Design-Tool für MRK-Arbeitsplätze

Gefahr bewertet, Gefahr gebannt

Design-Tool für MRK-Arbeitsplätze. Für hybride Arbeitsplätze mit Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA nach spezifischen Sicherheitsvorgaben einen Arbeitsplatz für Nietapplikationen entwickelt.

Der Mensch setzt die Aluminiumteile in die Halterung des Roboters, dann bewegt sich der Roboter zum Nietwerkzeug, das die Nieten automatisch fixiert. (Foto: IPA/R. Bez)

Montagevorgänge werden aktuell noch überwiegend manuell ausgeführt; kleine Losgrößen und Variantenvielfalt machen eine Vollautomatisierung meist nicht lohnenswert. Mit Leichtbaurobotern sind jedoch teilautomatisierte Lösungen möglich: Durch ihre geringe Größe und aufgrund des geringeren Gefährdungsrisikos können sie den Arbeitsraum mit dem Menschen teilen und mit ihm interagieren. Der Roboter übernimmt ergonomisch ungünstige Arbeiten und repetitive Prozesse mit gleichbleibender Qualität, unterdessen bringt der Mensch Erfahrung, Kreativität und feinmotorische Fähigkeiten ein. Die normgerechten Sicherheitsmaßnahmen für diese Zusammenarbeit sind zwar Voraussetzung für die Inbetriebnahme des Systems, können aber gegebenenfalls die Key Performance Indicators (KPI) wie Investitionskosten und Robotertaktzeit und damit die Rentabilität beeinflussen. Deshalb sind bereits bei der Planung relevante Gefährdungspotenziale zu bewerten sowie Kosten und Auswirkungen möglicher Sicherheitsvorkehrungen zu berücksichtigen. Für eine Systematisierung dieses Vorgehens hat das IPA ein Tool zur modellbasierten Gefahrenanalyse entwickelt. Grundlage ist eine Bibliothek mit Hardwarekomponenten und möglichen Gefährdungen. Es ist im Rahmen des EU-Projekts LIAA (Lean Intelligent Assembly Automation) entstanden und war Grundlage für die Entwicklung eines MRK-Arbeitsplatzes für Nietapplikationen mit zwei Anwendungsszenarien: Im einen Fall bewegt der Leichtbauroboter das Nietwerkzeug, im anderen Fall ist es fixiert, und der Roboter bewegt die zu nietenden Teile.

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Zunächst sind mögliche Gefährdungen ermittelt worden, etwa Kollision und Quetschgefahr. Erforderliche Sicherheitsmaßnahmen wurden hinsichtlich Mehrkosten sowie Einfluss auf Taktzeit und Flexibilität der Anwendung untersucht. Wenn der Roboter das Werkzeug bewegt, entstehen geringfügig höhere Kosten, und die Taktzeit ist etwas höher, dafür ist die Anwendung im Vergleich zu einem statisch montierten Nietwerkzeug flexibler in Bezug auf mögliche Anordnungen der Nietlöcher auf dem Produkt. Bewegt der Roboter die zu nietenden Teile, fallen hingegen weniger Kosten an, und der Takt ist leicht verbessert, dafür ist die Anwendung weniger flexibel; zum Beispiel kann der Roboter nicht jedes Nietloch so positionieren, dass es vernietet werden kann.

Die Forscher haben letztgenanntes Anwendungsszenario als Demonstrator aufgebaut, da der Kunde die Wirtschaftlichkeit höher priorisierte als die Flexibilität des Arbeitsplatzes. Mittlerweile ist der Test durch Dauerbetrieb erfolgt.   pb

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