Wie Sie mit der richtigen Planung Ihrer Anlage alle Vorteile der Mensch-Roboter-Kollaboration nutzen

Von Johannes Kurth und Marcel Wagner

Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ist weiterhin in aller Munde. Es gibt erfolgreiche Anwendungen. Der große Durchbruch hat jedoch noch nicht stattgefunden. Ein wesentlicher Grund liegt darin, dass MRK in der Einführungsphase nur in bestehende Anlagen integriert wurde, die aber nicht für MRK vorbereitet oder geeignet sind. Die ganzen Vorteile von MRK werden erst bei Neuanlagen nutzbar, aber auch nur dann, wenn neue Methoden zur Planung der Anlage genutzt werden. Dieser Beitrag zeigt auf, welche Änderungen notwendig sind, und stellt eine erweiterte Planungsmethodik sowie Planungsprinzipien für MRK vor.

Seit der Vorstellung erster Roboter mit entsprechenden Sicherheitsfunktionen für den kollaborierenden Betrieb im Jahr 2014 werden MRK-Lösungen in bestehende Anlagen integriert, was aber nur in seltenen Fällen zu technisch und wirtschaftlich überzeugenden Lösungen führt. Woran liegt das?

MRK bei bestehenden Anlagen

Bestehende Anlagen wurden planerisch nie für die Mensch-Roboter-Kollaboration vorbereitet. Ganz im Gegenteil. Die Arbeitsinhalte wurden konsequent entweder auf manuelle Arbeitsplätze oder auf vollautomatisierte Roboterstationen hinter einem Schutzzaun oder Lichtgitter bzw. Scanner aufgeteilt. Die manuellen Arbeitsplätze wurden so ausgetaktet, dass der Mensch bezüglich seiner Fähigkeiten und benötigten Zeit optimal eingesetzt wird.

Zwei sehr wichtige Aspekte sind:

  • Menschliche Fähigkeiten und Nutzungsgrad

Würde man versuchen, einen Menschen technisch nachzubilden, so würde er in etwa aus folgenden Komponenten bestehen:

Ein 7-Achs-Roboter wäre dabei nur eine von vielen optimal aufeinander abgestimmten Komponenten. Dies zeigt, wie unfair eigentlich der Wettbewerb von Mensch zu Roboter ist. Hat ein einzelner Roboter da wirklich eine Chance?
Ja, und zwar immer dann, wenn die Fähigkeiten des Menschen gar nicht umfassend genutzt werden.

Der zweite wichtige Aspekt:

  • Zeitliche Auslastung

In verketteten Montagearbeitsplätzen wird in der Regel der Arbeitsinhalt so ausgelegt, dass jede Person ihre Arbeitsinhalte innerhalb der Taktzeit gut bearbeiten kann, ohne dass größere Pausenzeiten entstehen. Ist eine bestehende Anlage in diesem Sinne gut geplant, dann wird auch deutlich, warum die Vorteile von MRK dort nicht vollständig zur Wirkung kommen. Durch die Integration eines MRK-Roboters wird der Mensch in der Regel nur anteilig entlastet. Die gewonnene Arbeitszeit der Person kann jedoch selten sinnvoll genutzt werden, da der vor- und nachgelagerte Arbeitsplatz ja optimal ausgetaktet ist. Die Personen benötigen keine Unterstützung. Andere Tätigkeiten sind räumlich oft zu weit weg, was zu unproduktiven Laufwegen führen würde.
Wenn man jedoch nicht nur einen Arbeitsplatz betrachtet, sondern bereit ist, gleich mehrere Arbeitsplätze umzugestalten, dann ergeben sich ganz neue Möglichkeiten, da man jetzt die Arbeitsinhalte nach neuen Kriterien verteilen kann.

MRK bei Neuanlagen

Bei MRK in Neuanlagen gelten ganz andere Rahmenbedingungen. Alle Planungsaspekte von MRK können von Beginn an berücksichtigt werden. Eine optimierte Aufteilung der Arbeitsinhalte auf Mensch und Roboter ist möglich. Damit kann das ganze Potential von MRK ausgeschöpft werden. Zudem stehen deutlich höhere Investitionsmittel als beim Umbau von Bestandsanlagen zur Verfügung.

Neue Planungsmethodik für MRK

Bei einer Neuanlage sind zunächst alle Montageschritte zu klassifizieren. Dabei sind immer zwei Fragen zu beantworten:

  1. Ist der Prozessschritt auch unter wirtschaftlichen Bedingungen für die Automatisierung geeignet?
    Nicht alles was technisch machbar ist, ist auch wirtschaftlich.
  2. Kann ein automatisierbarer Prozessschritt auch in Kombination mit MRK realisiert werden?
    Ein Schweißprozess wäre zum Beispiel nicht MRK-geeignet.

Wurden diese beiden Punkte bejaht wurden, wird ein Anlagenkonzept erstellt. Wurde dieses Konzept wiederum positiv bewertet wurde, beginnt die Anlagendetaillierung.

Bei der Gestaltung des Anlagenkonzeptes sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

  1. Nachempfinden der manuellen Tätigkeit vermeiden
    Der Roboter kennt viele der menschlichen Einschränkungen nicht. Er muss nicht auf Ergonomie, Erschöpfung usw. Rücksicht nehmen. Damit ergeben sich ganz andere Gestaltungsmöglichkeiten.
  2. Revolution statt Evolution
    Bisherige Konzepte müssen zur Seite gelegt und Prozesse und Arbeitsinhalte neu gedacht werden.
  3. Auslastung des Roboters
    Bei der Zuordnung der Arbeitsinhalte auf die Roboter in einer Anlage ist darauf zu achten, dass ein Roboter möglichst nur einen Prozess ausführt. Durch eine geschickte Anordnung der einzelnen Arbeitsstationen im Layout kann die Anlage so gestaltet werden, dass der Roboter Arbeitsinhalte in zwei oder mehr Stationen übernimmt.
  4. Aufgabenzentrierte Entscheidung für Takt- oder Fließbetrieb
    Bei sehr großen Anlagen wie der Endmontage in einem Automobilwerk ist noch festzulegen, in welchen Bereichen die Anlage im Taktbetrieb oder im Fließbetrieb laufen soll. In diesem Zusammenhang sollte auch der Verbauzeitpunkt bestimmter Komponenten überdacht werden. Wenn es der Vorranggraph zulässt, können so Montageinhalte in bevorzugte Zonen mit Takt- oder Fließbetrieb verschoben werden.

Diese neuen Aspekte einer MRK-gerechten Planung stellen die Planenden am Anfang vor eine gewisse Herausforderung. Als Lohn für diese Anstrengung winkt eine hoch produktive, wirtschaftliche Anlage mit ergonomisch optimierten Arbeitsplätzen. Zudem lassen sich nun auch Prozesse automatisieren, die bisher an den zu hohen Kosten für eine automatisierungsgerechte Zu- und Abführung von Bauteilen gescheitert sind. Damit kann die Automatisierung in Bereiche vorstoßen, die ihr bisher verschlossen waren.

Die Lernkurve bei der Planung von Anlagen kann durch MRK-erfahrene Experten/innen sehr erfolgreich unterstützt werden. Fragen Sie uns, wir werden Sie bestmöglich bei der Optimierung ihrer Wertschöpfung unterstützen. 

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