Cobots für die flexible Produktion - Zukunftssicherung?
Veröffentlicht am 17. März 2020 in Flexible Manufacturing
In Deutschland wird im kommenden Jahrzehnt ein schwerwiegender Arbeitskräftemangel erwartet, insbesondere bei technischen Fachkräften. Gleichzeitig verkürzen sich die Produktlebenszyklen. Vor allem für kleinere und mittelständische Unternehmen ist jedoch die Hürde hoch, in zusätzliche Automatisierung zu investieren. Kooperierende und einfach einzurichtende Roboter (Cobots) bieten dann eine schnelle und kostengünstige Lösung, um die Flexibilität, Qualität sowie Geschwindigkeit der Produktion zu steigern und auf sich ändernde Marktanforderungen zu reagieren. Die Cobots der TM-Serie von Omron liefern dafür ein gutes Beispiel.
Sind Roboter Jobkiller oder helfen sie tatsächlich, kleine und mittelständische Unternehmen zukunftssicher zu machen? In Deutschland wird im kommenden Jahrzehnt ein schwerwiegender Arbeitskräftemangel, insbesondere bei technischen Fachkräften, erwartet. Gleichzeitig verkürzen sich die Produktlebenszyklen. Vor allem für kleinere und mittelständischen Unternehmen ist jedoch die Hürde hoch, in zusätzliche Automatisierung zu investieren. Kooperierende und einfach einzurichtende Roboter (Cobots) bieten dann eine schnelle und kostengünstige Lösung, um die Flexibilität, Qualität sowie Geschwindigkeit der Produktion zu steigern und auf sich ändernde Marktanforderungen zu reagieren.
Bereits in den 1960er Jahren haben Roboter in der Industrie Einzug gehalten und seitdem sind ihre Installationszahlen unaufhaltsam gestiegen. Weltweit werden aktuell pro Jahr rund 500.000 bis 600.000 neue Robotersysteme in Betrieb genommen, wobei auf dem asiatischen Markt die Zunahme besonders deutlich ausfällt, wie die Marktanalyse „World Robotics 2019“ der International Federation of Robotics (IFR) und des Fraunhofer IPA zeigt. Wollen kleinere und mittelständische Produktionsunternehmen in Deutschland international bei gleichbleibendem Wirtschaftswachstum mithalten, müssen sie schon aus Kostengründen in mehr Automatisierung investieren. Hinzu kommt ein zunehmender Mangel an Arbeitskräften. Laut Prognosen des statischen Bundesamtes ist durch die geburtenschwachen Jahrgänge ein Rückgang der verfügbaren Arbeitskräfte von ca. 44 Millionen im Jahr 2013 auf etwa 40 bis 42 Millionen im Jahr 2030 zu erwarten. Laut BCG (Boston Consulting Group) ist eine Arbeitskräftelücke von 5,8 bis schlimmstenfalls sogar 7,7 Millionen zu befürchten. Wir brauchen also mehr Automatisierung, um einer Abnahme der Wirtschaftskraft entgegenzusteuern.
Flexibilität ist gefragt
Allerdings wird in vielen Bereichen die klassische Industrierobotik nicht der Schlüssel zum Erfolg sein. Diese Technik erfordert einen hohen Invest, ist dabei aber für heutige und künftige Anforderungen nicht flexibel genug. Die klassischen Produktionslinien sind für Produkte ausgelegt, die in größeren Stückzahlen gefertigt werden. Die Produktlebenszyklen werden jedoch immer kürzer. Lag der Produktlebenszyklus von Fahrzeugen beispielsweise in den 1970er Jahren im Schnitt noch bei acht Jahren, bekommen Autos heute ihr erstes Facelift oft schon nach zwei bis drei Jahren. In nahezu allen Branchen verkürzen sich zudem die Intervalle zwischen Produktneuentwicklungen und viele davon müssen schon nach relativ kurzer Zeit neuen Trends weichen. An dieses Szenario muss sich die Produktion und deren Automatisierung anpassen. Cobots liefern dafür gute Voraussetzungen.
Die kollaborativen Roboter wurden erst im Jahr 2008 in den Markt eingeführt und stellen eine relative neue Kategorie von Industrierobotern dar. Im Gegensatz zu traditionellen Industrierobotern, die zum menschlichen Arbeitsraum durch einen Sicherheitszaun abgeschirmt werden müssen, wurden Cobots entwickelt, um sicher mit dem Menschen zusammenzuarbeiten. Die Anwender benötigen außerdem weniger Zeit und Geld, um mit diesen „Helferrobotern“ eine Applikation zu programmieren. Zudem können Cobots von einem Ort zum anderen bewegt werden, um an verschiedenen Aufgaben zu arbeiten, während herkömmliche Industrieroboter an einem Ort befestigt werden müssen und normalerweise innerhalb der Roboterzelle nur für eine bestimmte Aufgabe einsetzbar sind. Mit Cobots lässt sich daher eine höhere Flexibilität erreichen. Die Aufgaben, die sie übernehmen können, sind vielfältig und reichen von einfachen Pick-and-Place-Anwendungen beim Teilehandling, Sortieren und Palettieren über Maschinenbestückung bis hin zum Kommissionieren, Verpacken und Prüfen. Sie können Klebe- und Dichtmittel auftragen, Teile montieren oder demontieren, messen, testen, prüfen und Schraubvorgänge übernehmen. Für die Mitarbeiter ergeben sich dadurch deutliche Verbesserungen. Sie müssen keine monotonen, körperlich belastenden oder gar gefährlichen Arbeiten mehr ausführen, bekommen bei Präzisionsarbeiten Unterstützung und können sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren. Dabei ist der Umgang mit der Technik einfach.
Benutzerfreundlich und vielseitig
Die kollaborativen Roboter der Serie TM von Omron liefern ein gutes Beispiel dafür, wie vielseitig und unkompliziert Cobots heute sind. Ob Automobil-, Halbleiter-, Lebensmittel-, Verpackungs- oder Kosmetikindustrie, in unterschiedlichen Ausführungen sind sie für den Einsatz in praktisch jeder Umgebung geeignet. Dank der Flowchart-basierten Programmierung, einer intuitiven HMI-Schnittstelle und einfachen Teach-Funktionen sind fast keine Vorkenntnisse bei der Programmierung erforderlich (Bild 5). Ähnlich wie bei einer Powerpoint-Präsentation kann der Anwender komplette Funktionsblöcke zusammensetzen und die vordefinierten Attribute mit den gewünschten Parametern füllen. Die Cobots verfügen zudem optional über ein integriertes Kamera-, Bildverarbeitungs- und Beleuchtungssystem, mit dem sie Produkte exakt erfassen.
Dank vieler Kernfunktionen wie Muster-, Strichcode- und Farberkennung lassen sich Erfassungs-, Inspektions-, Mess- und Sortieranwendungen mühelos umsetzen und bei Bedarf an andere Anforderungen anpassen. Mit Hilfe der Landmark-Erkennung weiß der Roboter, wo er ist und kann beispielsweise ohne großen Aufwand und Neukalibrierung an einer weiteren Maschine ausgerichtet werden. Den Weg dahin kann er sogar autonom zurücklegen, denn die Cobots lassen sich auch mit den mobilen Robotern der LD-Serie kombinieren (Bild 6). Das heißt, sie können immer dort arbeiten, wo sie gerade gebraucht werden.
