Kooperation mit Kuka

Neu im Fujitsu-Team: der Kollege Roboter

| Autor / Redakteur: Otto Geißler / Ludger Schmitz

Mensch und Roboter bringen gemäß der Industrie 4.0 ihre spezifischen Fähigkeiten ein.
Mensch und Roboter bringen gemäß der Industrie 4.0 ihre spezifischen Fähigkeiten ein. (Bild: gemeinfrei: geralt/pixabay / CC0)

In der Smart Factory gibt es an bestimmten Prozesspunkten keine Trennung mehr zwischen automatisierten und manuellen Arbeitsplätzen. Menschen und Roboter arbeiten zusammen – jeder nach seinen Fähigkeiten. Fujitsu hat jetzt „Kuka-Cobots“ für Mainboard-Tests im Einsatz.

Der neue Kuka-Cobot für Fujitsu ist eine klassische Co-Kreation: Während Kuka seine langjährigen Robotik-Erfahrungen ins Projekt einbrachte, steuerte Fujitsu viel Industrie 4.0- und Prozess-Know-how in der Elektronikfertigung bei, mit dem Ergebnis, dass Mensch und Maschine Hand in Hand arbeiten, so Fujitsu. Der Mensch werde dabei nicht substituiert, also wegrationalisiert, sondern er überwache und führe die Produktion, während der Roboter die körperlich anstrengenden oder monotonen Arbeiten übernehme.

Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration steuert und überwacht der Mensch die Produktion und der Roboter übernimmt die körperlich anstrengenden Arbeiten.
Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration steuert und überwacht der Mensch die Produktion und der Roboter übernimmt die körperlich anstrengenden Arbeiten. (Bild: Fujitsu)

Eine Kooperation mit Kuka existiert schon seit geraumer Zeit. Doch mit diesem Projekt wurde Neuland betreten. Dafür verließen die ausgewählten Entwickler beider Unternehmen ihre Unternehmen und öffneten ihr Wissen den Kollegen aus einem jeweils anderen Haus im Technologiezentrum Augsburg (TZA). Hier entwickelten sie eine für Fujitsu individuelle Lösungen für das „kollaborative“ Arbeiten mit Robotern.

Der Standortvorteil ist immens: Denn zwischen der Fujitsu-Smart-Factory und dem TZA liegen nicht einmal 300 Meter. Zum Firmensitz von Kuka im Augsburger Stadtteil Lechhausen sind es ebenfalls nur wenige Kilometer. „Neben den kurzen Wegen spielte auch die fortgeschrittene Entwicklung beider Unternehmen hinsichtlich Industrie 4.0 eine große Rolle“, stellt Frank Blaimberger, Head of Smart Factory Services and Tools von Fujitsu, heraus. „Wir trafen uns auch hier auf Augenhöhe.“

Mensch-Maschine-Teams

Einer der Leichtbau-Roboter wurde nun vollständig in die Produktionslinie des Fujitsu-Werks integriert. Dabei handelt es sich um ein Roboter-basiertes System als Automatisierungslösung zur Optimierung der Arbeitsprozesse beim Handling und Testen von Mainboards. So übernimmt der Leichtbau-Roboter aus dem Hause Kuka die Aufgabe, ein bei Fujitsu gefertigtes Mainboard auf einer Arbeitsplatte exakt auszurichten, damit es im Anschluss auf Herz und Nieren geprüft und konfiguriert werden kann.

Dazu wurde für Fujitsu ein spezieller Winkelarm entwickelt, der genau für diesen Zweck die mechanische Greifbewegung des Menschen simuliert. Wogegen der Mensch von der präzisen Technik des Roboters profitiert, indem er ihm assistiert. Das heißt: Die Maschine soll nicht den Menschen ersetzen, sondern seine Fähigkeiten ergänz en und belastende Arbeiten abnehmen. Das können zum Beispiel Über-Kopf-Arbeiten, das Heben schwerer Lasten oder Tätigkeiten sein, die sehr monoton oder sogar gefährlich sind. Cobots werden vielfach auch für Arbeiten eingesetzt, die über viele Stunden eine extreme Geschwindigkeit und Präzision erfordern.

Sicherheitskonzepte

Da die Leichtbau-Roboter gleichzeitig für den Menschen ungefährlich arbeiten sollen, werden sie in der Branche häufig die „sensiblen Maschinen“ genannt. Kommen sich Mensch und Roboter einmal buchstäblich „ins Gehege“, stellt die Maschine dank hochentwickelter Sensoren sofort seine Tätigkeit ein und weicht zurück. Abgesperrte Bereiche und Sicherheitsgehäuse sind daher für diesen Fall nicht länger notwendig.

Doch nicht jede Anwendung kann mit einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) umgesetzt werden. Für eine Mensch-Maschine-Zusammenarbeit eignen sich keine spitzen und scharfkantigen Bauteile. Hier sind die gewohnten Schutzmaßnahmen wie zum Beispiel Käfige oder Zäune notwendig. MRK-Lösungen sind ebenfalls nicht geeignet bei zu kurzen Taktzeiten, zu hohem Bauteilgewicht, zu langer Bauteilgeometrie, zu kleinen Arbeits- und Achsbereichen sowie ungeeigneten Prozessen wie zu hohe Temperaturen.

Lernfähig und flexibel

Zu den weiteren Vorteilen zählen die Befürworter: Cobots lassen sich sehr leicht neu programmieren. Anders als herkömmliche Industrieroboter, die auch noch besondere Programmierkenntnisse erfordern, lernen einige Cobots sogar unter Anleitung selbst hinzu.

„Beim Teaching wird der Leichtbauroboter für ein bestimmtes Arbeitsablaufprogramm, sprich: eine spezielle Konfiguration eingerichtet“, erläutert Blaimberger. „Werden dann im Produktionsprozess verschiedene Varianten gefordert, so lehrt ein Mitarbeiter den Roboter, damit er diese Abweichungen eigenständig erlernen kann.“

Kuka-Roboter im Test: Der Kuka-Roboterarm greift auf das Mainboard von Fujitsu zu.
Kuka-Roboter im Test: Der Kuka-Roboterarm greift auf das Mainboard von Fujitsu zu. (Bild: Fujitsu)

Hinzu kommt, dass früher jedes neue Setup für veränderte Prozesse neu zertifiziert werden musste. Cobots sind dagegen sehr dynamisch. Das heißt: Sie lassen sich nicht nur einfacher umprogrammieren, sondern auch vergleichsweise leichter bewegen und an anderen Stellen einer Linie einsetzen. So können die meisten Leichtbau-Roboter an beliebigen Flächen montiert werden – horizontal, senkrecht, sogar an der Decke. In der Regel sind sie so leicht, dass sie von nur einer Person bewegt beziehungsweise transportiert werden können.

Die Art und Weise der Mainboard-Testläufe hat sich mit dem neuen Cobot bereits deutlich verändert. „Das lässt sich darauf zurückführen, dass ein Roboter die teilweise recht unhandlichen Boards passgenauer auf die Arbeitsfläche auflegen kann und das Risiko mechanischer Beschädigungen quasi wegfällt“, so Blaimberger. Zugleich werden Menschen dadurch entlastet, indem sie ergonomisch sinnvollere beziehungsweise abwechslungsreichere Tätigkeiten übernehmen. Wobei für diesen Fall der Roboter nicht schneller, sondern vor allem länger arbeiten kann.

Ausblicke

Im Frühjahr oder Sommer 2018 soll ein weiterer Leichtbauroboter in die Produktionslinie integriert werden. Das Projektteam beabsichtigt, die Performance des Projekts durch weitere Funktionalitäten zu erweitern. Das heißt, es sollen neue Produktionskonzepte hinsichtlich einer vorbeugenden Instandhaltung, optimierten Wartung, verbesserten Qualitätskontrolle sowie potenzielle neue Abrechnungsmodelle für Robotereinsätze entwickelt werden.

Gerade Leichtbau-Roboter, die je nach Bedarf einsetzbar sind, eignen sich ideal für den Ansatz „Pay-Per-Use". Im Fokus der Überlegungen stehen ebenfalls Cloud-Dienste sowie eine Einbindung von IoT-Konzepten. Für eine geplante Datenanalyse , etwa durch Industrial Analytics und Machine Learning, müssen die Infrastrukturen von Kuka und Fujitsu auf gemeinsame Standards und den gültigen Regeln des Datenschutzes angepasst werden.

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