkeit zusammen mit den niedrigen Gesamtbetriebskosten sie besonders attraktiv für kleinere Unternehmen machen. Dies erklärt zum Teil ihr Wachstum, das schneller als der Marktdurchschnitt ist, sagte Shepherd, obwohl er schnell darauf hinweist, dass, weil die Implementierung von Cobots einfacher ist als bei Industrierobotern, ihr Einsatz sich über die Fertigung hinaus auf die Lebensmittelverarbeitung ausdehnt. Lagertätigkeiten, Labor- und wissenschaftliche Anwendungen.

Automatisierung neu denken

Ungeachtet der breiten Anwendungsmöglichkeiten lösen Cobots am häufigsten das oben beschriebene schwerwiegende und allgegenwärtige Problem im traditionellen Fertigungsbereich:den Mangel an qualifizierten, verfügbaren Talenten für die Arbeit in der Fabrikhalle. Das sagt Jim Lawton, Chief Operating Officer beim Cobot-Hersteller Rethink Robotics Inc. (Boston).

„Mit ihrer Fähigkeit, Aufgaben zu erledigen, die bisher nur von Menschen erledigt werden konnten, spielen Cobots eine Schlüsselrolle bei der Linderung dieser Schmerzen“, sagte er. „Darüber hinaus können sie Jobs besetzen, die menschliche Arbeiter nicht gerne übernehmen, einschließlich solcher, die mühsam, anstrengend oder absolut gefährlich sind, und geben den Mitarbeitern die Möglichkeit, zu wünschenswerteren Rollen überzugehen.“

Industrieroboter übernehmen seit Jahrzehnten gerne schmutzige Jobs. Was macht Cobots so besonders? Lawton bot mehrere Argumente an:

• Mit ihrer integrierten Kraftmessung eignen sich Cobots perfekt für die Elektronikmontage und ähnlich heikle Arbeiten.
• Da sie in der Regel keine Bewachung erfordern, eignen sie sich auch hervorragend für Aufgaben wie Verpackung, Produktprüfung und -inspektion und in der Tat für jede Umgebung, in der sich Menschen aufhalten.
• Die Fähigkeit, Cobots schnell und einfach einzusetzen, macht sie ideal für kurze Produktionsläufe und häufige Umstellungen, ein großer Trend in der Fertigung.
• Cobots können auch neben größeren Industrierobotern arbeiten und deren Arbeit ergänzen.
• Die meisten Cobots können trainiert werden, indem einfach der Arm bewegt wird, um die gewünschte zu erledigende Aufgabe zu demonstrieren. Es sind keine umfangreichen Softwarepakete erforderlich.
• Für saisonale Hersteller oder solche, die große Schwankungen bei der Kundennachfrage feststellen, bieten Cobots eine zuverlässige, anpassungsfähige Ressource für Spitzenbedarfszeiten.

„Cobots bieten Herstellern die Möglichkeit, heute so viel mehr zu automatisieren als in früheren Jahren, sodass sie unabhängig von der Branche wettbewerbsfähig und innovativ bleiben können“, sagte Lawton. „Einfach gesagt, sie sind zuverlässig, effektiv und anpassungsfähig und helfen Unternehmen, erfolgreicher zu werden.“

Auf die Zehen treten

Wenn Sie sich fragen, wo Ihr Geschäft etwas von diesem Erfolg haben kann, sollten Sie einige Dinge beachten, bevor Sie an Bord des Cobot Express steigen. Zunächst einmal möchte kein Produktionsleiter oder Ladenbesitzer sehen, wie seine Mitarbeiter wegen einer vermeintlichen Roboterrevolution meutern. Bei der Integration dieser neuen Technologie in die Fabrikhalle ist es für Hersteller wichtig, die Arbeiter aus Fleisch und Blut wissen zu lassen, dass Cobots da sind, um ihnen bei ihrer Arbeit zu helfen, nicht um sie zu ersetzen.

Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Cobot-Integration beginnt ebenfalls mit der Auswahl der richtigen Aufgabe. Wie Lawton betont, wenn ein Cobot nicht verwendet oder geschätzt wird, liegt das fast immer daran, dass er für die falsche Aufgabe eingesetzt wurde. „Cobots sind nicht dazu gedacht, alle Automatisierungsanforderungen zu erfüllen, und einige Aufgaben eignen sich besser für die Technologie als andere“, sagte er. „Hier wird es für einen Hersteller wirklich wichtig, vom ersten Tag an direkt mit dem Cobot-Anbieter oder -Distributor zusammenzuarbeiten, um die richtige Anwendung zu identifizieren und sicherzustellen, dass der Cobot optimal genutzt wird. Von dort aus erfolgt die Implementierung und Integration in bestehende Prozesse reibungslos und nahtlos.“

Grün werden

Rick Maxwell, Director of Engineering für das allgemeine Industrie- und Automobilsegment bei FANUC America Corp. (Rochester Hills, MI), stimmte zu und fügte hinzu, dass es wichtig sei, den Anwendungsbedarf zu bewerten, um die richtige Roboterlösung bereitzustellen. „Ist es von Natur aus wirklich kollaborativ oder eignet es sich besser für einen traditionellen Industrieroboter?“ er sagte. „Die Entscheidung, was für die Bedürfnisse des Kunden besser geeignet ist, hängt weitgehend von den Durchsatzanforderungen des Betriebs sowie dem Gewicht und der Komplexität des Objekts oder Teils ab, das gehandhabt werden muss.“

Es gibt einen Haken, auf den Fans traditionellerer Automatisierung schnell aufmerksam machen:Die meisten Cobots sind alles andere als blitzschnell. Wie Maxwell betonte, eignen sich Cobots am besten für einfache, unkomplizierte Pick-and-Place-Anwendungen, und zwar mit einer langsamen und gleichmäßigen Geschwindigkeit. Dies wird sich mit der Verbesserung der Cobot-Technologie mit ziemlicher Sicherheit ändern, aber erwarten Sie zumindest vorerst nicht, dass ihre Geschwindigkeit auch nur annähernd an die blitzschnellen Bewegungen von Industrierobotern heranreicht.

Aber das ist OK. Die Notwendigkeit für Menschen, sicher mit Maschinen in Fertigungsarbeitszellen zu interagieren, ist durchaus real, eine Aktivität, die durch die Fähigkeit eines Cobots ermöglicht wird, unerwarteten Kontakt mit Objekten in seinem Arbeitsbereich zu erkennen, wodurch Einschränkungen beseitigt werden, die sie daran hindern, ihre Arbeitsplätze mit Menschen zu teilen. Maxwell sagte:„Dies ist ein großer Sicherheits- und Kostenvorteil, da der Roboter anstrengende Aufgaben und sich wiederholende Vorgänge ausführen kann, ohne dass teure industrielle Sicherheitsbarrieren erforderlich sind.“

Wer kauft?

Wie andere Bauunternehmen erhält FANUC eine wachsende Zahl von Anfragen von Unternehmen, die nach einer kollaborativen Roboterlösung suchen. Ironischerweise kommt ein beträchtlicher Teil dieser Anfragen aus einer unerwarteten Quelle:von größeren Herstellern, die über umfangreiche Erfahrung mit Industrierobotern verfügen. „Möglichkeiten für kollaborative Roboteranwendungen gibt es in allen Unternehmen, ob groß oder klein“, sagte Maxwell.

Nicolas De Keijser, Business Line Manager Assembly and Test bei ABB Robotics (Auburn Hills, MI), sieht einen ähnlichen Trend. „Da Cobots in der Regel einfacher zu bedienen und kostengünstiger zu integrieren sind, sind sie für kleine oder mittlere Unternehmen sehr attraktiv, da sie die Automatisierung leichter erreichbar machen“, sagte er. „Im Vergleich zu herkömmlichen Robotern gibt es also wahrscheinlich eine gleichmäßigere Nutzung von Cobots über das gesamte Fertigungsspektrum in Unternehmen jeder Größe.“

Abgesehen von Pick-and-Place, wofür werden Cobots verwendet? Von der Gesamtnachfrage waren sich De Keijser und Maxwell einig, dass der Löwenanteil des zukünftigen Wachstums voraussichtlich aus dem Materialtransportsegment kommen wird, wo Cobots zum Verpacken von Teilen, Palettieren von Kisten, Beladen von Förderbändern und mehr eingesetzt werden, obwohl De Keijser dies hinzufügte Einige Cobots eignen sich besonders gut für komplexe Montageaufgaben, einschließlich kleiner oder empfindlicher Komponenten. Sie sind auch ein Favorit für die Maschinenbeschickung, das Be- und Entladen von beispielsweise CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren oder das Herausziehen fertiger Teile aus Kunststoff-Spritzgussformen.

Nicht so schnell

Unabhängig von der Anwendung oder der Unternehmensgröße müssen diejenigen, die an die Leistung eines Industrieroboters gewöhnt sind, einige Dinge beachten, bemerkte David M. Robers, Robotics Sales Manager für Amerika bei Denso Robotics (West Chester, OH). „Cobots werden oft in Anwendungen verkauft, in denen sie nichts zu suchen haben“, sagte er. „Ja, sie eignen sich gut für einfache Pick-and-Place-Aufgaben und für Anwendungen mit relativ langen Zykluszeiten, aber die meisten können nicht mit der Geschwindigkeit und Genauigkeit eines herkömmlichen Industrieroboters mithalten.“

Ihr kooperativer Charakter kann auch überbewertet werden. Robers sagt:„Wenn Sie ein Messer an das Ende eines Cobots setzen, ist er nicht mehr kooperativ. Wenn Sie einen Greifer verwenden, der die Fähigkeit hat, jemandem den Finger zu kneifen, wird dies nicht als kollaborativ angesehen. Unabhängig davon, ob es sich um unser Produkt oder das Produkt eines anderen handelt, müssen Sie beurteilen, ob die Lösung wirklich sicher ist, und gegebenenfalls den richtigen Schutz hinzufügen.

Es gibt auch das „Was wäre wenn“ zu bedenken. Benutzer, die beispielsweise mit der Fähigkeit eines Industrieroboters vertraut sind, sich im Falle eines heruntergefallenen Teils zu erholen oder sich bei einem Stromausfall aus der Tiefe eines Werkstücks zurückzuziehen, könnten enttäuscht sein, wenn ihr glänzender neuer Cobot menschliche Hilfe benötigt, um eine unangenehme Situation zu lösen .

„Wenn Sie viel Zykluszeit haben, keine extreme Wiederholgenauigkeit benötigen und sich Menschen im und um den Arbeitsbereich aufhalten müssen, dann sind dies anständige Anwendungen für einen Cobot“, sagte Robers. „Ansonsten könnte ich argumentieren, dass ein Industrieroboter eine bessere Lösung ist und je nach den Ergebnissen der Sicherheitsbewertung, die jeder Roboterkunde vor dem Kauf durchführen sollte, weniger Geld in der Implementierung kosten und gleichzeitig eine höhere Leistung bieten könnte. Es gibt eine Menge Hype um Cobots – die Leute sind begeistert von ihnen und die Theorie dahinter ist solide, aber dies ist definitiv ein Fall, in dem Käufer ihre Hausaufgaben machen sollten.“