Cobot-Flotten: Bewährte Lösung gegen Fachkräftemangel

Aldo Albieri, Operations Manager bei Thyssenkrupp Bilstein, zögert nicht, es eine „Revolution“ zu nennen, wenn er den schnellen Rollout von Universal Robots’ kollaborativen Roboterarmen im Werk Hamilton, Ohio, beschreibt – einem Hersteller von Hightech-Federbeinlösungen für die Automobilindustrie. „Ich fühlte, wir waren zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um Teil davon zu sein. Wir sahen Cobots in einer völlig anderen Art eingesetzt als traditionelle Sechs-Achs-Roboter“, sagt er und beschreibt Besuche in kleinen Familienbetrieben, wo Hersteller mit wenig oder keiner Robotik-Erfahrung selbst komplexe Aufgaben mit Cobots automatisierten. „Sie nutzten keine Schutzkäfige, die Cobots standen auf Rollen und wurden zwischen Aufgaben bewegt. Da klickte es richtig“, sagt Albieri, der seitdem die Implementierung eines neuen Cobots am Standort Hamilton alle zwei Monate für fast zwei Jahre überwacht hat.

„Das geschah in unglaublichem Tempo, wobei wir uns rasch von Trial-and-Error am Anfang, mit Vendoren für die Maschinenintegration, weiterentwickelten“, sagt Albieri. Er erkannte bald, dass die Inhouse-Übernahme der Cobot-Einführungen der richtige Weg war. Sein Industry-4.0-Team, das die Cobot-Anwendungen managte, prüfte andere Optionen, aber: „Wir entschieden uns, mit einem Cobot-Typ zu partnerschaften – und da wählten wir unseren ersten Cobot von Universal Robots. Wir erkannten, dass UR die fortschrittlichste Lösung für präziseres Pick-and-Place hatte. Der Cobot ist einfach zu warten und zu programmieren und bietet das beste Verhältnis aus Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit.“

Präsidenten-Aufstellung

Bilsteins interne Industry-4.0-Gruppe hat nun neun UR10-Cobots eingesetzt – das größte UR-Modell mit 1.300 mm (51 Zoll) Reichweite und 10 kg (22 lbs) Traglast. Ein zehnter UR10 dient als Testmodell für zukünftige Anwendungen. „Wir planen, etwa 40 weitere Cobot-Anwendungen in unserer Organisation umzusetzen“, erklärt Albieri, wie man auf das Namenskonzept kam. „Wir brauchten ein System, das sequenziell auf 45 bis 50 Cobots anwendbar ist, und entschieden uns für Spaß daran, sie nach US-Präsidenten zu benennen.“ Die Cobot-Flotte reicht nun von George Washington bis John Tyler.

Ergonomische Risiken eliminieren

Eine der auffälligsten Anwendungen im Werk Hamilton zeigt die Cobots James Monroe und John Quincy Adams, die gemeinsam Thyssenkrupps Active Damping System (ADS) Dämpfer montieren. Der mehrstufige Zyklus beginnt damit, dass Monroe ein Innenrohr aufnimmt, es einer Stanzmaschine zuführt und auf einer Transfervorrichtung ablegt, wo Adams es übernimmt, in eine „Heiratsstation“ lädt, wo es ein Außenrohr greift, beide verbindet und auf den Auslaufschacht legt. Beim Programmieren der Cobots für den sequenziellen Betrieb mit den bedienten Maschinen machten die Ingenieure eine neuartige Entdeckung, die die Einführung erleichterte: Sie realisierten, dass sie den Cobots einfach beibringen konnten, die Startknöpfe der Maschinen zu drücken, anstatt sie fest in die Steuerung zu verdrahten.

Der John-Adams-Cobot nimmt ein Teil auf, platziert es, gefolgt von einer Lehrenprüfung. „Früher prüften wir alle ein bis zwei Stunden zwei Teile, um sicherzugehen, dass wir noch im Toleranzbereich sind; jetzt haben wir 100%-Prüfung“, sagt Doug McIe, Fertigungsingenieur bei Thyssenkrupp Bilstein.

100%-Prüfung

Eine weitere nun automatisierte Aufgabe ist die Qualitätsprüfung: Vier Cobots führen Lehrenprüfung durch und kontrollieren Nachfüll-Crimp und Endmontage. „Bei der Lehrenprüfung früher prüften wir alle ein bis zwei Stunden zwei Teile, um sicherzugehen, wo wir stehen – jetzt haben wir 100%-Prüfung“, sagt Doug McIe. Der Cobot in der Endmontage ist mit einer Cognex-Kamera ausgestattet und bewegt sich schnell zwischen Prüfpunkten, um sicherzustellen, dass alle Komponenten korrekt positioniert sind und das Etikett richtig und lesbar aufgebracht ist. „Jedes einzelne Teil wird geprüft, und wenn es durchfällt, weist der Roboter es im Prozess aus“, erklärt McIe.

Neuer Wachstumspfad und ROI

Seit Bilstein die Cobot-Automation insourcing betreibt, hat sich der ROI für die UR-Cobots verbessert. „Wir haben Projekte mit längeren und kürzeren ROIs“, sagt Albieri. „Unsere Komfortzone liegt bei einer Amortisationszeit von etwa 10 bis 14 Monaten, um die Investition zu rechtfertigen. Cobots sind definitiv ein schnellerer ROI als traditionelle Roboter.“ Er testet nun auch zwei autonome mobile Roboter von Mobile Industrial Robots (MiR) zur Materialzufuhr an die Linien – für die wertschöpfungsfreien Handhabungen zwischen verschiedenen Standorten.

Thomas Jefferson (links) und Andrew Jackson Cobots arbeiten im Tandem und transportieren neu geformte Stahlrohre vom Schweißprozess zum Stanzprozess.

Die Freisetzung von Personal für andere Aufgaben spielt eine bedeutende Rolle für den schnellen ROI. „Die UR-Cobots gaben uns die Chance zu wachsen, zu expandieren, mehr Jobs zu schaffen und unsere wertvollste Ressource – unsere Humanressourcen – in neue Projekte zu verlagern, wo das Know-how am dringendsten gebraucht wird“, betont Albieri und hebt hervor, dass ein Wachstum des Geschäfts im heutigen Arbeitsmarkt ohne Cobots schwierig wäre. „Wenn wir nur auf Neueinstellungen setzen würden, könnten wir nie auf das Dreifache der ursprünglichen Größe expandieren. Die Cobots haben uns einen neuen Wachstumspfad eröffnet, während wir die bestehende Belegschaft halten konnten. Kein Arbeiter verliert seinen Job an einen Roboter.“

Bediener einbeziehen

Während Bilstein weiterhin traditionelle Automation für schnelle Takte in abgeschirmten Bereichen einsetzt, fokussiert man sich darauf, Cobots Aufgaben zu überlassen, wo Mitarbeiter Verbesserungspotenziale sehen. Jordan Osterholt, Prozessingenieur in der Industry-4.0-Gruppe, erklärt, dass die Einbeziehung der Bediener bei der Identifizierung automationsreifer Jobs entscheidend ist. „Bediener sind an vorderster Front all dessen, was in diesem Unternehmen gebaut wird“, sagt er. „Zu fragen: ‚Wo können wir euch helfen, den Prozess zu verbessern?‘ war für uns sehr nützlich bei der Entwicklung neuer Anwendungen.“

Im Aftermarket-Bereich von Bilsteins Hamilton-Werk führt der achte UR10, Martin Van Buren, den Nachfüll-Crimp aus: Er nimmt von einem Wagen, lädt in die Maschine und beendet den Zyklus, indem er das gecrimpte Teil für die Kameraprüfung hochhält, um korrektes Crimpen zu sichern.

Laut Albieri ist die Cobot-Implementierung nicht nur ein Technologie-Abenteuer. „Es geht wirklich um die Implementierung einer neuen Organisation mit Transparenz und offener Kommunikation“, sagt er. „Man will nicht, dass Mitarbeiter eines Tages zur Arbeit kommen und feststellen, dass ein Roboter neben ihnen arbeitet.“ Er sorgte dafür, dass die ersten UR-Cobots dem Shopfloor-Team vor der Einführung vorgestellt wurden. „Wir erklärten, dass diese Cobots hier sind, um unser Geschäft zu erweitern und repetitive ergonomische Probleme sowie ungünstige Arbeitsbedingungen zu beseitigen. Und das ist absolut Realität geworden“, erklärt er und beschreibt die Wirkung der kollaborativen Natur. „Es gibt keine große Barriere mehr zwischen Menschen und Technologie. Die Cobots teilen den Arbeitsraum mit unseren Mitarbeitern, die einfach den intuitiven Teach-Pendant greifen und die Cobots bedienen können, da die Oberfläche eher wie ein iPad aussieht als ein Roboter-Controller.“

Die Cobots wurden von Bedienerin Quenna Quarles willkommen geheißen, die früher die nun automatisierten Aufgaben erledigte. „Ich hatte früher viele Schmerzen, ständig physisch stanzen, dies bewegen“, sagt sie. „Jetzt läuft die Produktion viel flüssiger, und mein Job ist einfacher, da ich nur die Rohre lade und die Cobots den Rest erledigen.“

Anwendungen kopieren & einfügen

Das Engineering-Team, das die Cobot-Anwendungen entwickelte, hatte keine vorherige Robotik-Erfahrung. „Wir begannen mit einfachen Pick-and-Place-Aufgaben, um ins Rollen zu kommen“, sagt McIe. „Als Nächstes galt es, die Schnittstelle zu den Maschinen zu klären. Das war etwas härter, aber einmal gelöst, verbreitete es sich rasend schnell, und wir sahen Anwendungen überall im Werk, die wir fast kopieren und einfügen konnten.“

Osterholt erklärt, wie die kostenlosen UR Academy Trainingsmodule auf der UR-Website in der Entwicklungsphase entscheidend halfen. „Ich machte die Tour, wie man den Roboter programmiert, und ging direkt zu unserem Testroboter und wendete das Gelernte an.“

Neue Anwendungen testen

Der Demo-Roboter steht auf Rollen, sodass er einfach an die Maschine gerollt werden kann, um eine Aufgabe zu testen. „Wir können den Cobot in eine normale 110-V-Steckdose stecken und sofort testen“, erklärt McIe. „Bei einem traditionellen Industrieroboter müssten wir erst Löcher bohren und ihn am Boden verankern. Das spart enorm Zeit.“ Neben dem Testroboter für neue Anwendungen nutzt Bilstein auch die RoboDK-Software, die über die UR+-Plattform als Plug-and-Play mit UR-Cobots zertifiziert ist. „Die Softwaresimulationen helfen uns wirklich herauszufinden, ob unsere Zykluszeit genau genug ist, dass sich das Prototyping der Werkzeuge lohnt. Wir können die Mühe am Bildschirm investieren, und wenn wir es ausliefern, ist es fast startklar.“

Das Industry-4.0-Team arbeitet nun daran, zwei UR10-Cobots an einem UR+-zertifizierten 7. Achsen-Reichweitenverlängerer von Vention umgekehrt zu montieren und plant, den schnellen Rollout fortzusetzen – alle zwei Wochen einen neuen Cobot auf dem Shopfloor. „Es gibt so viele Möglichkeiten da draußen“, sagt Albieri. „Der Himmel ist die Grenze.“

Universal Robots USA Inc. | 631-610-9664 | universal-robots.com

Thyssenkrupp Bilstein of America Inc. | 513-881-7600 | bilstein.com

Weiterführende Informationen

Hier ist ein weiterer Artikel zu diesem Thema:

Kollaborative Roboter für DIY-Automation

Next-Generation, Co-Worker – wie auch immer man es nennt: Eine Robotik-Revolution rollt in Fertigung, Lagerhaltung, Materialhandling und Lieferketten weltweit an.

LINK :: short.gardnerweb.com/urcobot

Über den Autor

Joe Campbell

Joe Campbell ist Senior Manager für Anwendungsentwicklung bei Universal Robots. Das Unternehmen bietet flexible Automationslösungen, die weltweit von Herstellern aller Größen genutzt werden, um Personalbedarf zu decken, Produktivität zu steigern und wettbewerbsfähiger zu werden.