Der erste Kontakt

MRK - Bei Schunk erfolgte der Zusammenbau der Greifer bislang manuell an herkömmlichen Montagearbeitsplätzen. Nun hat das Unternehmen in seiner Smart Factory ein MRK-Projekt umgesetzt. Dabei zeigte sich, worauf bei solchen Projekten zu achten ist.

25. März 2019
Der erste Kontakt
Während der Werker den Greifer montiert, übernimmt der Roboter parallel weitere Aufgaben, wie die Teilezuführung oder das Entgraten von Komponenten. (Bild: Schunk GmbH & Co. KG)

Triebkräfte der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) sind: Die Werker von belastenden oder monotonen Arbeitsschritten zu entlasten, die Ergonomie am Arbeitsplatz zu verbessern und Arbeitsprozesse zu flexibilisieren. Außerdem möchte man die Effizienz steigern sowie Logistik-, Handhabungs- und Beladungsprozesse optimieren. Dieser Veränderungsbedarf betrifft auch die Produktion von Schunk, einem Spezialisten für Greifsysteme und Spanntechnik.

Das Unternehmen hat daher ein MRK-Projekt in der Schunk Smart Factory umgesetzt. Vor Projektstart hat das Team analysiert, welche Veränderungsprozesse mit der Einführung einer MRK-Anwendung verbunden sind. Einerseits gilt, die technischen Voraussetzungen für einen normenkonformen Arbeitsplatzbetrieb und damit Rechtssicherheit für die Betreiber zu schaffen. Andererseits gilt, die Akzeptanz der Mitarbeiter für den Kollegen Roboter zu gewinnen.

Im Zuge einer Arbeitsprozessevaluierung hat das Team daher Arbeitsplätze und Arbeitsschritte identifiziert, die sich für die Umstellung eignen. Bewertungskriterien waren erforderlicher Programmieraufwand, Integrationsauf- wand innerhalb der gesamten Prozesskette und Beherrschbarkeit der Gefährdungsanalyse. Dabei bevorzugte es Arbeitsplätze mit Taktanforderungen im moderaten Bereich und Prozessketten überschaubarer Komplexität. Ausgewählt wurden Stationen, an denen eine wirkungsvolle ergonomische und psychische Entlastung erreicht wird und Kollaborationszeiten und Eingriffe zunächst eher gering sind.

Vormontage der Greifer

Wesentliches Entscheidungskriterium bei der Auswahl der Arbeitsplätze war zudem, dass die besonderen Stärken der Roboter und der Werker voneinander abgegrenzt werden konnten. Denn wenn Mitarbeiter ihre Stärken auch weiterhin gesichert in den Gesamtablauf einbringen können, fördert dies die Akzeptanz. Für die Pilotprojekte hat das Unternehmen gezielt Mitarbeiter ausgewählt und frühzeitig einbezogen, die eine hohe Technikaffinität und Neugierde besitzen. Einer der Use Cases im Projekt ist das Vormontieren von Greifwerkzeugen: Hier entnimmt ein 7-Achs-Leichtbauroboter Kuka LBR iiwa 7 R800 diverse Grundgehäuse aus einem universell nutzbaren Transportbehältnis und führt sie dem Werker zu. An dessen DIN-ISO- 9409-1-A-50-Flansch haben die Experten einen modifizierten Schunk-Co-act-EGP-Greifer mit integrierter Schwarz-Weiß-Industriekamera eingebaut. Diese erfasst optisch die exakte Position der Grundgehäuse und übergibt sie in Form von Korrektursignalen an den Roboter.

Der Werkstückgriff erfolgt formschlüssig von innen. Dabei ist die Greifkraft des inhärent sicher ausgeführten Greifers auf einen Maximalwert von 140 Newton begrenzt. Unterschiedliche Größen der zugeführten Werkstücke werden erkannt, das entsprechende Produkt klassifiziert und die Bearbeitungsparameter angepasst.

Weitere monotone und bisher rein manuell ausgeführte Teilaufgaben sind das Eindrehen von Gewindestiften, das Verschließen der Luftanschlüsse am Greifer sowie das Abstreifen von Schraubenkleber. In einer zweiten Umsetzungsphase hat das Unternehmen auch diese Teilschritte automatisiert. Damit entfallen für den Werker unbeliebte Arbeitsschritte und die Verletzungsgefahr verringert sich.

Zwischen der Andienung der Rohlinge und der abschließenden Werkstückbearbeitung sind zusätzliche Montageaufgaben zu erledigen, die effektiver durch den Werker erfolgen: das Einlegen von Federelementen und Dichtringen, eine erste haptische Funktionsprüfung sowie das Befestigen weiterer Einzelbauteile. Sie alle erfordern eine situative Anpassung, die eine der wesentlichen Stärken des Menschen darstellt.

Zur normenkonformen Einrichtung des Arbeitsplatzes haben die Experten Risikobeurteilungen und raumbezogene Sicherheitsbewertungen vorgenommen. Zudem wurde bei der Abnahme durch die DGUV sowie bei Überwachungsmaßnahmen der Arbeitssicherheit im Betrieb geprüft, ob die biometrischen Grenzwerte im Kollisionsfall eingehalten werden. Darüber hinaus erhalten die am MRK-Platz eingesetzten Mitarbeiter regelmäßige Schulungen im Umgang mit dem Roboter und in der Wirkung der Sicherheitsmaßnahmen.

Zusätzlich ermittelt Schunk in regelmäßigen Befragungsrunden die Zufriedenheit. Dabei hat sich laut Angaben des Herstellers gezeigt, dass vor allem der Erstkontakt mit dem Roboter erheblichen Einfluss auf die Akzeptanz bei den Mitarbeitern hat. Entscheidend ist das Aussehen des Roboters ebenso wie das subjektive Gefühl der Sicherheit.

Die Erfahrung aus diesem Use Case habe gezeigt: Werker müssen bei MRK-Lösungen vom ersten Moment an erleben können, dass sie die Arbeitsprozesse beherrschen, die Abläufe bestimmen und sich auf die Funktion der Sicherheitssysteme verlassen können. Wer mit zu schnellen Roboterbewegungen startet oder Mitarbeiter durch permanente Fehlersignale nervt, werde in kürzester Zeit Schiffbruch erleiden.

Entscheidend ist, dass stets der Mensch selbst den Takt vorgibt, so Schunk. Er darf auf keinen Fall vom Roboter angetrieben oder gegängelt werden. Ganz wichtig: Der Bereich Arbeitssicherheit und der Betriebsrat müssen von Beginn an in die Überlegungen einbezogen werden.

MRK-Projekt im Check

Bei der wirtschaftlichen Bewertung von MRK-Projekten hat Schunk neben den unmittelbaren Aufwänden und Kosten weitere Faktoren betrachtet, so zum Beispiel die Flexibilisierung der Produktion etwa in Form der Mehrmaschinenbedienung. Ein Faktor war auch das Minimieren der Begleitaufwände für die Werkstückzuführung und -lenkung, die in einer Vollautomatisierung der Serienproduktion hohe Kosten erzeugen würde.

Ebenso spielt die erhöhte Anlagenverfügbarkeit eine Rolle, etwa durch die Möglichkeit der schnellen Reaktion und des beherzten sicheren Eingriffs sowie durch das Vermeiden von Ministopps durch Klemmen oder kleine Fehler. Ein weiterer betrachteter Faktor ist das Reduzieren der Qualitätskosten durch das Optimieren der Prozesse. Außerdem haben die Experten den Robotereinsatz bei monotonen, psychisch anspruchsvollen, jedoch für die Gesamtqualität wesentlichen Prozessschritten berücksichtigt, etwa beim Kleben und automatisierten Prüfen.

Auch die erhöhte Mitarbeiterzufriedenheit und positive Folgen für die Gesundheit der Werker sind in die Bewertung mit eingeflossen. Ein zusätzlicher Nutzen erschließt sich durch eine Teilautomatisierung, denn so wird die Ausdehnung des Wirkungskreises eines Werkers erzielt oder ein Umbau gesamter Bestandsanlagen vermieden – ebenso, wenn eine erhöhte Prozesseffizienz und Prozessqualität erreicht wird, indem der Mensch Rüst-, Inbetriebnahme- oder Kontrollaufgaben übernimmt.

Hannover Messe: Halle 17, Stand B40

Erschienen in Ausgabe: 02/2019