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Mensch-Roboter-Kollaboration Arbeitsschutz

Verbundprojekt ROKOKO
Das „magische Dreieck“ in der Montagehalle

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Ein mobiler Leichtbauroboter kann an unterschiedlichen Stellen in einem Arbeitssystem oder an unterschiedlichen Arbeitssystemen eingesetzt werden. Dies erhöht die Laufzeiten und die Wirtschaftlichkeit. Foto: © Uwe Völkner - FOX
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Im Ver­bund­pro­jekt ROKOKOde[1] wer­den ins­beson­dere die arbeitswis­senschaftlichen Aspek­te der Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion an Leicht­bau­ro­bot­ern unter­sucht. Das Pro­jekt läuft bis Ende dieses Jahres. Peter Ral­ly vom Fraun­hofer IAO gibt erste Ein­blicke in die Erken­nt­nisse des Pro­jek­ts – unter anderem darüber, ob Leicht­bau­ro­bot­er tat­säch­lich die „eier­legen­den Wollmilch­sauen“ sind, die Arbeitssicher­heit, Mitar­beit­er­akzep­tanz und wirtschaftliche Effizienz ganzheitlich miteinan­der verbinden kön­nen.

Das Inter­view führte Dr. Joerg Hen­siek.

Welche Sicher­heits­fra­gen und ‑the­men ste­hen bei ROKOKO im Vorder­grund?

Auf der tech­nis­chen Seite ste­ht die Entwick­lung eines sicheren Greifers im Fokus, der übri­gens sel­ber robot­erähn­liche Sicher­heits­funk­tio­nen hat. Für den Pla­nung­sprozess sind wir dabei, die wichtig­sten Auf­gaben für die Pla­nung der sicheren App­lika­tion in diesem Pla­nung­sprozess zu iden­ti­fizieren und zu beschreiben, ange­fan­gen vom (groben) MRK[2]-Sicher­heit­skonzept über das MRK-gerechte Engi­neer­ing bis hin zur Vali­dierung und Doku­men­ta­tion der Sicher­heits­funk­tio­nen mit abschließen­der Gefährdungs­beurteilung. Je Anwen­der wer­den zwei Anwen­dungs­fälle iden­ti­fiziert, die mit einem Leicht­bauarm bewältigt wer­den kön­nen und im Rah­men des Pro­jek­ts real­isiert, zer­ti­fiziert und erprobt wer­den sollen.

Kön­nen Sie bere­its Angaben machen, wie App­lika­tio­nen zu gestal­ten sind, damit sie vom Mitar­beit­er akzep­tiert, von der Beruf­sgenossen­schaft zer­ti­fiziert und dazu auch noch wirtschaftlich sind?

Hier sind wir beim „magis­chen Dreieck“ der schutz­za­un­losen Robotik: akzep­tiert, sich­er und wirtschaftlich. Den Begriff „durch die Beruf­sgenossen­schaft zer­ti­fiziert“ haben wir 2016 in der Studie so einge­bracht, weil es in diesem neuen Gebi­et ein fes­ter Bezugspunkt war und alle befragten Fir­men bei der gle­ichen Beruf­sgenossen­schaft waren. Inzwis­chen gibt es eine Rei­he von Dien­stleis­tern, die diese „Zer­ti­fizierung“ durch­führen – es geht ja um die Ver­gabe der CE-Kennze­ich­nung, also die App­lika­tion in Verkehr zu brin­gen und um die betrieb­s­be­zo­gene Gefährdungs­beurteilung.

Die Wirtschaftlichkeit wird mit zunehmend ver­füg­bar­er, sicher­er Periph­erie immer bess­er wer­den – da auch die Kom­po­nen­ten gün­stiger wer­den. Ein Beispiel: Wir haben 2016 mit einem Part­ner eine App­lika­tion entwick­elt, bei der der sichere End­ef­fek­tor rund die Hälfte der gesamten Engi­neer­ing-Kosten der Anlage ver­braucht hat. Ende dieses Jahres wird es einen geeigneten End­ef­fek­tor käu­flich am Markt geben und die Engi­neer­ing-Kosten betra­gen nur noch ein Bruchteil der­er von 2016.

Die Akzep­tanz ist immer hoch, wenn der Mitar­beit­er sich ent­lastet beziehung­seise unter­stützt fühlt. Vor allem im Auto­mo­bil­bere­ich sind deshalb eine Rei­he von Pro­jek­ten mit dem Ziel der ergonomis­chen Verbesserung gelaufen, zum Beispiel bei schw­eren Las­ten oder Über-Kopf-Mon­ta­gen. Gute Akzep­tanz find­en auch Pro­jek­te, welche die Qual­ität verbessern, vor allem wenn der „unge­naue“ Men­sch die Ursache der Qual­itätsmän­gel ist, und damit Rekla­ma­tio­nen und Nachar­beit­en vom Mitar­beit­er fern­hal­ten. Aber egal ob Ergonomie, Qual­ität oder Wirtschaftlichkeit im Fokus ste­hen: Zur Akzep­tanz gehört erstens, dass der eigene Arbeit­splatz nicht gefährdet ist und zweit­ens muss die Inte­gra­tion und Par­tizipa­tion der Mitar­beit­er so früh wie möglich erfol­gen.

Ab wann amor­tisiert sich die Ein­führung von schutz­za­un­losen Robot­ern in der Mon­tage?

Die Wirtschaftlichkeit ist von der Gesamt­in­vesti­tion und der gegenüberzustel­len­den Gesamteinsparung abhängig, und diese Größen vari­ieren von Fall zu Fall sehr stark. Auf den Web­seit­en von Robot­er­her­stellern find­en Sie teil­weise atem­ber­aubende Amor­ti­sa­tion­szeit­en, die meist bei ein­fachen Han­dlingsauf­gaben erre­icht wer­den, wo neben dem Robot­er typ­is­cher­weise nur ein geeigneter End­ef­fek­tor benötigt wird. Wenn der Robot­er bei einem Mon­tage­prozess „Face- to-Face“ in unmit­tel­bar­er Nähe zum Mitar­beit­er agiert und einen etwas kom­plex­eren Mon­tage­prozess aus­führen soll, steigen dage­gen die Investi­tio­nen in End­ef­fek­tor, Sicher­heit­stech­nik und Engi­neer­ing enorm an.

Kön­nen Sie ein Beispiel aus einem Unternehmen nen­nen, in dem die Ein­bindung der Mitar­beit­er bei der Gestal­tung von MRK-Arbeit­splätzen schon vol­l­zo­gen wurde? Wie ging man dort vor?

Im Pro­jekt ROKOKO haben wir Beispiele, dass die Unternehmen die Mitar­beit­er bere­its bei der Grob­pla­nung des MRK-Arbeit­splatzes sehr früh in die Gestal­tung des manuellen Teils des Arbeit­splatzes einge­bun­den haben und dann zum Beispiel die Posi­tion­ierung des Robot­ers und dessen Mate­ri­alien mit Hil­fe von Vir­tu­al-Real­i­ty-Tech­nik gestal­tet haben. Ein anderes Unternehmen macht die Mon­tage im Pro­to­typen-Sta­di­um inner­halb der Mon­tage-Halle, so dass alle Mitar­beit­er, auch die aus anderen Sys­te­men, die neue Tech­nolo­gie aus der Nähe erleben kön­nen. Die direkt betrof­fe­nen Mitar­beit­er haben so eine frühe Mit­sprachemöglichkeit, was die endgültige Gestal­tung ange­ht, beziehungsweise sind bei den Probe­mon­ta­gen direkt am Pro­to­typen-Arbeit­splatz inte­gri­ert. Ergänzend kommt hier ein Plan­spiel zur Qual­i­fizierung der Mitar­beit­er in Bezug auf Tech­nik und Mon­tage­ablauf mit dem Robot­er zum Ein­satz.

1 Vom Pro­jket­träger Karl­sruhe (PTKA) betreut und vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung gefördert

2 MRK: Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion


Peter Ral­ly, Pro­jek­tleit­er ROKOKO beim Fraun­hofer IAO
Foto: © Fraun­hofer IAO

Verfahren und Methoden des ROKOKO-Projekts

Auf der tech­nis­chen Seite arbeit­et Fraun­hofer IAO mit Part­nern zusam­men, die sich mit der Entwick­lung sicher­er Greifer befassen oder spezielle Pro­gram­mier­logiken entwick­eln, die im Betrieb den Ablauf zwis­chen Men­sch und Robot­er bess­er syn­chro­nisieren oder App­lika­tio­nen inte­gri­eren.

Im Pla­nungs­bere­ich entwick­eln das Forschung­spro­jekt eine ‚Tool­box‘, die eher auf kleinere Unternehmen zugeschnit­ten ist. Ele­mente dieser Tool­box sind:

  • einen „App­lika­tion­ssuch­er“, der mit Hil­fe der Ziel­stel­lun­gen des Unternehmens „sin­nvolle“ App­lika­tio­nen vorschlägt und diese dann auf Basis weniger Kri­te­rien bew­ertet.
  • eine Robo­t­er­daten­bank (Excel), in der aktuell cir­ca 50 käu­fliche Robot­er mit den wichtig­sten Kri­te­rien aufge­lis­tet sind.
  • eine Greifer­daten­bank.
  • für die frühe Pla­nungsphase zwei Tools, mit denen die notwendi­ge Investi­tion sowie die Robot­erzyk­luszeit­en in Kat­e­gorien geschätzt wer­den kön­nen.
  • ein Tool zur Wirtschaftlichkeit­srech­nung, das in ver­schiede­nen Pla­nungsphasen, also pla­nungs­be­glei­t­end, einge­set­zt wer­den kann.

Im tech­nisch-organ­isatorischen Bere­ich entwick­elt das Pro­jekt-Team ein app­lika­tion­sspez­i­fis­ches Plan­spiel zur Qual­i­fizierung der Mitar­beit­er in Bezug auf Tech­nik und Mon­tage­ablauf mit dem Robot­er (Vorhan­dene VR-Tools zur Ein­bindung der Mitar­beit­er bei der Pla­nung kom­men eben­falls zum Ein­satz). Weit­er­hin arbeit­et Fraun­hofer IAO mit einem Instru­ment, mit dem unter­schiedliche arbeit­sor­gan­isatorische Szenar­ien der kol­lab­o­ra­tiv­en Mon­tage bew­ertet wer­den kön­nen. Bei der Pla­nung der Arbeit­sor­gan­i­sa­tion unter­stützt das Insti­tut die an der Studie beteiligten Unternehmen.

Ergänzend zu diesen Tools aus dem Pro­jekt ROKOKO leit­et das Fraun­hofer IAO seit 2016 Indus­triear­beit­skreise zum The­ma „Leicht­bau­ro­bot­er in der Mon­tage“. Die näch­sten bei­den Arbeit­skreise sollen im Herb­st 2019 starten.

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