Zukunft der Robotik in der Fertigung navigieren: Trends & Chancen

Fertigungsrobotik folgt in gewissem Maße einem ähnlichen Pfad von Fortschritten wie bei der Bearbeitung und festen Automatisierungssystemen. Zwar ist der ROI am einfachsten in Effizienz und Kosteneinsparungen messbar, doch Hersteller suchen nach Robotiktechnologie, um einen Schmerzpunkt in ihrem Betrieb zu lösen oder neue Chancen zu schaffen. Es könnte darum gehen, Prozesse effizienter zu verknüpfen oder die Notwendigkeit zu eliminieren, eine bestimmte Funktion oder zwei auszulagern.

Der Wachstumspfad für kleine und mittlere Hersteller (KMU) mit Robotik ist daher zunehmend auf Anwendungen und hinzugefügte Fähigkeiten fokussiert, nicht nur auf Effizienz und kontinuierliche Verbesserung. Der Schlüssel zur Steigerung der Robotikakzeptanz in KMU ist, die Roboter einfacher zu bedienen und wiederzuverwenden.

Im Wesentlichen hängt die Akzeptanz davon ab, dass Roboter menschenähnlichere Geschicklichkeit und Selbstkontrolle haben.

NIST Labs hat Designs, um Roboter einfacher zu machen

Wissenschaftler und Ingenieure in NIST Labs arbeiten daran, eine signifikante Lücke zwischen Spitzentechnologie und dem, was aktuell auf vielen Fertigungs-Shopfloors eingesetzt wird, zu schließen. Dies ist weitgehend auf den Mangel an Messwissenschaft zurückzuführen, um aufkommende neuartige Forschung zu verifizieren und zu validieren und so das Akzeptanzrisiko zu reduzieren.

Eine der Prioritäten von NISTs Intelligent Systems Division ist die Weiterentwicklung von Greifen, Manipulation und Sicherheitsleistung, die es KMU ermöglichen werden, Roboterlösungen effektiv einzusetzen. Diese Arbeit umfasst Leistungsmetriken, Testmethoden und zugehörige Messwerkzeuge, die zu Industriestandards werden können.

Die Forschung fördert Robotik in der Fertigung durch Bereitstellung von:

• Bessere Wiederholbarkeit, damit Roboter Bewegungen und Aktionen innerhalb eines X,Y,Z-Koordinatensystemraums zuverlässig ausführen können
• Einfachere Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) für Bediener, um Aufgaben zu programmieren und mit Robotik zu interagieren
• Neue Designs für Greifer, die präzisere, menschenähnlichere Bewegungen ermöglichen
• Bessere Sicherheit und Situationsbewusstsein

Zu den Fortschritten, die jetzt den Shopfloor erreichen, gehört Software in handgehaltenen HMI-Geräten, die menschliche Koordinatenreferenzen (rechts/links, zu/weg) in konventionelle kartesische X, Y, Z Koordinaten übersetzt. Dies ermöglicht Bedienern, kollaborative Roboter einfacher zu programmieren.

Verbesserungen in der Programmierung mit HMIs haben es ermöglicht, dass einige Roboter von Schweißern programmiert werden, die die Bewegungen und Aktionen für den betreffenden Prozess modellieren.

Nachdem Palettierung erobert wurde, zielt Robotik auf Montage ab

Die frühe Einführung von Robotik in der Fertigung konzentrierte sich auf repetitive Aufgaben, die keine speziellen Fähigkeiten erfordern oder Mehrwert bieten. Die beliebtesten robotischen Anwendungen nach Nutzung:

Montage macht nur 2 Prozent der robotischen Nutzung aus, obwohl NIST-Forscher und Branchenexperten glauben, dass sie viel Versprechen für breite Akzeptanz bei KMU birgt, sobald Manipulationstechnologie sich verbessert.

Wahrscheinliche Bereiche für erweiterte Montagearbeit:

• Elektrische Steckverbinder
• Gewindeschneiden und Einfügen von Befestigungselementen
• Kabelverlegung

Eine der Herausforderungen für robotische Montage ist die Vielzahl an Variablen, die bei komplexen Operationen berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise könnte die optimale Kraft für einen Greifer, um ein Teil aufzunehmen und zu bewegen, nicht dieselbe sein wie die für eine spätere Gewindeoperation in der Produktion benötigte Kraft.

Mit verbesserter taktiler Sensorik werden Roboter in der Lage sein, alles mit der richtigen Kraft zu greifen, was potenziell die für diesen Produktionsprozess benötigten Schritte reduziert.

Greifer-Designs zeigen Verbesserungen in Geschicklichkeit, Vielseitigkeit

NIST Labs arbeiten an etwa einem Dutzend Testmethoden für Greifen und Manipulation unter Verwendung der IEEE-Standardsplattform.

Die vier häufigsten Arten von Roboter-Greifern:

• Vakuum – ein Standard-End-of-Arm-Tooling für flache, glatte Oberflächen, oft verwendet in Palettierung und Verpackung
• Pneumatisch – auch als „Bang-Bang-Greifer“ bekannt für das Geräusch in industriellen Operationen, dieser vielseitige Typ wird oft für kleine Objekte in Pick-and-Place-Operationen verwendet
• Hydraulisch – der stärkste – und unordentlichste – der industriellen Greifer
• Servo-Elektrisch – hochflexibel und kosteneffektiv, diese erlauben unterschiedliche Materialtoleranzen beim Handling von Teilen

Innovative Designs, die Sechs-Achsen-Kraft- und Drehmomentsensoren nutzen, gedeihen für Greiftechnologien, einschließlich Mechanismen, die menschliche Hände nachahmen.

Diese Fortschritte erreichen zunehmend Shopfloors:

• Anpassbare Endeffektoren, die leicht entfernt und ersetzt werden können
• Verbesserte Geschicklichkeit mit Drei-Finger-Adaptivgreifern, fähig, fragile Gegenstände zu manipulieren und Werkzeugwechsel zu minimieren
• Robotik, die maschinelles Lernen von intelligenten Sensoren an Greifern nutzt, um sich selbst beizubringen, wie man Objekte anfasst
• Greifer, die mehrere Technologien kombinieren. Dies könnte ein Vakuumgreifer mit Fingern oder zwei separate Arme und Greiferkonfigurationen an derselben Arbeitsstation sein, um mehrere Aufgaben zu ermöglichen, was sowohl Geschwindigkeit als auch Zuverlässigkeit erhöht

Schlüssel zum Erfolg beim Start Ihrer Robotik-Reise

Im Gegensatz zu festen Automatisierungssystemen gibt es bei Robotik einen Trade-off zwischen Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit. Einer der Reize der Robotik ist, dass ein Roboter gebaut und programmiert werden kann, um fast alles zu tun. Je mehr Funktionalität Sie jedoch in einen Roboter einbauen, desto mehr Umweltüberlegungen müssen in die bedingten Anforderungen einfließen, was die Programmierung und Integration des Roboters für zusätzliche Aufgaben schwieriger macht.

Kleinserienplanung kann mit Robotik schwierig sein, wenn Hersteller nicht das richtige Unterstützungssystem haben. Es wird mehr Akzeptanz geben, wenn KMU sehen können, wie Robotik Rüstkosten spart, wenn sie bereit sind, Personal mit Robotik im Hinterkopf einzustellen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass ein Hersteller mit 10 oder weniger Mitarbeitern bald einen Robotikexperten hat, um die Gesamtanlageneffektivität zu gewährleisten.

Catalyst Connection, Teil des MEP National Network™, hat einen leicht verständlichen Leitfaden zur Robotik zusammengestellt. Er identifizierte diese Erfolgsfaktoren für die Erkundung des Einsatzes von Robotik in der Fertigung:

• Ressourcen identifizieren, einschließlich eines internen Champions, um das nötige Level an Unterstützung zu erhalten
• Bedürfnisse oder Schmerzpunkte identifizieren
  • Unterstützende Werkzeuge priorisieren
  • Fertigungsbeispiele identifizieren; klein anfangen und einfach halten
• Einen Business Case aufbauen; 2x–4x Hardwarekosten für Tooling, Zubehör und Integrationskomplexität einkalkulieren

Experten in Ihrem lokalen MEP Center sind bereit, Ihnen zu helfen, Robotik zu erkunden – und potenziell einzuführen. Verbinden Sie sich mit ihnen, um zu sehen, wie Robotik Ihnen helfen kann, Ihr Geschäft durch Hinzufügen neuer Funktionalität zu erweitern.

Informationen über NIST Labs Forschung bereitgestellt von Elena Messina, Jeremy Marvel und Joseph Falco.