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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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