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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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