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Assistenzroboter in der Produktion - Wie sicher ist die Mensch-Roboter-Kollaboration?

Assistenzroboter in der ProduktionWie sicher ist die Mensch-Roboter-Kollaboration?

VDI-Konferenz. Immer mehr Unternehmen setzen in der Produktion auf die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Doch die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) stellt die Unternehmen gerade mit Blick auf Sicherheitsanforderungen und rechtliche Rahmenbedingungen vor Herausforderungen.

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MRK-Applikation

Welche neuen und effektiven Lösungen existieren in der Mensch-Roboter-Kollaboration und wie kann die Sicherheit in der Produktion gewährleistet werden? Die dritte VDI-Konferenz „Assistenzroboter in der Produktion 2016“ beschäftigte sich mit diesen und weiteren Fragen. Fest steht: Viele Aufgaben in der Produktion können ohne eine passgenaue Automation heutzutage nicht mehr kosteneffizient realisiert werden. Kollaborierende Roboter eröffnen hier neue Möglichkeiten. „Für die Umsetzung der kollaborativen Robotik ist ein Umdenken von der klassischen, komplexen Automatisierung hin zu einer Lean-Automatisierung notwendig“, nennt Carsten Busch, Geschäftsführer von Hahn Robotics aus Reinheim, einen wichtigen Ansatzpunkt. Und er sagt: „Die kollaborative Robotik lässt sich meist viel einfacher in bestehende Produktionen einbinden – ohne eine komplette Um- beziehungsweise Neuplanung. Natürlich liegt eine Herausforderung in der Sicherheitsbetrachtung für die MRK-Applikationen.“

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Unkomplizierte Umrüstung
Bei einer klassischen roboterbasierten Automatisierung beträgt der Anteil für die Anschaffung des Roboters, also von Manipulator und Robotersteuerung, laut Busch etwa ein Drittel bis ein Viertel der Gesamtinvestition. Entsprechend würden zwei Drittel bis drei Viertel der Kosten für die Planung, Programmierung, Inbetriebnahme sowie für die Sicherheitstechnik und komplexe Peripherie entstehen. „Bei der kollaborativen Robotik beträgt die Investition für den Roboter über 60 bis 75 Prozent der Gesamtinvestition. Die Umrüstung bestehender Anlagen kann hierbei auf einfache Art erfolgen. Komplexe Aufgaben verbleiben beim Menschen während der Roboter stupide, kontinuierlich wiederkehrende Aufgaben übernimmt und zudem flexibel in der Produktion eingesetzt werden kann“, beziffert Busch die möglichen Einsparpotenziale.

Montageanlage

Definierte Sicherheitsregeln für MRK-Anwendungen
Wesentliche Applikationen für smarte Roboter liegen in der Materialhandhabung, bei Montageapplikationen sowie in der End-of-Line Verpackung in diversen Industrien. Zudem ist die MRK ein wichtiger Baustein in der Industrie 4.0. Sie bietet aber nicht nur wirtschaftliche Vorteile. „Die Entlastung der Beschäftigten an Handarbeitsplätzen durch MRK-Anlagen kann die Ergonomie dieser Arbeitsplätze entscheidend verbessern. Muskel-Skelett-Erkrankungen, Berufskrankheiten und Arbeitsunfällen kann dadurch besser vorgebeugt werden. Gleichzeitig bieten MRK-Anlagen die Chance, den Folgen des demografischen Wandels vorzubeugen. Ältere und erfahrene Fachkräfte können länger im Arbeitsprozess bleiben. Auch das gefahrlose Eingreifen der Beschäftigten in Störungssituationen ist ein Vorzug“, sagt Dr. Matthias Umbreit, Leiter des Themenbereichs Robotik bei der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) und im DGUV Fachbereich Holz und Metall in Mainz.

Normen- und Regelwerke liegen vor
Umbreit nennt die Herausforderungen, die mit den MRK-Anwendungen vor einigen Jahren entstanden sind: „Damals existierten so gut wie keine Grundlagen zur sicherheitstechnischen Bewertung dieser Anlagen. Insbesondere mangelte es an den sogenannten biomechanischen Grenzwerten. Dabei handelt es sich um Parameter wie Kraft und Druck, die zum Beispiel bei einem Kontakt von Roboter und Mensch nicht überschritten werden dürfen.“ Die BGHM hat dann durch Forschungsförderung und Zusammenarbeit mit Instituten und Hochschulen sowie dem Institut für Arbeitsschutz der DGUV eine erste Basis für diese Grenzwerte entwickelt. Die Ergebnisse wurden in das Schriften- und Regelwerk der BGHM und der DGUV aufgenommen.

Roboter Sawyer

„Außerdem konnten wir durch unsere Mitwirkung in den zuständigen internationalen Normenausschüssen erreichen, dass die für die Arbeitssicherheit bei MRK-Systemen maßgeblichen neuen Erkenntnisse inzwischen auch Bestandteil von weltweit anerkannten Normen sind und damit auch in Deutschland als Stand der Technik gelten“, benennt er die internationale Relevanz der Thematik. Zunehmend bedeutender werden für Umbreit vollautomatische Anwendungen, die im Falle von Prozessstörungen menschliches Eingreifen erfordern. Dr. Peter Heiligensetzer, Geschäftsführer bei MRK-Systeme in Augsburg ergänzt: „Die Herausforderungen bei MRK-Applikationen liegen neben der Einhaltung der sicherheitsrelevanten Standards auch darin, die Anwendungen prozessstabil und vor allem kommerziell sinnvoll umzusetzen. Entsprechend müssen assistierende Robotersysteme entweder sehr kostengünstig umgesetzt werden können oder durch den Einsatz von sensorischen Fähigkeiten des Roboters einen Mehrwert darstellen.“

Stolpersteine auf dem Weg zur MRK
Schnaithmann aus Remshalden ist mit 230 Mitarbeitern ein typisch mittelständisches Unternehmen, das hochkomplexe Montageanlagen beim Kunden nach dessen Vorstellungen und Anforderungen installiert. Entsprechend muss Schnaithmann eine technische Lösung für die jeweils spezifischen Probleme ausarbeiten. „Für die Industrie sind weniger Forschungsergebnisse oder Pilotprojekte im Bereich MRK von Bedeutung, hier interessiert vielmehr die praxisnahe Einsatzmöglichkeit. Geschilderte Pilotprojekte suggerieren oft eine bestehende Praxistauglichkeit, die bis dato jedoch nur selten gegeben ist“, sagt Volker Sieber, Leiter Entwicklung bei Schnaithmann. „Einerseits ist es toll, dass das hochaktuelle Thema MRK durch verschiede Beispiele permanent bedient und am Laufen gehalten wird. Andererseits werden dadurch Begehrlichkeiten geweckt, die mit dem aktuellen Stand der Technik im klassischen Mittelstandsbereich oft nicht befriedigt werden können. Hinsichtlich dieser Diskrepanz ist realistische Aufklärung notwendig“, so Sieber weiter.

Entsprechend sei eine realistische Schilderung dessen, was heute sinnvoll und machbar ist, sehr wichtig. Für Anwendungen im klassischen Mittelstand sieht er grundsätzlich eine Steigerung der Bewegungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Sicherheit als einen wichtigen Ansatzpunkt sowie eine aufwandsarme Realisierung von sinnvollen Applikationen. Ob Konzern oder Mittelständler – die Frage „Wie sind Kundenwunsch, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit vereinbar?“ ist eine Kernfrage, mit der sich Unternehmen bei der Konzipierung von MRK-Anwendungen grundsätzlich auseinandersetzen müssen. as

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