Die Zukunft des Testens:Automatisierung und kollaborative Roboter

Vivek Jaykrishnan, Senior Director, Technology, Digital Engineering &Manufacturing Services, Quality Engineering, Capgemini Group zu Automatisierung und Robotern...

Während Industrieunternehmen bestrebt sind, die digitale Transformation und die Implementierung datengesteuerter Analysen entlang der gesamten industriellen Wertschöpfungskette vollständig anzunehmen , hat sich ein großer Trend herauskristallisiert:der Einsatz von Robotern beim Testen von Geräten.

Während Hersteller in Richtung Digitalisierung eilen, um die Auswirkungen von COVID-19 auf globale Lieferketten zu begrenzen, haben einige Quellen sogar behauptet, dass die Pandemie zu einer Beschleunigung der Einführung von Robotern um 75,7 % führen könnte die verarbeitende Industrie.

Die digitale Transformation in der Fertigung hängt von kollaborativen Robotern (Cobots) ab, aber ihre Einführung in das Testen ist eine spezialisierte Aufgabe, die ein Domänenverständnis von Robotern sowie Verifizierungs- und Validierungsprozessen erfordert.

Warum automatisieren?

Der Testprozess in der Fertigung kann viele Facetten haben und erfordert, dass viele Aktionen gleichzeitig durchgeführt werden, um die erforderlichen Daten zu generieren. Mit der Anzahl der Aktionen steigt auch die Komplexität der Aufgabe. Dies kann zu Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Tempos und der Genauigkeit der Tests führen, während sie manuell durchgeführt werden. Dies wirkt sich negativ auf die Produktivität und letztendlich auf das Endergebnis aus.

Der Einsatz von Technologien wie Robotik kann die Effizienz und Zuverlässigkeit von Produkt- und Systemtests erheblich verbessern. Und durch die Automatisierung bestimmter Funktionen wird menschlichen Bedienern mehr Zeit eingeräumt, um die Ergebnisse zu interpretieren und zu analysieren.

Die neue Ära der Robotik:Cobots

Roboter sind keine Einheitsgröße. Für kommerzielle Anwendungen kommen mehrere Typen mit Fähigkeiten in Betracht, die für ganz unterschiedliche Aufgaben geeignet sind. Diese werden grob wie folgt klassifiziert:-

• Serviceroboter:Hilfsroboter für Menschen bei verschiedenen Routineaufgaben. Diese haben in der Regel einen definierten Umfang und dedizierte Funktionen wie Verpackung, Inspektion oder einen Heimassistenten.
• Kundenspezifische Roboter:Spezifische mechatronische Designs, die bestimmte Aufgaben erfüllen sollen, wie z. B. Push/Pull-Systeme.
• Industrieroboter:Spezialisierte Serviceroboter, die schneller und leistungsorientiert sind und als eigenständige oder gruppierte Einheiten, z. B. in einer Fertigungslinie, eingesetzt werden können.
• Kollaborative Roboter (Cobots):Kleinere Roboter, die in der Lage sind, in einer kollaborativen Umgebung neben menschlichen Bedienern zu arbeiten.

Bei mehreren verfügbaren Roboteroptionen stellt sich die Frage:Welcher sollte für Gerätetests ausgewählt werden? Die hoch spezialisierte Art des Service von kundenspezifischen Robotern bedeutet, dass ihnen die für Testumgebungen erforderliche Flexibilität fehlt. Ebenso sind Industrieroboter besser für Aufgaben geeignet, die weit über die menschlichen Fähigkeiten hinausgehen.

Cobots sind daher die klare Wahl. Sie bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sie ideal für die Arbeit mit menschlichen Bedienern machen – sie sind leicht, kleiner und energieeffizient. Per Definition sind sie kollaborativ und mit baulichen und betrieblichen Mechanismen befähigt, sich als sichere Begleiter für die Zusammenarbeit in der gleichen Zeit und im gleichen Raum wie menschliche Bediener zu qualifizieren. Inhärente Sicherheitsfunktionen wie Geschwindigkeits- und Kraftbegrenzungen oder virtuelle Sicherheitsgrenzen machen sie alle ideal für eine Laboreinrichtung. Im Vergleich dazu verfügen andere Arten von Robotern nicht über solche Vorsichtsmaßnahmen, was bedeutet, dass sie eine Sicherheitsbedrohung für menschliche Bediener und andere Geräte darstellen könnten.

Der Fahrplan zur Cobotisierung

Cobots sind mit visuellen, akustischen und sensorischen Fähigkeiten für die Durchführung von End-to-End-Tests von der Betätigung an verbessert, was ihnen ein breites Anwendungsspektrum in Testprozessen bietet:-

• Funktionstests:Testen physischer, aktionsbasierter Funktionen eines Geräts oder Moduls
• Leistungstests:Konsistente und strenge Tests von Geräteeingaben und -antworten
• Benutzertests:Nachahmung maximal möglicher Benutzeraktionen, um die Funktionalität des zu testenden Geräts (DUT) abzudecken
• Systemtests:Tests in einer rauen oder gefährlichen Umgebung für die Endnutzung
• Unterstütztes Testen:Roboter, der Menschen hilft, sich wiederholende Aufgaben auszuführen, damit sich Menschen auf die Testentwicklung konzentrieren können

Cobots werden bereits in einigen Branchen eingesetzt. In Deutschland haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA für Bosch einen mobilen Cobot entwickelt, der die Ausdauer von Haushaltsgeräten wie Geschirrspülern testet und sie wiederholt be- und entlädt, bis sie verschleißen. Die Mitarbeiter werden von einer stark repetitiven Aufgabe entlastet und können sich auf einen standardisierten und kontrollierten 24-Stunden-Betrieb verlassen – im Gegenzug können sie ihre eigenen Ressourcen für differenziertere Aufgaben einsetzen.

Unterdessen setzt der spanische Automobilzulieferer Continental Cobots ein, um seine Produktionslinien zu verbessern. 2016 führte das Unternehmen zahlreiche kollaborative Roboter ein, um die Herstellung und Handhabung von Leiterplatten zu automatisieren. Dadurch konnten die Umrüstzeiten um 50 % verkürzt werden, von 40 Minuten bei manueller Durchführung auf 20 Minuten, wodurch diese Zeit anderswo besser genutzt werden konnte.

Organisationen müssen mehrere Faktoren berücksichtigen, bevor sie Cobots in Testprozesse integrieren. Erstens die große Auswahl an Modellen – ein gründliches Verständnis des Geräts, das unter Testbedingungen eingesetzt wird, ist erforderlich, um den Robotertyp, die Sensoren und den Endeffektor (Roboterhand oder -finger) auszuwählen, die während des Tests benötigt werden.

Sobald die Auswahl getroffen ist, müssen die Mitarbeiter angemessen geschult werden, um zu verstehen, wie der Cobot zu bedienen ist. Anschließend müssen die Organisationen den Vorgang probeweise durchführen – um das Timing und die Wirksamkeit der Verifizierung zu testen. Ohne ordnungsgemäße Erprobung oder Schulung besteht ein potenzielles Risiko für die Sicherheit des Personals oder Produktionsverzögerungen, da das Personal das Gerät nicht ordnungsgemäß bedienen kann. Ohne den Prozess tatsächlich zu testen, gibt es auch keine Möglichkeit zu wissen, ob er richtig funktioniert – es gibt keine Möglichkeit, Designs neu zu bewerten oder bei Bedarf neu zu kalibrieren und anzupassen.

Wenn diese Schritte abgeschlossen sind, sollte erst dann die Produktionsbereitstellung beginnen. Dies ist jedoch keine einmalige Bewertung – Organisationen sollten die Skalierbarkeitsanalyse und Wertüberwachung fortsetzen und eine Upgrade- und Wartungsstrategie für den Fall unvorhergesehener Probleme erstellen.

Eine strahlende Zukunft für Cobots

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten von Cobots in End-to-End-Gerätetests wurden bereits gefunden, aber mit fortschreitender Technologie können wir davon ausgehen, dass diese Einsatzmöglichkeiten weiter zunehmen werden. Das Potenzial für Cobots zur Unterstützung der digitalen Transformation ist enorm, insbesondere in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen, Industrieautomation sowie Konsumgüter, Einzelhandel und Vertrieb (CPRD).

Vom Design her fördern Cobots eine engere Zusammenarbeit mit Menschen, es geht also nicht nur darum, den Mitarbeitern einige Aufgaben abzunehmen – es geht darum, darüber nachzudenken, wie die Zeit der Mitarbeiter freigesetzt werden kann Schaffen Sie mehr Wert in der Industriekette und maximieren Sie gleichzeitig die Automatisierung, Nachhaltigkeit und die Aufrechterhaltung einer sicheren Umgebung für kollaborative Tests.

Weitere Informationen zu Fertigungsthemen finden Sie in der neuesten Ausgabe von Produktion weltweit.
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