Inside the Smart Factory – Teil 4

Cobots – Alleskönner oder Roboter 2. Klasse?

Die Digitalisierung ist das beherrschende Thema in der fertigenden Industrie. Gleichzeitig herrscht große Verunsicherung aufgrund von unterschiedlichen Begriffsdefinitionen und unklaren Abgrenzungen. Die Artikelreihe „Inside the Smart Factory“ klärt über Missverständnisse und Hindernisse auf dem Weg zur digitalen Fabrik auf. In der vierten Folge: kollaborierende Roboter. Von Prof. Dr.-Ing. Werner Bick
© Shutterstock / julia.m

Der europäische Hot-Spot für Robotik für die Industrie liegt in einer 178.000-Einwohner-Stadt auf der dänischen Insel Fünen – genauer gesagt in Odense. Denn dort haben sich rund um den Marktführer Universal Robotics über 100 Start-ups angesiedelt, die sich anschicken, den Robotik-Markt zu revolutionieren. Mit kollaborierenden Robotern, die, aus den Sicherheitskäfigen befreit, Hand in Hand mit dem Menschen im Produktionsumfeld zusammenarbeiten. Allein, in den deutschen Werkshallen scheint diese Revolution noch nicht ganz angekommen zu sein. Im Gegenteil: Viele Unternehmen stehen dem neuen Konzept skeptisch gegenüber und setzen weiterhin in den meisten Bereichen auf klassische Industrieroboter. Ist diese Skepsis berechtigt? Welche Vorteile bieten Cobots gerade in der Smart Factory und wie unterscheiden sie sich darin von klassischen Industrierobotern?

Vom hybriden Montagesystem zum Cobot

Die Grundidee hinter den heutigen Cobots, also der Einsatz von kompakten, flexiblen und automatisierten Systemen zur Unterstützung des Menschen bei monotonen oder kraftaufwändigen Arbeitsschritten ist nicht neu. Bereits in den 90er Jahren wurden erste, sogenannte hybride Montagesysteme konzipiert, in denen Automatikstationen mit Handarbeitsplätzen kombiniert waren. Durch die höhere Flexibilität der Geräte erhoffte man sich, die gestiegene Variantenvielfalt bei gleichzeitig kürzer werdenden Produktlebenszyklen besser in den Griff zu bekommen.

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Jedoch erst jetzt, über 20 Jahre später, sind kollaborative Roboter dank günstiger Sensorik und massiv gestiegener Datenverarbeitungskapazität im Gerät zum smarten Helfer für vielfältige Tätigkeiten in Montage, Verpackung oder Qualitätsprüfung avanciert. Dass sie zugleich wesentlich günstiger und leichter zu programmieren sind als die damaligen Montagesysteme, nährt die Vision, dass Cobots langfristig immer häufiger die schweren, teuren und stationären Industrieroboter verdrängen könnten. Gerade im Zeitalter von sich schnell verändernden Produktportfolios und steigender Variantenvielfalt gewinnt dieser Ansatz immer mehr Anhänger. Doch können Cobots tatsächlich klassische Industrieroboter und/oder Werkzeugmaschinen ersetzen?

Hand in Hand mit den menschlichen Kollegen

In der Regel bestehen kollaborative Roboter aus einem Arm mit sechs Achsen. Mit ihnen können die Cobots verschiedene Tätigkeiten ausführen, wie etwa Greifen, Saugen, Drücken oder Heben bis zu einer Traglast von etwa 15 kg sowie einer Reichweite von derzeit rund zwei Metern. Betrachtet man die aktuelle Generation der Cobots, zum Beispiel die e-Serie von Universal Robotics, dann hat sich das Funktionsspektrum von ursprünglich reinen Montagetätigkeiten erheblich ausgeweitet. Mit den entsprechenden Applikationen können die Cobots unter anderem in der CNC-Maschinenbedienung, im Spritzguss, beim Lackieren oder Verpacken eingesetzt werden. Dabei arbeiten die Roboter oftmals Hand in Hand mit ihren menschlichen Kollegen – seit einigen Jahren und in bestimmten Anwendungsfällen auch ohne Schutzzaun. 

Besonders geeignet ist diese Art von Roboter-Unterstützung immer dann, wenn Tätigkeiten stark repetitiv oder körperlich belastend sind. Hier können Cobots für eine deutliche Entlastung der Mitarbeiter im Shopfloor sorgen und die Produktivität in der Linie steigern. Einen weiteren Vorteil bieten Cobots, wenn wenig freie Fläche für große Industrieroboter zur Verfügung steht. Anspruchsvollere Aufgaben, wie etwa das Greifen und Anreichen von instabilen beziehungsweise schwer fassbaren Oberflächen, wie etwa Blechen oder Gummidichtungen, bereitet der aktuellen Generation von Cobots aber häufig noch Probleme.

Der Cobot als Assistent bei komplexen Tätigkeiten

Ein Beispiel für den gelungenen Einsatz von Cobots im Zusammenspiel mit dem Menschen liefert WS Kunststoff-Service GmbH. Der Anbieter von Montagedienstleistungen für Kunststoffteile und Sieger des Industrie 4.0 Awards 2017 nutzt kollaborative Roboter, um den Mitarbeitern belastende Arbeitsvorgänge wie das Auftragen von Klebstoffen auf Bauteile abzunehmen. Hierbei unterstützen Leichtbauroboter die Mitarbeiter gezielt im Prozess. Das Besondere: Über eine Mitarbeiter-App werden persönliche Einstellungen der Mitarbeiter gespeichert, mit denen die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine optimiert werden kann – etwa, indem Werkzeuge direkt für Rechts- oder Linkshänder jeweils von der richtigen Seite angereicht werden.

Cobots als flexible Alleskönner?

Mensch-Roboter-Kollaboration in der Industrie. © Shutterstock / Zapp2Photo

In den beschriebenen Anwendungsfeldern liefern Cobots bereits heute eine interessante Alternative zu rein manuellen oder rein maschinellen Prozessen. Um kollaborative Roboter im eigenen Fertigungsumfeld gewinnbringend einsetzen zu können, sollten Unternehmen allerdings die erfolgskritischen Faktoren beachten:

Kosten realistisch abschätzen:

Mit einem Anschaffungspreis zwischen 20.000 und 30.000 Euro stellen Cobots gerade für klein- und mittelständische Unternehmen eine attraktive Option dar. Hierbei sollten Unternehmen allerdings beachten, dass zum Preis für den Cobot selbst, noch weitere Kosten, etwa für das Engineering, der Konstruktion und dem Bau des Greifers sowie der Programmierung hinzukommen.

Einsatzbereiche identifizieren:

Aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihres geringen Gewichts und der hohen Beweglichkeit gelten Cobots als flexibel einsetzbar. Dennoch sollten sich Unternehmen vorab genau überlegen, in welchem Bereich sie ihre Cobots später nutzen. Denn trotz vielfältiger potenzieller Anwendungsfelder: Ein Einsatz von Cobots in ständig wechselnden Arbeitsbereichen ist angesichts des Implementierungsaufwands weder realistisch noch wirtschaftlich sinnvoll. Statt einem flexiblen Alleskönner sollten sich Unternehmen daher auf das für den jeweiligen Prozessschritt passende Modell konzentrieren. Relevante Kriterien hierfür sind beispielsweise Reichweite, maximale Traglast sowie Funktionsmerkmale wie etwa Embedded Vision oder spezielle Armaufsätze je nach Einsatzfeld.

Prozesse anpassen:

Cobots versprechen neben mehr Flexibilität auch eine gesteigerte Produktivität. Oft wird dabei vergessen, dass gerade in der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter, die Prozesse perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen, um einen Produktivitätsgewinn zu erzielen. Anders ausgedrückt: Der Einsatz von Cobots allein schafft häufig noch keinen Mehrwert. Bevor Roboter daher in der Linie eingesetzt werden, gilt es, die Arbeitsabläufe genau zu analysieren, die Cobots entsprechend in die Operationsfolge einzupassen und – nicht zuletzt – die Mitarbeiter im neuen Prozess zu schulen.

Vieles, nur kein Selbstläufer

Diese Einschränkungen zeigen, dass Cobots je nach Arbeitskontext enorm hilfreiche Instrumente in der Smart Factory sein können – Selbstläufer beziehungsweise Selbstzweck sind sie jedoch nicht. Wer also darüber nachdenkt, kollaborative Roboter in seiner Fertigungsumgebung einzusetzen, sollte sich nicht von den grellen Werbebotschaften der Hersteller blenden lassen, sondern genau abschätzen, ob, wo und wie ihr Potenzial tatsächlich zum Tragen kommt.

Denn ebenso wenig wie sie klassische Industrieroboter vollständig ersetzen können, sind Cobots die flexiblen Alleskönner, für die sie zeitweise ausgegeben werden. Zumindest noch nicht. Das Potenzial der kollaborativen Robotik ist ohne Frage vorhanden. Damit es voll ausgeschöpft werden kann, müssen Unternehmen nicht nur ihre Hardware, sondern auch ihr Prozessverständnis erneuern. Dann allerdings könnte dem Cobot in der Smart Factory eine zentrale Bedeutung zukommen, vor allem wenn es darum geht, die Arbeitsprozesse dort agiler, schneller und skalierbarer zu gestalten als bislang.

Prof. Dr.-Ing. Werner Bick, Generalbevollmächtigter der ROI Management Consulting AG und Professor an der OTH Regensburg / ag

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