Warum High-Mix-Low-Volume-Hersteller kollaborative Roboter einsetzen sollten

Kollaborative Roboter werden für Hersteller zunehmend attraktiv, die flexible Lösungen für ihr wachsendes Produktportfolio benötigen, aber möglicherweise nicht die Arbeitsmenge oder Kapitalressourcen haben, um größere Investitionen in Automatisierungssysteme zu rechtfertigen.

Diese kollaborativen Roboter, allgemein als „Cobots“ bezeichnet, können Aufgaben mit minimaler Programmierung ausführen und sich an Variationen in Bauteilposition und -größe anpassen. Menschen arbeiten Seite an Seite mit Cobots, was die Notwendigkeit für kundenspezifische Spannvorrichtungen reduziert, die High-Mix-Low-Volume-Arbeit (HMLV) ineffizient machen können. Cobots können auch dorthin gebracht werden, wo die Arbeit auf dem Shopfloor anfällt.

Die Purdue Manufacturing Extension Partnership hat Hersteller identifiziert, die viel von der Cobot-Einführung profitieren können. Investitionen in kollaborative Roboter machen am meisten Sinn für:

• Hersteller mit 50 bis 500 Mitarbeitern und einer Familienproduktpalette
• Inhaber, die eine schnelle Amortisationszeit bei Kapitaleinsätzen suchen (z. B. 6 Monate)
• Manager, die Schichten nicht besetzen können, aber Mitarbeiter auf wertschöpfendere Positionen umsetzen können
• Bediener mit repetitiven oder gefährlichen Tätigkeiten

Dank der Arbeit im Measurement Science for Manufacturing Robotics Program innerhalb des Engineering Laboratory (EL) des National Institute of Standards and Technology (NIST) sind kollaborative Roboter nun kleiner, leichter und für kleine und mittlere Hersteller (KMU) leichter zu integrieren und weisen verbesserte Interoperabilität in Arbeitszellen auf.

Cobot als Remote-Assistent für Shopfloor-Bediener

Mensch-Roboter-Kollaboration erwies sich laut MIT-Forschung als 85 Prozent produktiver als entweder Menschen oder Roboter allein. Der Cobot fungiert weitgehend als Assistent für den Mitarbeiter.

Reine Robotik erfordert immense Programmierung und Sensorik, um die vielen möglichen Variablen abzudecken. Es ist beispielsweise weitaus kosteneffizienter, dass ein Mensch Teile zu einem Roboter für Montage oder Schweißen bringt und präsentiert, als den Roboter zu trainieren, anderswo in der Anlage – mit all den Sicherheits- und Umgebungsfaktoren – Materialien zu holen und die Arbeit zu erledigen.

Cobots hingegen arbeiten mit Software für viele Maschinen und Anwendungen, was bedeutet, dass sie schnell für andere Aufgaben umgerüstet werden können, um operative Flexibilität zu erhöhen. Sie sind zudem leicht, aber zuverlässig. Viele Cobots haben Garantien, die genug Betriebsstunden für einen kontinuierlichen Betrieb über mehrere Jahre abdecken.

Die drei häufigsten Cobot-Typen sind:

1. Fest installiert – oft ein einzelner Arm, der repetitive Arbeiten mit Teilen und Werkzeugen ausführt.
2. Mobil – besonders nützlich für Pick-and-Place-Aufgaben und schnelle Umrüstungen.
3. Tragbar – wie Exoskelette, die dem Nutzer die Vorteile menschlicher Fähigkeiten mit der Kraft und Ausdauer einer Maschine kombinieren.

Kollaborative Roboter können für viele Anwendungen programmiert werden

Aufgaben variieren stark bei HMLV-Arbeit, was Herausforderungen für Produktivität und Gesamtanlageneffektivität schafft. Doch HMLV-Arbeit umfasst oft immer noch monotone Routinen, die zu Fehlern und repetitiven Bewegungen führen können, die Belastungen und Verletzungen für Arbeiter verursachen.

Zu den vielen Anwendungen, für die kollaborative Roboter in HMLV-Werkstätten eingesetzt werden, gehören:

• Maschinenbedienung – Dies ist der häufigste Cobot-Einsatz, der die repetitiven Aufgaben des Entnehmens und Platzierens von Teilen oder Werkzeugen ersetzt.
• Adaptive Montage – Die Flexibilität eines Cobots erlaubt es, Schrauben einzudrehen, Bolzen anzuziehen, Teile einzurasten, Klebstoffe aufzutragen und mehr.
• Prüfung von Teilen und Produkten – Roboter erleiden nicht die mentale Ermüdung, die menschliche Inspektionen begrenzt, und können diese Aufgabe mit mehreren Hochauflösungskameras und/oder Sensoren viel schneller erledigen.
• Schweißen – Die Flexibilität von Cobots zeigt sich in ihrer zunehmend häufigen Nutzung für Punktschweißen und Lichtbogenschweißen. Es herrscht ein schwerer Mangel an zertifizierten Schweißern; diese Nutzung wird voraussichtlich weiter zunehmen.
• Verpackung und Versand – Aufgaben reichen von Schrumpffolienverpackung über das Verpacken von Teilen bis zum Beladen von Paletten. Cobots sind gute Kandidaten für schwere Hebearbeiten.

Die Vielseitigkeit von Cobots gehört zu den attraktivsten Vorteilen für HMLV-Arbeit. Es ist, als hätte man einen Mitarbeiter, der viele verschiedene, oft unattraktive Aufgaben meistern kann.

Herausforderungen bei der Implementierung kollaborativer Roboter

NIST-Labore arbeiten weiterhin an Uniformität für Cobots, damit Systeme scheinbar identischer Spezifikationen auf wiederholbare und sinnvolle Weise gemessen, bewertet und verglichen werden können.

Elena Messina, Gruppenleiterin in der Intelligent Systems Division des NIST EL, gibt diese Einblicke in Herausforderungen für die vermehrte Cobot-Nutzung:

• KMU kennen Trends und potenzielle Vorteile der Robotik, zögern aber oft zu investieren, ohne Gewissheit über den Erfolg.
• Selbst mit kommerziell verfügbaren Technologien bleiben Hersteller oft auf sich allein gestellt, um zu bestimmen, ob ein kollaborativer Roboter tatsächlich wie erwartet performt. KMU fehlen oft dedizierte Programmierer, und die Programmierkomplexität variiert je nach Cobot-OEM.
• Ein klar definiertes Ergebnis ist essenziell für richtige Integration und Implementierung. Andernfalls kann Integration zu einem laufenden Kostenfaktor werden, der höher ausfällt als erwartet.

Kollaborative Roboter haben auch Einschränkungen:

• Sie arbeiten oft langsamer als Standardautomatisierung.
• Viele Cobots haben begrenzte Traglast und Reichweite, obwohl einige Modelle diese Bereiche adressieren.
• Cobots für einige gefährliche Anwendungen erfordern möglicherweise zusätzliche Sicherheitsinfrastruktur wie Käfige oder Bereichsscanner.

MEP Center können Ihnen helfen, von Cobots zu profitieren

Hersteller können vom traditionellen Robotik-Wertversprechen profitieren, das Cobots bieten – repetitive Aufgaben übernehmen, die menschliche Arbeiter für komplexere Arbeit freisetzen. Zudem können Cobots im Vergleich zu Automatisierungssystemen erhebliche Einsparungen bieten und Hersteller für zukünftige Innovationen positionieren.

Kollaborative Robotik kann für KMU eine einschüchternde Grenze darstellen, besonders für jene, deren frühe Versuche mit Automatisierung und digitalen Technologien nicht gut verliefen. Ihr lokales MEP Center kann Sie durch den Implementierungsprozess kollaborativer Roboter führen und Ihnen helfen, eine fundierte Investitionsentscheidung zu treffen.