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Robo­ter als Trei­ber der Indus­trie 4.0

Automatisierung
Robo­ter als Trei­ber der Indus­trie 4.0

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Das Zusam­men­spiel von Auto­ma­ti­sie­rung und Vernet­zung ist für Indus­trie 4.0 von zentra­ler Bedeu­tung und wird die Aufga­ben von Mitar­bei­tern verän­dern. Der inter­na­tio­nale Auto­mo­bil­zu­lie­fe­rer Conti­nen­tal erforscht an seinem welt­weit größ­ten Automotive-Standort in Regens­burg die Einsatz­mög­lich­kei­ten von kolla­bo­rie­ren­den Robo­tern und Auto­no­mous Auto­ma­ted Guided Vehi­cles (aAGV).

Robo­ter werden heute gern in einem Atem­zug mit Indus­trie 4.0 erwähnt. Deshalb sei hier gleich zu Anfang klar­ge­stellt: Ein Robo­ter an sich – ganz gleich, ob er in der Ferti­gung oder in einem Trans­port­sys­tem zum Einsatz kommt – ist noch kein Bestand­teil der „4.0“-Welt. Dies geschieht erst durch die Vernet­zung mit ande­ren Anla­gen auf Basis cyber-physikalischer Systeme oder allge­mei­ner gesagt: durch die Einbe­zie­hung ins Inter­net der Dinge. In dieser vernetz­ten Form spielt die Auto­ma­ti­sie­rung aller­dings eine zentrale Rolle für die Indus­trie 4.0. Moderne Leicht­bau­ro­bo­ter können heute im direk­ten Arbeits­um­feld von Menschen einge­setzt werden – im Gegen­satz zu den herkömm­li­chen, schwe­ren Industrierobo-tern, die schon aus Sicher­heits­grün­den nur in gut abge­schirm­ten, menschen­lee­ren Berei­chen arbei­ten können.

Conti­nen­tal betreibt in Regens­burg, dem mit rund 8.000 Mitar­bei­tern welt­weit größ­ten Automotive-Standort des Konzerns, ein so genann­tes „Compe­tence Center Robo­tics“, in dem die Einsatz­mög­lich­kei­ten dieser neuen Robo­ter­ge­nera­tion erforscht und getes­tet werden. Dabei geht es sowohl um kolla­bo­rie­rende Robo­ter für die Ferti­gung als auch um auto­nome Trans­port­fahr­zeuge, kurz aAGVs (Auto­no­mous Auto­ma­ted Guided Vehi­cles). Zwei weitere Robotik-Kompetenzzentren betreibt der Konzern in Südko­rea und den USA.
Im Spek­trum der Industrie‑4.0‑Aktivitäten von Conti­nen­tal ist „Advan­ced Robo­tics“ eines der großen Themen neben acht weite­ren Anwen­dungs­ge­bie­ten, die von „Big Data“ über „Augmen­ted Reality“ bis zum 3D-Druck reichen. Und auch hier spielt der Stand­ort Regens­burg eine wich­tige Rolle: Die rund 100 Pilot­pro­jekte im Bereich Indus­trie 4.0, die der Auto­mo­bil­zu­lie­fe­rer zurzeit in seinen welt­weit 28 Elek­tro­nik­wer­ken durch­führt, werden von dem ober­pfäl­zi­schen Stand­ort aus koor­di­niert.
Robo­ter werden team­fä­hig
Das Regens­bur­ger Kompe­tenz­zen­trum für Robo­tik erhält wissen­schaft­li­che Unter­stüt­zung von der Robo­tics Rese­arch Unit (RRRU) der Ostbaye­ri­schen Tech­ni­schen Hoch­schule (OTH) Regens­burg. Um zu gewähr­leis­ten, dass die Sicher­heit zu jedem Zeit­punkt höchste Prio­ri­tät hat, ist auch die Berufs­ge­nos­sen­schaft Ener­gie Textil Elek­tro Medi­en­er­zeug­nisse (BG ETEM) eng in die Arbeit einge­bun­den. Bereits 2014 wurde im Continental-Werk Regens­burg damit begon­nen, kolla­bo­rie­rende Robo­ter in der regu­lä­ren Produk­tion einzu­set­zen. Für seine Forschungs- und Entwicklungs-Aktivitäten in diesem Bereich wurde das Werk Ende 2015 auf dem Fach­kon­gress Indus­trie 4.0 in Saar­brü­cken mit dem „Indus­trie 4.0.-Award“ 2015 in der Kate­go­rie „Kolla­bo­ra­tive Robo­ter“ ausge­zeich­net.
Inzwi­schen arbei­ten 13 dieser Robo­ter in der Regens­bur­ger Ferti­gung. Auch in allen ande­ren Elek­tro­nik­wer­ken von Conti­nen­tal werden kolla­bo­rie­rende Robo­ter nach und nach in die Produk­tion inte­griert. Zum Einsatz kommen dabei seri­en­mä­ßige Leicht­bau­ro­bo­ter, deren Stär­ken sowie Schwä­chen auch unter realen Produk­ti­ons­be­din­gun­gen analy­siert wurden. Alle Robo­ter arbei­ten ohne „Käfig“ in unmit­tel­ba­rer Nähe zum Menschen, einige auch schon in echter Kolla­bo­ra­tion: Bei dieser Zusam­men­ar­beit ist der Arbeits­be­reich des Robo­ters durch eine Licht­schranke begrenzt. Inner­halb dieses Bereichs arbei­tet er wie ein Standard-Industrieroboter. Der entschei­dende Unter­schied ist aber, dass der Robo­ter mit seinem Arm durch die Licht­schranke „nach drau­ßen“ grei­fen kann, um zum Beispiel ein Bauteil dort wegzu­neh­men, wo der Mitar­bei­ter es abge­legt hat. In diesem so genann­ten Kolla­bo­ra­ti­ons­be­reich bewegt sich der Robo­ter deut­lich lang­sa­mer – und geht bei Berüh­rung sofort in Ruhe­stel­lung.
Lang­fris­tig ist das Ziel der Kolla­bo­ra­tion ein naht­lo­ses Zusam­men­ar­bei­ten von Mensch und Maschine. Mit Hilfe moderns­ter Senso­rik lernen die Robo­ter, voraus­zu­schauen; äußere Begren­zun­gen wie Licht­schran­ken sind dann im Ideal­fall nicht mehr nötig. Sie werden außer­dem lernen, mitzu­den­ken und zum Beispiel ihr Programm selbst­tä­tig anzu­pas­sen, wenn der Mensch schnel­ler oder lang­sa­mer arbei­tet.
Auto­nom gesteu­erte Trans­port­flotte
Die Trans­portro­bo­ter, die in Regens­burg erprobt werden, unter­schei­den sich grund­le­gend von herkömm­li­chen fahrer­lo­sen Trans­port­sys­te­men, die sich schie­nen­ge­bun­den von A nach B bewe­gen. Bei den aAGVs handelt es sich um rela­tiv kleine Systeme, die sehr leicht program­mier­bar sind und in der Regel mit einem Flächen­scan­ner arbei­ten. Das bedeu­tet: Sie werden einmal per Joystick durch die Ferti­gung gefah­ren, merken sich alle rele­van­ten Punkte und können diese dann eigen­stän­dig ansteu­ern.
Auch hier werden die ersten Systeme im Regens­bur­ger Werk bereits im regu­lä­ren Betrieb einge­setzt. Aller­dings erfolgt das Ansteu­ern der verschie­de­nen Punkte zurzeit noch auf Befehl eines Mitar­bei­ters und noch nicht auf Anfor­de­rung einer Anlage. An dieser Form eines vernetz­ten Flot­ten­ma­nage­ments im Sinne von Indus­trie 4.0 wird zurzeit gear­bei­tet. Das bedeu­tet zum Beispiel: Wenn eine Anlage – in welcher der Produk­ti­ons­plan künf­tig hinter­legt sein wird – ihre Ferti­gung auf ein ande­res Produkt umstel­len will, muss sie recht­zei­tig selbst­stän­dig dem Lager­ver­wal­tungs­sys­tem mittei­len können, welche Bauele­mente sie dazu benö­tigt. Das Lager­ver­wal­tungs­sys­tem prüft dann, ob es die Bauele­mente hat, und schickt sie per aAGV zur Anlage.
Höher­qua­li­fi­zie­rung des Perso­nal­stabs
Diese direkte Kommu­ni­ka­tion zwischen den Maschi­nen kenn­zeich­net zugleich den entschei­den­den Wandel, den die Arbeits­welt 4.0 für den Menschen bedeu­tet. Wenn jede Anlage und jedes System als Teil des Inter­nets der Dinge eine eigene IP-Adresse hat und Infor­ma­tio­nen weiter­ge­ben kann, über­nimmt die Steue­rung lang­fris­tig der Compu­ter. Dies bedeu­tet, dass die Aufga­ben in der Produk­tion in IT-Hinsicht anspruchs­vol­ler werden und damit einher­ge­hend auch eine höhere Quali­fi­ka­tion der Mitar­bei­ter erfor­dern. Der Continental-Standort Regens­burg entwi­ckelt daher zurzeit das Konzept „Mitar­bei­ter 4.0“. Es beinhal­tet Maßnah­men, mit denen die gesamte Beleg­schaft auf den Wandel vorbe­rei­tet wird.
Wenn heute zum Beispiel ein Mitar­bei­ter Mate­rial von A nach B bewegt, wird er in Zukunft diesen Mate­ri­al­trans­port „nur“ noch über­wa­chen. Auch die Ferti­gungs­an­la­gen werden in manchen Berei­chen einen höhe­ren Auto­ma­ti­sie­rungs­grad errei­chen, etwa dort, wo Mitar­bei­ter bisher Mate­rial aufge­legt haben. In diesen Fällen wird es dann darum gehen, die Mitar­bei­ter zum Beispiel für einfa­che Wartungs­tä­tig­kei­ten zu quali­fi­zie­ren. Gene­rell kann man sagen, dass es in der Produk­tion von morgen keine Arbeits­plätze mehr ohne Bezug zu einem Display geben wird. Auch wird die Quali­fi­zie­rung nicht auf einzelne Arbeits­be­rei­che beschränkt blei­ben, sondern auf den gesam­ten Perso­nal­stamm ausge­dehnt werden müssen.
Auto­ma­ti­sie­rung: Ergo­no­mi­sche Entlas­tung und hohe Akzep­tanz
Eine weitere wich­tige Auswir­kung des höhe­ren Auto­ma­ti­sie­rungs­grads: Es ist davon auszu­ge­hen, dass sich bei vielen Mitar­bei­tern die physi­sche und psychi­sche Arbeits­be­las­tung redu­zie­ren wird. Die Robo­ter über­neh­men in erster Linie eintö­nige oder körper­lich anstren­gende Teile des Arbeits­ab­laufs und gestal­ten damit den Arbeits­pro­zess für den Menschen ergo­no­mi­scher und weni­ger ermü­dend – auch vor dem Hinter­grund des demo­gra­fi­schen Wandels ein nicht zu vernach­läs­si­gen­der Aspekt.
Diese Verän­de­rung im Arbeits­all­tag trägt in Regens­burg beispiels­weise schon maßgeb­lich zur hohen Akzep­tanz der Robo­ter bei. Sowohl die Beleg­schaft als auch der Betriebs­rat beschei­ni­gen dieser neuen Tech­no­lo­gie eine gute Leis­tung. Die Sympa­thie für diese Form der Unter­stüt­zung zeigt sich auch darin, dass den elek­tro­nisch gesteu­er­ten „Kolle­gen“ – sowohl den kolla­bo­rie­ren­den Robo­tern als auch den aAGVs – von den Mitar­bei­tern sofort Vorna­men (zum Beispiel „Josef“) gege­ben werden.
Stär­kung der Wett­be­werbs­fä­hig­keit
Auf posi­tive Reso­nanz stoßen die neuen Formen der Auto­ma­ti­sie­rung aber auch, weil der Beleg­schaft bewusst ist, dass die Inno­va­tio­nen der Indus­trie 4.0 zur Siche­rung von Produk­ti­ons­ar­beits­plät­zen in Deutsch­land beitra­gen können. Denn nur mit Hilfe dieser neuen Automatisierungs- und Vernet­zungs­tech­no­lo­gien kann die Produk­tion in den so genann­ten High-Cost-Ländern global wett­be­werbs­fä­hig blei­ben. Sie erhö­hen nicht nur die Produk­ti­vi­tät, sondern redu­zie­ren auch die Fehler­häu­fig­keit: Zum Beispiel kann ein kolla­bo­rie­ren­der Robo­ter auch so program­miert werden, dass er seine Arbeits­schritte erst dann ausführt, wenn der Mitar­bei­ter die voran­ge­hen­den Schritte voll­stän­dig und korrekt erle­digt hat.
Gene­rell wird die Indus­trie 4.0 welt­weit an allen Continental-Standorten große Bedeu­tung erlan­gen. Dabei handelt es sich nicht um einen revo­lu­tio­nä­ren, sondern um einen evolu­tio­nä­ren Prozess, der sich noch in einem frühen Stadium befin­det. Die Poten­ziale, die mit der Vernet­zung und dem Inter­net der Dinge verbun­den sind, erschei­nen riesig, lassen sich aber im Moment noch kaum abschät­zen.
Auslo­ten weite­rer 4.0‑Potenziale
Mit seinen rund 100 Pilot­pro­jek­ten lotet Conti­nen­tal die Industrie‑4.0‑Potenziale zurzeit in den insge­samt neun defi­nier­ten Anwen­dungs­be­rei­chen aus. Neben Robo­tik ist Big Data hier das zweite wich­tige Trend­thema. Dabei geht es darum, aus den Daten der Produk­ti­ons­an­la­gen, die heute schon vorlie­gen, neue Erkennt­nisse zu gewin­nen. Es ist daher geplant, ein „Big-Data-Labor“ einzu­rich­ten, voraus­sicht­lich an einem euro­päi­schen Continental-Standort. In diesem Labor werden IT-Experten, Produk­ti­ons­in­ge­nieure und so genannte „Data Scien­tists“ zusam­men­ar­bei­ten und die Infor­ma­tio­nen, welche die Anlage heute schon liefern kann – von Ener­gie­auf­nahme über Dreh­mo­ment bis zu sons­ti­gen Daten – mit statis­ti­schen Metho­den auswer­ten.
Während in den Berei­chen Robo­tik und Big Data schon erste konkrete Ergeb­nisse vorlie­gen oder sich abzeich­nen, blickt Conti­nen­tal mit Pilot­pro­jek­ten in ande­ren Anwen­dungs­be­rei­chen weiter in die Zukunft. So wird zum Beispiel im Bereich 3D-Druck daran gear­bei­tet, dieses Produk­ti­ons­ver­fah­ren für die Seri­en­fer­ti­gung von Roboter­grei­fern einzu­set­zen – dem wich­tigs­ten und teuers­ten Bauteil eines Robo­ters.
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