Kollaborative Montage

Arbeiten im Verbund

Kollaborative Montage variantenreicher Produkte. Im Forschungsprojekt „KoKoMo“ beschäftigen sich insgesamt elf Partner mit der Fragestellung, wie die kollaborative Montage in das Product Lifecycle Management integriert werden kann, um eine flexible Anpassung der Anlagentechnik auf neue Produktvarianten zu ermöglichen.

KoKoMo-Demonstrator zur Evaluation der Anwendungsfälle. (Bild: WZL, Peter Winandy)

Der Einsatz kollaborativer Montagesysteme ermöglicht es, die strikte Trennung zwischen starrer Automation und manueller Montage zunehmend aufzuheben. Während in der Vergangenheit häufig die Frage diskutiert wurde, inwieweit menschliche Arbeit durch Roboter ersetzt werden kann, bieten kollaborative Systeme die Möglichkeit, den Facharbeiter bei ergonomisch ungünstigen oder monotonen Arbeitsschritten individuell zu unterstützen. Aktuell besteht eine große Unsicherheit über die resultierende Wirtschaftlichkeit neuartiger, kollaborativer Arbeitsplatzsysteme. Dem direkten Einsparpotenzialen steht ein hoher, einmaliger Investitionsaufwand gegenüber. Die Einführung kollaborativer Montagesysteme stellt spezifische Anforderungen an die Auswahl geeigneter Roboter, die Arbeitsplatzgestaltung und die Mitarbeiterkompetenzen, die Unternehmen im Vorfeld analysieren müssen. Um die Einführung und den Betrieb kollaborativer Montagearbeitsplätze zu vereinfachen, werden im Forschungsprojekt KoKoMo („Konsolidierung von Lebenszyklusinformationen für die kollaborative Montage variantenreicher Produkte“) die Betriebsdaten entsprechender Montagesysteme sowie Produktdaten der zu fertigenden Produkte durch Informationskonsolidierung in Planungssysteme zurückgeführt und integriert. Die Möglichkeit der flexiblen Anpassung dieser Prozesse an neue Produktvarianten durch Übertragung von Prozesswissen über Ähnlichkeiten und optimale Einbindung der Mensch- und Roboterfähigkeiten ist dabei der zentrale Ansatzpunkt. Ziel des Projektes ist es, die Aufgaben zu höchst möglichem Grad automatisiert und fähigkeitsbasiert in Abhängigkeit der jeweiligen Losgröße auf die Ressourcen Mensch und Roboter zu verteilen.

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Das elf Partner starke Konsortium des KoKoMo-Projektes beinhaltet drei Anwendungspartner, welche jeweils unterschiedliche Anforderungen an die kollaborative Montage stellen. Gemeinsam haben die zu montierenden Produkte, dass durch Konfigurationen eine Vielzahl von Varianten existiert und dadurch Losgrößen von Stückzahl eins bis zu mehreren hundert produziert werden. Die Montage aller drei Produkte wird heute vollständig manuell durchgeführt. Das im Projekt als Anwender beteiligte Unternehmen Euchner plant zukünftig die Produktion von Türzuhaltesystemen kollaborativ zu gestalten. Bei der Firma Lenze wird ein spezieller Arbeitsschritt zum Einstellen des Getriebespiels von Kegelradgetrieben auf Kollaborationsfähigkeit geprüft. Der dritte Anwendungsfall stammt von der Firma KSB und bezieht sich auf die Laufteilmontage für Abwasserhebeanlagen. Die Anwendungsfälle enthalten typische Aufgaben der Montage, wozu insbesondere das Fügen, Schrauben, Verpressen, Auftragen von Medien, Prüfen oder Krimpen gehören. Die Prozessschritte stellen ein breites Anforderungsspektrum an Geschicklichkeit, Genauigkeit und Kraft dar.

Augmented Reality Teach-In eines kollaborativen Roboters ohne Greifer. (Bild: bime, Patrick Rückert)

Zur Validierung der im Forschungsprojekt entwickelten Methoden entsteht am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen ein Demonstrator, der an die Anforderungen der Anwendungspartner angepasst ist. Basis ist ein Handarbeitsplatz mit Touchscreens zur Mensch-Maschine-Interaktion. Als kollaborationsfähige Roboter stehen ein Kuka LBR iiwa, alle Derivate von Universal Robots, der Roboter Franka Emika und ein APAS von Bosch zur Verfügung, die mittels Werkzeugwechselsystems zur Bearbeitung verschiedener Aufgaben wie Fügen, Schrauben, Dosieren/Auftragen oder Prüfen befähigt werden. Der physikalische Demonstrator wird durch verschiedene IT-Systeme komplettiert, welche integriert in ein PLM-Konzept mit einheitlicher Datenbasis miteinander interagieren. Dadurch wird eine kontinuierliche Planung von der Produktkonstruktion bis zur Montage durch Mensch und Roboter realisiert.

Mit der Zielsetzung, die realen Anforderungen kollaborativer Montageprozesse in einer virtuellen Umgebung bereits im Vorfeld erproben zu können, wird am Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime) ein virtueller Demonstrator entwickelt. Virtual und Augmented Reality Systeme werden zur Erprobung von kollaborativen Anwendungsszenarien eingesetzt und mit einer physikalischen Simulation gekoppelt. Durch die Anbindung der Robotersteuerung an eine Echtzeitsimulation lassen sich Prozesse virtuell absichern und Konzepte frühzeitig hinsichtlich ihrer Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit untersuchen. So können bedarfsorientierte Schulungen von Mitarbeitern in einem virtuellen und gefahrenfreien Umfeld durchgeführt werden, um Akzeptanz für kollaborative Robotik zu schaffen und Ängste vor neuen Technologien offenzulegen und abzubauen. Dieser Ansatz dient der nachhaltigen Sicherstellung der effizienten und qualitativ hochwertigen Leistungserstellung durch Mitarbeiter im Unternehmen. pb


Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime)

Kurz erklärt: Das bime
Das Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime) ist ein Institut der Universität Bremen im Fachbereich Produktionstechnik – Maschinenbau & Verfahrenstechnik. Die von Prof. Dr.-Ing. Kirsten Tracht geleiteten Arbeitsgebiete Montagesysteme und Produktionsgestaltung entwickeln Lösungskonzepte für die Produktion komplexer Produkte in zunehmend vernetzten und agilen Umfeldern. Neben der Entwicklung und dem Betrieb von Produktionsanlagen ist die Gestaltung von Montageprozessen, die Auslegung von Handhabungsgeräten und die Modularisierung von Produktionssystemen sowie Betriebsmitteln Gegenstand der Forschungsarbeiten. (www.bime.de)


Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Kurz erklärt: Das Werkzeugmaschinenlabor
Das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen steht seit Jahrzehnten weltweit als Synonym für erfolgreiche und zukunftsweisende Forschung und Innovation auf dem Gebiet der Produktionstechnik. In sechs Forschungsbereichen werden sowohl grundlagenbezogene als auch an den Erfordernissen der Industrie ausgerichtete Forschungsvorhaben durchgeführt. Darüber hinaus werden praxisgerechte Lösungen zur Rationalisierung der Produktion erarbeitet. Das Werkzeugmaschinenlabor wird von den vier Professoren Christian Brecher, Fritz Klocke, Robert Schmitt und Günther Schuh geführt. (www.wzl.rwth-aachen.de)


Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.)

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.

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