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Einen Fortschritt voraus – Ein Ausblick der Firma CONWEX auf die Technik von Morgen

Cobots – Die Zukunft der Automatisierung. 

02.12.2020 – CONWEX GmbH

Workflows in der Fabrik der Zukunft setzen ein hohes Maß an Kollaboration voraus. Das gilt sowohl für das Zusammenspiel verschiedener Entwicklungs- und Technologiepartner als auch für die Harmonie von Mensch und Maschine.

Diese Aussage findet in jedem Bereich, der hier in den Fokus gerückt wird, seine eigene Antwort. Im Bereich der Entwicklungs- und Technologiepartner werden Plattformen und Workshops eingerichtet, die den Entwicklern der Unternehmen die Möglichkeit bieten, sich auszutauschen um Ihre Prozesse aneinander anzupassen und zu synchronisieren.

Die Antwort auf die angestrebte Harmonie zwischen Mensch und Maschine birgt im Moment der Cobot. Doch was verbirgt sich hinter dem Begriff und wohin geht die momentane Entwicklung? Welche Chancen bieten sich für die Unternehmen? Wir blicken einen (Fort)schritt voraus.

Der Cobot – Ein Allrounder. 

Cobots können in vielen Bereichen unserer heutigen Industrie kaum mehr weggedacht werden. Viele Prozesse und Anpassungen nach Kundenwunsch können bei diversen Produkten (z.B. in der Automobilbranche) nur aufgrund der Weiterentwicklung des Cobots in einem so vergleichsweise günstigen Preisrahmen angeboten werden.

Zugegebenermaßen ist der Cobot keine neue Entwicklung mehr und für viele bereits ein alter Hut. Nichtsdestotrotz findet der Allrounder immer stärkeren Einzug in die Montagelinien von heute.

Ursprünglich von Universal Robots entwickelt und 2008 erstmalig verkauft, hat sich der Cobot seither daran gemacht die Automatisierung zu revolutionieren. Cobot steht für “Kollaborierender Roboter” oder eben “collaborating robot”, kurz “Cobot” und ist eine intuitiv zu programmierende Unterstützung oder sogar der Ersatz für die manuelle Fertigung und Montage.

Anfänglich noch langsam und teuer sind Cobots mittlerweile die mit Abstand einfachste und günstige Alternative zur manuellen Fertigung und für viele Unternehmen der Einstieg in die Welt der Automatisierung.

Was macht den Cobot so einzigartig im Vergleich zur klassischen Automatisierung?

Der Cobot ist tatsächlich im Bereich der Automatisierung und dem so oft genutzten Begriff “Industrie 4.0” nichts geringeres als eine Revolution. Der Cobot ermöglicht selbst ungelernten Arbeitern per Tablet und “Drag and Drop” eine absteigende To-Do-Liste zu erstellen. Dabei werden Wegpunkte und Arbeitsabläufe einfach manuell in Position gezogen und dann per Klick auf dem Tablet gespeichert. Einfache Aufgaben wie z.B. “pick and place” können so innerhalb von nur wenigen Minuten programmiert werden. Das bedeutet für den Anwender nicht nur Kosteneinsparung, da externe Programmierung und Montageeinsätze wegfallen, sondern auch ungeahnte Möglichkeiten der Flexibilität.

Bei solch schnellen Programmierungs- und Montagezeiten ist es für das Unternehmen möglich, von Serie zu Serie zu wechseln, ohne für Umtakten, Umprogrammieren und Montage viel Geld und Zeit zu investieren (Stichwort ROI). Folglich können die so produzierten Produkte günstiger am Markt angeboten werden. 

Der Anschaffungspreis für Cobots variiert, je nach Bewegungsradius, Achsen-Zahl, Traglast, Wiederholgenauigkeit und Temperaturbereich und bewegt sich zwischen 1.500,-€ bis zu 30.000€.

Engineering

Quelle: Omron

Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine.

Anfänglich kritisch beäugt, mittlerweile als 100% sicher eingestuft. Die Sicherheitsmechanismen des Cobots sind mittlerweile weit vorangeschritten und waren seit Beginn der Entwicklung die oberste Priorität des Produkts.

Der Roboter bremst seine Arbeitsgeschwindigkeit ab, sobald ein Mitarbeiter in seine direkte Nähe tritt und stoppt bei Kollission sofort um Verletzungen beim Menschen auszuschließen.

Der Arbeitsinhalt der Cobots ist grundsätzlich die Automatisierung eines sich wiederholenden Prozess und ist entweder aus Kosten- oder aus gesundheitlichen Gründen automatisiert. In beiden Fällen spart der Betrieb Kosten, die entweder aus der Beschleunigung des Arbeitsprozess resultieren oder aus der Entlastung der Mitarbeiter und eventueller krankheitsbedingter Ausfallzeiten.

Cobots im Einsatz. 

Wie bereits Eingangs erwähnt, sind Cobots, im Unterschied zur klassischen Automatisierung ein Bindeglied zwischen Mensch und Maschine und agieren deshalb in einem anderen Rahmen als andere Roboter. Der klassische Roboterarm, der z.B. bei einem vollautomatisierten Biegeautomat die Pick-and-place-Augaben bearbeitet ist ohne eine eigene Intelligenz ausgestattet und muss räumlich durch eine Lichtschranke oder einen Käfig von den Mitarbeitern getrennt werden um sicherzustellen, dass die Arbeitsplatzsicherheit gewährleistet ist. Bei Cobots ist diese Sicherheit nur durch eine limitierte Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters realisiert, davon abgesehen können Mensch und Maschine sich den selben Arbeitsbereich teilen.

Um unserem Leser einen besseren Einblick zu geben, wo Cobots also aktuell konkret eingesetzt werden können, beleuchten wir in der Folge einige Anwendungsbeispiele um aufzuzeugen, dass dieser Entwicklung allein die Kreativität des Anwenders Grenzen setzt.

Quelle: Youtube

Die Firma FJ Mayer hat einen Flächengreifer entwickelt, der bei Fließbandmontagen die Kartonentnahme und Palettierung abwickelt. Der Mitarbeiter muss so nur noch die Endkontrolle durchführen und die Kartons in den Versand bringen. Das Umsetzen der Kartons inkl. der Platzierung in der korrekten Umverpackung übernimmt der Vakuumgreifer.

Hier greift einmal mehr der Vorteil des Cobot: Durch die einfache Programmierung ist der Greifer nicht auf eine einzige Aufgabe bzw. Kartonform beschränkt und kann bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit auch eine andere Umverpackung umsetzen oder sogar auf einer anderen Stelle eingesetzt werden. Zum Beispiel beim Umsetzen des noch unfertigen Produkts von z.B. einem Vormontageplatz direkt in einen der Werkstückträger auf dem Band.

Quelle: Youtube

Ein komplett anderes Aufgabengebiet, das hier ebenfalls von einer Abwandlung der Cobots abgedeckt wird ist die Kommissionierung. Bei Firmen wie Amazon nicht mehr wegzudenken übernehmen diese Wagen die Aufgabe den Workflow so effizient wie möglich zu gestalten. Doch ist diese Entwicklung nicht nur ein Vorteil für einen solchen Versandgiganten wie Amazon.

Jede Firma träumt davon, dem Kunden für seine Anwendung konstengünstig eine individuelle Lösung anzubieten. Weg von der Massenproduktion und hin zur Serien- und Individualproduktion. Doch oftmals sind Produktionsstraßen in Ihrer Flexibilität eingeschränkt und machen so diese Wünsche durch hohe Kosten zu nichte. Durch diese intelligenten autonomen Roboter ist dies aber kein Wunschdenken mehr. Einzelne Werkstätten und Arbeitsplätze können durch diese Wägen Ihre Produkte individuell zu jeder anderen Werkstatt weiterschicken. Die Produktionskette erreicht eine nicht für möglich gehaltene Flexibilität bei nahezu identischer Produktionsgeschwindigkeit im Vergleich zur Fließbandmontage.

Quelle: Youtube

Die Firma Omron setzt nicht nur auf eine sehr einfache Bedienung und Programmierbarkeit Ihrer Cobots, sondern schafft es durch das einbinden Ihres direkt mit dem Cobot verbundenen Kamerasystems, die Basis für komplexere Aufgaben zu schaffen, der Cobot findet sich durch die Kamera und einer sogenannten „Landmark“ als Orientierungspunkt in jeglichen Situation sehr gut selbst zurecht. Somit kann der Roboter auf einem Wagen, sehr schnell an einen anderen Arbeitsplatz oder eine andere Maschine geschoben werden, ohne das zusätzliche Rüstzeiten anfallen. Auch Omron bietet ein ganzes Sortiment an Mobilen Bodenrobotern mit zahlreichen Aufbauten und unterschiedlichster Ausrüstung. Besonders sticht auch hier die einfach Bedienung und Programmierung der Bodenroboter aus, hier können auf einfachste Art Karten und Wegpunkte definiert und die Programmierung eingebunden werden. 

Diese Beispiele sind allerdings nur ein Auszug aus den facettenreichen Anwendungsmöglichkeiten für Cobots. Deep-Learning und Synchronisierung der Cobots ermöglichen eine bisher nur für Sciene-Fiction gehaltene Verkettung von individuell agierenden Robotern. Ein Sandkasten für Entwickler und kreative Köpfe und für die Industrie ein schlummernder Riese welcher langsam erwacht.

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Wohin geht die Entwicklung? 

Der Cobot wird schneller, sicherer und tatsächlich auch immer günstiger. Mehr und mehr Anbieter drängen auf den Markt und damit einhergehend werden die bestehenden Software- und Hardwarekomponenten optimiert.

Bei den neuesten Entwicklungen erkennen optische Sensoren die Lage des aufzunehmenden Produkts und passen automatisch die Neigung Ihrer Achsen an um die Komponenten passend dem nächsten Arbeitsschritt zuzuführen. Dabei wird auch die Geschwindigkeit der Cobots, insbesondere wenn kein Mensch in der Nähe ist, nach oben korrigiert. Dabei geht diese Erkennung bereits soweit, dass Cobots gegen Menschen Tischtennis spielen können und dabei innerhalb von Milisekunden Schlägerhaltung und Verfahrweg der Flugkurve des Balles anpassen um diesen über den Tisch zurückzuspielen. 

Abschließend gilt es noch zu sagen, dass die Cobots im Moment noch Probleme mit Reichweite, Wiederholgenauigkeit und Tragkraft haben, so dass sie z.B. bei der zerspanenden Industrie noch Probleme bei der Einbindung in die Prozesskette haben. Bei der aktuellen Geschwindigkeit und dem Potential des Marktes (für 2021 sagt man der Branche ein Wachstum von über 30% vorraus) ist es allerdings nur eine Frage der Zeit, bis die Cobots auch bei der Bestückung, Materialentnahme und dem Rüsten dieser Maschinen eingesetzt werden können.

Die Zukunft bleibt spannend, besonders in der Automatisierung entwickelt sich nicht nur die Software- sondern auch die Hardwareseite rasant weiter und bietet für Firmen ein immenses Potenzial sich weiter zu entwickeln und neue Kunden- und Themenfelder zu erschließen. 

Besonders wird die Bedienung und Programmierung immer mehr durch Apps vereinfacht, was den Einsatz der Cobots in so gut wie allen Bereichen zu einem tauglichen Begleiter und Unterstützer macht. Wir freuen uns auf viele zukünftige Projekte in der Welt der Automatisierung. 

Herzliche Grüße

Julius Neumann - CONWEX GmbH

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