Roboter-Kollaborateure: Produktion optimieren im globalen Fachkräftemangel-Zeitalter

Hohe Marktdynamik, wachsender Wettbewerb durch Globalisierung, demografischer Wandel und zunehmender Fachkräftemangel stellen deutsche Produktionsunternehmen vor große Hürden. Besonders betroffen: Montageprozess als letztes Glied der Wertschöpfungskette.

Ein Gegenansatz: Human-Robot Collaboration (HRC). Doch HRC-Systeme noch mit hohen Kosten (Geld, Personal) durch Planungscomplexität belastet. Bedarf: einfache, flexible Methoden, um Unternehmen diverser Branchen mit variierenden Anwendungsbedingungen (Produktkomplexität, Varianz, Stückzahlen) kollaborative Montagearbeitsplätze einzuführen.

Forschungsprojekt SafeMate

Im BMBF-geförderten Projekt SafeMate („Innovationen für Produktion, Service und Arbeit von Morgen“) wurden Strategien und Konzepte für Einführung und Gestaltung kollaborativer Montagearbeitsplätze entwickelt. Fokus: sichere, akzeptierte Arbeitsplätze mit hohem Mitarbeiter-Nutzen. Neben renommierten deutschen Unternehmen (Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele, Sennheiser) war auch Weidmüller (Detmold) Teil.

Weidmüller Group: Global Player, spezialisiert auf elektrische Verbindungstechnik und Elektronik. Gestaltet mit Kunden digitale Transformation – Produkte, Lösungen, Services für Smart Industrial Connectivity und Industrial IoT.

Produktaktivität: Maschinenbau, Prozessindustrie, Energieerzeugung/Erneuerbare, Transporttechnik, Gebäudeinfrastruktur, Gerätefertigung. Langjährige Industry-4.0-Beteiligung, neben SafeMate weitere Forschungskooperationen.

Als alles noch per Hand gemacht wurde

Bis vor kurzem: Montage elektromechanischer Komponenten bei Weidmüller vollständig manuell an Montagearbeitsplatz.

Im Rahmen SafeMate: Potenzialanalyse (Team um Prozessingenieur Tobias Stuke) zur Ermittlung individueller Aufgaben von Mensch und Maschine → aufgabenoptimale Arbeitsteilung. Ergebnis: Roboter sehr gut bei monotonen, repetitiven, kraftintensiven Aufgaben des Platzierprozesses ohne Ermüdung, mit konstanter Genauigkeit.

Aber nicht ohne Menschen: Menschen haben Spezialskills – Greifen/Entnehmen kleiner Teile unterschiedlicher Dimensionen aus Haufen/Kiste, Erkennen/Sortieren, korrektes Zuführen, nachfolgende Inspektion.

Basierend auf Findings: Bisher manueller Montageprozess partiell automatisiert in initialem SafeMate-Piloten via HRC. Ergebnis: hybrider Montagearbeitsplatz, Mensch und Roboter parallel. Monotone, kraftintensive Tasks → Roboter; kognitiv anspruchsvolle Tasks → Mensch.

Human-Robot Collaboration

In kollaborativer Robotik arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand an einem Arbeitsplatz. Durch sensible Steuerungstechnik arbeitet Roboter nah am Menschen ohne Schutzzäune. Anwendung erfordert Validierung, dass Gefahren 충분히 minimiert: Kraft-/Druckmessung durch TÜV, Berufsgenossenschaften, externe Dienstleister oder Integrator selbst. End-of-Arm-Tools (z. B. Greifer) ebenso validierbar.

Für neuen hybriden Arbeitsplatz (Montage elektromechanischer Komponenten) wurde Cobot von Universal Robots (UR) seitlich der Mitarbeiter platziert. Ablauf: Kollege montiert Steckerelemente → Cobot presst elektrische Kontakte ein, fügt Steckergehäuse zusammen, verschraubt Anschlusskontakte. Produktivität gesamter hybrider Arbeitsplatz steigt durch Cobot-Einsatz und Reduktion von Zwischenschritten/Wartezeiten. Fokus: Entlastung Maschinenbedieners von zeitaufwändigen, monotonen Zwischenschritten, ausgewogene Arbeitsteilung Mensch-Roboter.

Cobot mit Zimmer HRC-Greifer

Neben Roboterwahl: passender Greifer als Teil Arbeitsplatzdesign. Greiftechnik elementar für jede Roboteranwendung. HRC-02-Greifer von Zimmer Group (Rheinau, Deutschland) schnell gefunden – größtes HRC-Greifer-Portfolio weltweit. Gewählter Greifer: sicher, harmoniert perfekt mit UR-Roboter.

HRC-02: vollelektrischer Servogreifer, speziell für MRK (Mensch-Roboter-Kollaboration), keine scharfen Kanten, rundum abgerundet → versehentliches Haken quasi unmöglich. Flexibel einstellbarer Hub und Greifkraft → sensibleres Greifen als konventionelle Greifer.

Diese Features + industrieerprobtes Design = maximale Sicherheit für Projekt. Alle Zimmer HRC-Greifer erfüllen hohe Anforderungen der Schutzprinzipien nach ISO/TS 15066 (HRC-Standard) und sind BG/DGUV-zertifiziert.

Programmierung leicht gemacht

In Weidmüllers SafeMate-Projekt: Fokus auf effiziente, flexible Nutzung des UR-Cobots am neuen hybriden Arbeitsplatz. Augenmerk auf einfache Handhabung.

Einfache Bedienung überzeugte, besonders in Kombination mit HRC-02-Greifer. Kein Zufall: Alle Zimmer-Greifer funktionieren perfekt mit UR-Leichtbaurobotern – als UR+ Partner zeigt Zimmer Group größtes Portfolio UR-kompatibler Greifer auf UR+ Website.

Wo früher aufwendige Programmierung und komplexe Skills nötig waren: UR-Cobot mit Zimmer-Greifer sehr einfach zu bedienen. Steuerung/Programmierung direkt über Robot Control Panel – intuitiv wie Smartphone-App.

Gesteigerte Produktivität und Zufriedenheit

Pilot-Einsatz des Cobots in Weidmüllers Maschinenbau-Abteilung eröffnet neue Effizienz- und Flexibilitätsmöglichkeiten.

Dank neuer hybrider Arbeitsteilung und einfacher Bedienbarkeit/Installation von intelligentem Roboter und Greifer kann Elektronikhersteller Fachkräftemangel und globalem Wettbewerb besser begegnen. Neben Produktivitätszuwachs: wichtige nicht-monetäre Erfolge – ergonomische Arbeitsplatzoptimierung, generelle Entlastung Mitarbeiter.

Beispiel: Kraftintensive Tasks (Kontakte einpressen „Rasten“) und monotone Tasks an Roboter abgegeben. Hohe Mitarbeiterakzeptanz durch partizipativen Implementierungsprozess: Mitarbeiter von Anfang an in Veränderungsprozess um ihren Arbeitsplatz eingebunden.

„Besonderes Auswahlkriterium für Zimmer-Greifer: neben technischen Features bereits getestete und zertifizierte Sicherheit für HRC-Systeme – wir waren bereits auf der ‚sicheren Seite‘ – im wahrsten Sinne – für unser Greiftechnik-Projekt“, so Stuke.

Besonders wichtig: Mitarbeiter profitieren von kollaborativer Arbeit. Cobots mit Greifern sollen Entlastung bringen.