Die nächsten Schritte für die Robotik in der Fertigung im Griff

Die Fertigungsrobotik verfolgt teilweise einen ähnlichen Entwicklungspfad wie die Bearbeitungs- und ortsfesten Automatisierungssysteme. Obwohl sich der ROI am einfachsten in Effizienz und Kosteneinsparungen messen lässt, suchen Hersteller nach Robotertechnologie, um Probleme in ihrem Betrieb zu beheben oder neue Möglichkeiten zu schaffen. Es könnte sein, Prozesse effizienter zu verknüpfen oder die Notwendigkeit zu beseitigen, eine oder zwei bestimmte Funktionen auszulagern.

Der Wachstumspfad für kleine und mittlere Hersteller (SMMs) mit Robotik konzentriert sich daher zunehmend auf Anwendungen und zusätzliche Fähigkeiten, nicht nur auf Effizienz und kontinuierliche Verbesserung. Der Schlüssel zur zunehmenden Akzeptanz der Robotik in SMMs besteht darin, die Roboter einfacher zu verwenden und wiederzuverwenden.

Im Wesentlichen hängt die Akzeptanz davon ab, dass Roboter mehr menschenähnliche Geschicklichkeit und Selbstbeherrschung haben.

NIST Labs hat Designs zur einfacheren Nutzung von Robotern

Wissenschaftler und Ingenieure der NIST Labs arbeiten daran, eine bedeutende Lücke zwischen Spitzentechnologie und dem, was derzeit in vielen Fertigungshallen eingesetzt wird, zu schließen. Dies ist hauptsächlich auf den Mangel an Messwissenschaft zurückzuführen, um neue neue Forschungsergebnisse zu verifizieren und zu validieren und so das Risiko einer Einführung zu verringern.

Eine der Prioritäten der Intelligent Systems Division von NIST ist die Weiterentwicklung der Greif-, Manipulations- und Sicherheitsleistung, die es SMMs ermöglicht, Roboterlösungen effektiv einzusetzen. Diese Arbeit umfasst Leistungskennzahlen, Testmethoden und zugehörige Messwerkzeuge, die zu Industriestandards werden können.

Die Forschung treibt die Robotik in der Fertigung voran, indem sie Folgendes bietet:

• Bessere Wiederholbarkeit, damit Roboter Bewegungen und Aktionen innerhalb eines X,Y,Z-Koordinatensystems zuverlässig ausführen können
• Einfachere Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) für Bediener, um Aufgaben zu programmieren und mit Robotik zu interagieren
• Neue Designs für Greifer, die präzisere und menschenähnliche Bewegungen ermöglichen
• Bessere Sicherheit und Situationsbewusstsein

Zu den Fortschritten, die jetzt in der Fertigung Einzug halten, gehört Software in tragbaren HMI-Geräten, die menschliche Koordinatenreferenzen (rechts/links, hin/weg) in konventionelle kartesische X-, Y-, Z-Koordinaten übersetzt. Dadurch können Bediener kollaborative Roboter einfacher programmieren.

Durch Verbesserungen bei der Programmierung mit HMIs konnten einige Roboter von Schweißern programmiert werden, die die Bewegungen und Aktionen für den jeweiligen Prozess modellieren.

Nach der Eroberung der Palettierung weist die Robotik auf die Montage hin

Die frühe Einführung der Robotik in der Fertigung hat sich auf sich wiederholende Aufgaben konzentriert, die keine besonderen Fähigkeiten erfordern oder einen Mehrwert bieten. Die beliebtesten Roboteranwendungen nach Nutzung:

Aufgabe	Adoptionsrate
Palettieren	35 %
Laden/Entladen	18 %
Materialhandhabung	11 %
Kofferverpackung	11 %

Die Montage macht nur 2 Prozent der Roboternutzung aus, obwohl NIST-Forscher und Branchenexperten davon ausgehen, dass sie im Zuge der Verbesserung der Manipulationstechnologie eine breite Akzeptanz bei SMMs verspricht.

Mögliche Bereiche für die Erweiterung der Montagearbeiten:

• Elektrische Anschlüsse
• Einfädeln und Einsetzen von Befestigungselementen
• Kabelführung

Eine der Herausforderungen für die Robotermontage ist die Vielzahl von Variablen, die bei der Durchführung komplexer Operationen berücksichtigt werden müssen. Zum Beispiel kann die optimale Kraft für einen Greifer zum Aufnehmen und Bewegen eines Teils nicht die gleiche sein wie die Kraft, die später in der Produktion für einen Gewindeschneidvorgang benötigt wird.

Wenn sich die taktile Wahrnehmung verbessert, können Roboter alles mit der richtigen Kraft greifen, wodurch möglicherweise die für diesen Produktionsprozess erforderlichen Schritte reduziert werden.

Fesselnde Designs zeigen Verbesserungen in der Geschicklichkeit und Vielseitigkeit

Die NIST Labs arbeiten an etwa einem Dutzend Testmethoden zum Greifen und Manipulieren unter Verwendung der Standardplattform des Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Die vier gängigsten Arten von Robotergreifern:

• Staubsauger – ein Standard-End-of-Arm-Werkzeug für flache, glatte Oberflächen, das häufig beim Palettieren und Verpacken verwendet wird
• Pneumatisch – auch bekannt als „Bang-Bang-Greifer“ wegen des Lärms in Industriebetrieben, dieser vielseitige Typ wird oft für kleine Objekte in Pick-and-Place-Operationen verwendet
• Hydraulisch – der stärkste – und unordentlichste – industrielle Greifer
• Servo-Elektrisch – hochflexibel und kostengünstig, ermöglichen unterschiedliche Materialtoleranzen beim Teilehandling

Innovative Designs mit sechsachsigen Kraft- und Drehmomentsensoren florieren für Greiftechnologien, einschließlich Mechanismen, die menschliche Hände nachahmen.

Diese Fortschritte treten zunehmend auf den Verkaufsflächen auf:

• Anpassbare Endeffektoren, die leicht entfernt und ersetzt werden können
• Verbesserte Fingerfertigkeit mit adaptiven Drei-Finger-Greifern, die zerbrechliche Gegenstände manipulieren und Werkzeugwechsel minimieren können
• Robotik nutzt maschinelles Lernen durch intelligente Sensoren an Greifern, um sich selbst beizubringen, wie man sich Objekten nähert
• Greifer, die mehrere Technologien kombinieren. Dies kann ein Vakuumgreifer mit Fingern oder zwei separate Arme und Greiferkonfigurationen an derselben Arbeitsstation sein, um mehrere Aufgaben zu ermöglichen und sowohl die Geschwindigkeit als auch die Zuverlässigkeit zu erhöhen

Schlüssel zum Erfolg beim Starten Ihrer Roboterreise

Im Gegensatz zu festen Automatisierungssystemen gibt es einen Kompromiss zwischen Robotikfunktionalität und Benutzerfreundlichkeit. Einer der Reize der Robotik besteht darin, dass ein Roboter so gebaut und programmiert werden kann, dass er fast alles kann. Je mehr Funktionalität Sie jedoch in einen Roboter einbauen, desto mehr Umweltaspekte müssen bei den bedingten Anforderungen berücksichtigt werden, was es schwieriger macht, den Roboter für zusätzliche Aufgaben zu programmieren und in den Betrieb zu integrieren.

Die Planung von Kleinserien kann mit Robotik schwierig sein, wenn die Hersteller nicht über das richtige Unterstützungssystem verfügen. Es wird mehr Akzeptanz geben, wenn SMMs sehen können, wie Robotik Umrüstkosten sparen kann, wenn sie bereit sind, Personal mit Robotik im Sinn einzustellen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass ein Hersteller mit 10 oder weniger Mitarbeitern bald einen Robotik-Experten haben wird, der die Gesamtanlageneffektivität sicherstellt.

Catalyst Connection, Teil des MEP National Network ^TM , hat einen leicht verständlichen Leitfaden zur Robotik zusammengestellt. Es wurden die folgenden Erfolgsfaktoren für die Erforschung des Einsatzes von Robotik in der Fertigung identifiziert:

• Identifizieren Sie Ressourcen, einschließlich eines internen Champion, um die erforderliche Unterstützung zu erhalten
• Identifizieren Sie Ihre Bedürfnisse oder Schwachstellen
  • Hilfstools priorisieren
  • Beispiele für die ID-Herstellung; fang klein an und halte es einfach
• Erstellen Sie einen Business Case; Berücksichtigen Sie 2x–4x Hardwarekosten für Werkzeuge, Zubehör und die Komplexität der Integration

Experten in Ihrem lokalen MEP-Zentrum sind bereit, Ihnen bei der Erforschung – und möglicherweise Einführung – der Robotik zu helfen. Setzen Sie sich mit ihnen in Verbindung, um zu sehen, wie Robotik Ihnen helfen kann, Ihr Geschäft zu erweitern, indem Sie neue Funktionen hinzufügen.

Informationen zur NIST Labs-Forschung von Elena Messina, Jeremy Marvel und Joseph Falco.