Automatisierung & Cobots: Die Zukunft des industriellen Testens gestalten

Vivek Jaykrishnan, Senior Director, Technology, Digital Engineering & Manufacturing Services, Quality Engineering, Capgemini Group, über Automatisierung & Robotik …

Digitaler Wandel treibt Robotik im Test voran

Da industrielle Organisationen bestrebt sind, digitale Transformation und datengetriebene Analytics entlang der gesamten industriellen Wertschöpfungskette voll zu umarmen, hat sich ein Haupttrend herauskristallisiert: der Einsatz von Robotern im Gerätetest.

Mit Herstellern, die Richtung Digitalisierung drängen, um COVID-19-Effekte auf globale Lieferketten zu begrenzen, behaupten einige Quellen, die Pandemie könnte zu einer 75,7 %igen Beschleunigung der Roboteradoption in der Fertigung führen.

Digitale Transformation in der Fertigung hängt von kollaborativen Robotern (Cobots) ab, doch ihre Einführung in den Test ist eine spezialisierte Aufgabe, die Domänenverständnis von Robotern sowie Verifikations- und Validierungsprozessen erfordert.

Warum automatisieren?

Der Testprozess in der Fertigung kann vielschichtig sein und erfordert viele simultane Aktionen zur Generierung der benötigten Daten. Mit steigender Aktionszahl wächst die Komplexität – was Schwierigkeiten bei Tempo und Genauigkeit manueller Tests mit sich bringt. Dies schlägt auf Produktivität und letztlich auf das Ergebnis durch.

Technologien wie Robotik können Effizienz und Zuverlässigkeit sowohl von Produkt- als auch Systemtests deutlich verbessern. Durch Automatisierung bestimmter Funktionen gewinnen menschliche Bedieter Zeit für Interpretation und Analyse der Ergebnisse.

Das neue Zeitalter der Robotik: Cobots

Roboter sind nicht „One Size Fits All“. Für kommerzielle Anwendungen stehen mehrere Typen mit Fähigkeiten für völlig unterschiedliche Aufgaben zur Verfügung – grob klassifiziert als:

• Serviceroboter: Assistenzroboter für Menschen bei Routineaufgaben, mit definiertem Umfang und dedizierter Funktionalität (Verpackung, Inspektion, Haushaltsassistenz)
• Custom-Roboter: Spezifische mechatronische Designs für dedizierte Aufgaben (z. B. Push/Pull-Systeme)
• Industrieroboter: Spezialisierte Serviceroboter, schneller, leistungsorientiert, als Stand-alone oder Cluster nutzbar (z. B. Fertigungslinie)
• Kollaborative Roboter (Cobots): Kleinere Roboter, fähig zur Zusammenarbeit mit menschlichen Bedienern in gemeinsamer Umgebung

Welcher Roboter für Gerätetests? Die hochspezialisierte Natur von Service- oder Custom-Robotern fehlt die für Testumgebungen nötige Flexibilität. Industrieroboter eignen sich besser für Aufgaben weit jenseits menschlicher Fähigkeiten.

Cobots sind daher die klare Wahl. Sie bieten Vorteile, die sie ideal für die Zusammenarbeit mit menschlichen Bedienern machen – sie sind leicht, kompakt und energieeffizient. Per Definition kollaborativ, mit konstruktiven und operativen Mechanismen als sichere Begleiter für gemeinsame Zeit und Raum. Integrierte Sicherheitsfeatures wie Geschwindigkeits- und Kraftbegrenzungen oder virtuelle Sicherheitsgrenzen machen sie ideal für Laboraufbauten. Andere Roboterformen verfügen nicht über solche Vorkehrungen – sie könnten Sicherheitsrisiken für Menschen und Equipment darstellen.

Fahrplan zur Cobot-Integration

Cobots werden mit visuellen, akustischen und Sensorfähigkeiten für End-to-End-Tests von der Betätigung an ausgestattet – breites Anwendungsspektrum in Testprozessen:

• Funktionstest: Prüfung physischer, aktionsbasierter Features eines Geräts/Moduls
• Leistungstest: Konsistente, rigorose Prüfung von Geräteeingängen und -reaktionen
• Usertest: Nachahmung maximaler Nutzeraktionen zur Abdeckung der DUT-Funktionalität (Device Under Test)
• Systemtest: Test in rauer oder gefährlicher Umgebung für Endnutzung
• Assistierter Test: Roboter unterstützt Menschen bei repetitiven Aufgaben, damit sie sich auf Testweiterentwicklung konzentrieren können

Cobots sind bereits in einigen Branchen im Einsatz. In Deutschland entwickelten Fraunhofer-IPA-Wissenschaftler einen mobilen Cobot für Bosch, der die Haltbarkeit von Haushaltsgeräten wie Geschirrspülern testet – wiederholtes Be- und Entladen bis zum Verschleiß. Mitarbeiter werden von hochrepetitiven Aufgaben entlastet und können auf standardisierten, kontrollierten 24-Stunden-Betrieb vertrauen – ihre Ressourcen fließen in differenziertere Aufgaben.

Der spanische Automobilzulieferer Continental nutzt Cobots zur Produktionslinienverbesserung. 2016 führte das Unternehmen zahlreiche Cobots ein, um Fertigung und Handhabung von Leiterplatten zu automatisieren. Rüstzeiten sanken um 50 %, von 40 auf 20 Minuten – gewonnene Zeit für wertvollere Nutzung.

Implementierungsvoraussetzungen

Organisationen müssen vor Cobot-Einsatz im Test mehrere Faktoren prüfen. Erstens die große Modellauswahl – ein gründliches Verständnis des Testobjekts ist nötig, um Roboterart, Sensoren und Endeffektor (Roboterhand/-finger) auszuwählen.

Nach Auswahl müssen Mitarbeiter ordnungsgemäß geschult werden. Es folgt ein Testlauf – Prüfung auf Timing und Verifikationseffektivität. Ohne ordentliches Testen oder Training besteht Risiko für Mitarbeitersicherheit oder Produktionsverzögerungen, da Personal die Geräte nicht korrekt bedienen kann. Ohne Testlauf gibt es keine Möglichkeit zu wissen, ob der Prozess funktioniert – keine Chance, Designs zu überdenken oder neu zu kalibrieren.

Erst nach diesen Schritten sollte Produktivdeployment beginnen. Doch das ist keine Einmalbewertung – Organisationen sollten Skalierbarkeitsanalyse und Wertmonitoring fortführen, Upgrade- und Wartungsstrategien für unvorhergesehene Probleme bereithalten.

Helle Zukunft für Cobots

Vielfältige Cobot-Nutzung im End-to-End-Gerätetest ist bereits Realität – mit fortschreitender Technologie werden Anwendungen weiter expandieren. Das Potenzial für Cobots, digitale Transformation zu unterstützen, ist enorm, besonders in Branchen wie Luftfahrt, Healthcare, Industrieautomation, Konsumgüter, Handel und Distribution (CPRD).

Per Design fördern Cobots engere Zusammenarbeit mit Menschen – es geht nicht nur darum, Aufgaben aus Mitarbeiterhänden zu nehmen, sondern zu überlegen, wie Mitarbeiterzeit freigesetzt werden kann, um mehr Wert in der industriellen Kette zu schaffen, während Automatisierung, Nachhaltigkeit und sichere kollaborative Testumgebung maximiert werden.

Weitere Fertigungsthemen finden Sie in der aktuellen Ausgabe von Manufacturing Global.
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