Drei Fragen an ...

"Cobots" unterstützen die Produktion

Die Experten Michael Finkler, Geschäftsführer der Proalpha-Gruppe und Mitglied der Konzerngeschäftsleitung, und Dr. Hans Schumacher, Präsident und CEO der Dürr Systems AG, erklären im Interview die Zukunft der „kollaborierenden Roboter“ („Cobots“) und wo weitere Innovationen in diesem Bereich zu erwarten sind.

  • Zusammenarbeit von Mensch und Roboter

    "Ein viel diskutiertes Thema sind zudem Systeme zur direkten Zusammenarbeit von Mensch und Roboter – kurz MRK. Durch innovative MRK-Konzepte verspricht sich die Automobilindustrie einen Schub bei der Automatisierung und damit eine höhere Produktivität." (Hans Schumacher)

  • Dr. Hans Schumacher, Präsident und CEO der Dürr Systems AG

    „Durch innovative MRK-Konzepte verspricht sich die Automobilindustrie einen Schub bei der Automatisierung und damit eine höhere Produktivität.“ (Hans Schumacher)

  • Michael Finkler Geschäftsführer der Proalpha-Gruppe

    „In Zukunft wird man sich verstärkt auf Robotergruppen konzentrieren, die als autarke Produktionseinheiten flexibel und dynamisch miteinander kooperieren.“ (Michael Finkler)

Roboter assistieren dem Menschen schon seit den 80er-Jahren in vielen industriellen Bereichen, vor allem aber rund um die Serienfertigung von Produkten. Es handelt sich um Industrieroboter, die in einem eigenen Bereich arbeiten, klar getrennt durch Gitter und nicht für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen ausgelegt.

Künftig werden aber auch verstärkt „kollaborierende Roboter“ („Cobots“) eingesetzt, die z.B. Montagearbeiten übernehmen, aber auch schwere oder ausladende Bauteile heben, drehen oder halten – und so den Menschen „entlasten“. Der Verzicht auf bauliche Schutzeinrichtungen wie Lichtgitter, Käfige oder Barrieren spart Kosten und verbessert die Arbeitsteilung zwischen Mensch und Maschine. Aber auch die Echtzeitsteuerung und -Kontrolle über das Internet of Things (IoT) macht sogenannte MRK-Konzepte beim Robotereinsatz möglich.

ITM: Roboter sind aus vielen Werkshallen längst nicht mehr wegzudenken. Wo sehen Sie in den Zeiten von Industrie 4.0 neue Einsatzfelder, die praktikabel und wirtschaftlich werden?
Michael Finkler:
Heute haben wir es mehr und mehr mit mobilen und autonom gesteuerten Robotern zu tun. Die Anzahl dieser Roboter steigt rasant, auch weil die Preise für Leichtbauroboter sowie die Aufwände für Programmierung und Inbetriebnahme deutlich sinken. Man trifft sie mittlerweile in unterschiedlichsten Tätigkeitsfeldern an – als kollaborative Montageroboter oder als „Autonomous Mobile Robots“, die den Menschen auf Schritt und Tritt verfolgen und ihn beispielsweise in der Lagerwirtschaft unterstützen. Die Einsatzmöglichkeiten sind fast grenzenlos und reichen vom Prüfroboter über den Putz- bis zum Serviceroboter in der Kantine.

In Zukunft wird man sich verstärkt auf Robotergruppen konzentrieren, die als autarke Produktionseinheiten flexibel und dynamisch miteinander kooperieren. Im Expertenkreis „Machine Learning“ im VDMA-Fachverband für „Software und Digitalisierung“ stellen wir fest, dass Machine Learning sowohl in der Robotik als auch verstärkt in Maschinensteuerungen Einzug hält. Dadurch mutieren konventionelle Fertigungsmaschinen zu autonom steuernden Robotern. Robotik in Verbindung mit selbstlernenden Systemen ist einer der größten Hebel der Unternehmen für zukünftige Effizienzsteigerungen und menschenleere Fabrikhallen.

Hans Schumacher: Zunächst einmal liefert die Digitalisierung passende Werkzeuge, um die bestehenden Roboteranlagen weiter zu optimieren. Mit unseren digitalen Produkten zielen wir darauf ab, die Gesamtanlageneffektivität – englisch „Overall Equipment Effectiveness“, kurz OEE – zu verbessern. In einer Lackieranlage wird so die Verfügbarkeit der Roboter- und der einzelnen Komponenten erhöht und gleichzeitig die Qualität der lackierten Produkte verbessert.

Weitere Einsatzfelder liefert die zunehmende Flexibilisierung und Individualisierung in der Serienproduktion; das geht bis hin zu Lösungen für die Losgröße 1. Auch der Trend zu Elektromobilität erlaubt eine höhere Automatisierung mit neuen Konzepten im Bereich der Automobilendmontage.
Ein viel diskutiertes Thema sind zudem Systeme zur direkten Zusammenarbeit von Mensch und Roboter – kurz MRK. Durch innovative MRK-Konzepte verspricht sich die Automobilindustrie einen Schub bei der Automatisierung und damit eine höhere Produktivität. Andere Aufgaben werden in der Qualitätssicherung dazukommen. Ein wichtiger Einsatzbereich wird die Logistik sein, speziell auch im Zusammenhang mit fahrerlosen Transportfahrzeugen.

ITM: Welche zusätzlichen Features und Funktionen können die Roboter durch den Anschluss an das Internet der Dinge bzw. durch Cloud Computing erhalten?
Schumacher:
Die Roboter mit ihren integrierten Steuerungen stellen die Basis dar, um Themen wie Predictive Maintenance, Condition Monitoring oder auch jegliche andere Big-Data-Auswertungen umsetzen zu können. Neben der Batch-Analyse wird die sogenannte Streaming-Analyse immer wichtiger, da hiermit sofort Prozessabweichungen erkannt werden können.

Cloud Computing wird in Zukunft immer dann die richtige Lösung sein, wenn es darum geht, Komplexität und Aufwände für den Betreiber möglichst gering zu halten. Hier gilt es aber, die richtige Balance zwischen Cloud- und Edge-Konzepten zu halten. Wenn Sensor- und Aktordaten zyklisch – im Extremfall – im Steuerungsinterpolationstakt erfasst und ausgewertet werden sollen, bleiben die „On Edge“- bzw. „On Premise“-Lösungen die effektiveren Konzepte. Alle unsere Roboter sind bereits „Cloud Ready“ und verfügen über Cloud- und Edge-Applikationen, um die Anlageneffizienz zu steigern und die Instandhaltungsaufwände zu reduzieren.

Weitere Applikationen, die wir auf Adamos, unserer gemeinsam mit anderen Maschinenbauern und der Software AG entwickelten IIoT-Plattform realisieren, ergänzen laufend das Portfolio. Ebenfalls neu ist unser E-Commerce-Marktplatz Loxeo, auf dem alle digitalen Produkt- und Service-Angebote für unsere Kunden einfach erreichbar sind.

Finkler: Das Internet – und hier insbesondere die Plattformen – sind die Basis der modernen Robotik. Autonome Roboter kommunizieren mit kollaborierenden Robotern sowie mit allen relevanten cyberphysischen Systemen wie Fertigungseinheiten, Aufzügen, Türen und Raumsteuerungen über das IIoT. Da die zukünftige Robotik fast immer mit Künstlicher Intelligenz (KI) einhergeht und KI-Services auf IoT-Plattformen verfügbar sind, beispielsweise zur sprachlichen Kommunikation, kommt den IoT-Plattformen besondere Bedeutung zu. Die Überwachung und Steuerung einzelner Roboter oder eines Roboterverbands wird über das IIoT erst effizient möglich.

Durch die Integration der Robotik mit dem IoT können zudem völlig neue Geschäftsmodelle realisiert werden. Außerdem können Abrechnungen der Roboternutzung gemäß „Pay per Use“ oder gar nach Produktionsergebnissen, analog den Ernteerträgen in der Landwirtschaft, erfolgen.

ITM: Worauf kommt es bei der Gestaltung der Schnittstellen zu ERP und MES an, damit der Robotereinsatz zuverlässig, performant und sicher gesteuert und kon-trolliert wird?
Schumacher:
Detaillierte Auswertungen und Analysen setzen eine zuverlässige, hochperformante und sichere Datenkommunikation voraus; denn bei Ausfall des Netzwerks sowie der Schnittstellen steht die Produktion innerhalb von Sekunden. Deshalb sollte bereits bei der Entwicklung auf eine enge Zusammenarbeit geachtet werden, sowohl produkt- als auch prozessübergreifend. In einer zentralisierten „Digital Factory“ wird die Software möglichst „nahtlos“ – also mechatronisch – mit der Produktentwicklung kombiniert. Über unsere Itac.MES.Suite ist natürlich auch eine Integration über alle Ebenen gegeben.

Finkler: Als ERP-Anbieter mit integrierten Shopfloor-Funktionen können wir meist auf ein MES-System als Übersetzungsschicht zwischen Roboter und ERP verzichten. Roboter und ERP-System tauschen relevante Daten wie Prüfergebnisse, Lagerbuchungen oder Montagefortschritte direkt miteinander aus. Diese direkte Kommunikation, wie sie auch der Roboterhersteller Kuka propagiert, ermöglicht neue automatisierte Prozesse. So können z.B. weitere Arbeitsanweisungen durch das ERP generiert werden – entweder vollautonom oder durch Einbeziehung des Mitarbeiters vor Ort.

Reduzierte Kosten und Durchlaufzeiten sowie optimierte Prozesse sind nur einige der Vorteile. Die Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit der Schnittstelle sollte eine hochperformante internetbasierte Middleware sicherstellen, die gleichzeitig der zentrale Echtzeit-Backbone für alle Umsetzungen von Industrie-4.0- und IoT-Konzepten – und somit auch für alle Roboter I/Os – ist.

Mithilfe von Integrationsplattformen wie unserer „Integration Workbench“ INWB können dann performante, sichere und kontrollierte Vernetzungen geschaffen werden – und zwar horizontal und vertikal. Basiert die Plattform zudem auf einer service-orientierten Architektur, werden Schnittstellen als Konfigurationen realisiert – ein Vorteil gegenüber konventionellen Schnittstellen.

Bildquelle: Thinkstock/iStock/Proalpha-Gruppe/Dürr Systems AG

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