Kollaborierender Roboter

Sie geben in Japan Gas

Roboter in der Automobilfertigung. Mit dem Ziel, das Personal im Montageprozess zu entlasten, setzt Nissan Motor im Werk Yokohama auf zwei kollaborierende Roboter von Universal Robots. Das Ergebnis: Nissan Motor konnte die Arbeitszeiten reduzieren und standardisieren sowie die Überschreitung der Taktzeiten verhindern.

Die Möglichkeit, UR-Roboter nach erfolgreicher Risikobeurteilung auch ohne platzraubenden Schutzzaun sicher direkt neben den Mitarbeitern betreiben zu können, war ein wesentlicher Grund für die Kaufentscheidung von Nissan Motors. (Bild: Universal Robots)

Nissan Motor entwickelt sich zu einem der führenden Automobilhersteller. Im Werk in Yokohama, einer Großanlage, produzieren insgesamt 3.200 Mitarbeiter Motoren und Achsen für Elektro- und Hybridfahrzeuge, angefangen von Maschinenteilen bis hin zur Verarbeitung und Montage. „Unsere Erfolge in der Fertigung und unser spezifisches technisches Know-how stehen miteinander in enger Verbindung“, erklärt Ōnishi, Bereichsleiter Motoren der Produktionsabteilung Nr. 1 bei Nissan Motor. „Daher arbeiten wir hart daran, uns als globale Pilotanlage zu positionieren, indem wir die besonderen Fähigkeiten unserer Mitarbeiter vor Ort und den Mehrwert durch Technologie miteinander kombinieren.“ Er ist der Ansicht, dass die Optimierung der Produktionsprozesse weiterhin ein wichtiges Thema sei. „Durch den demographischen Wandel wird unser hochqualifiziertes Personal im Durchschnitt immer älter. Darum beschäftigen wir uns intensiv mit Personalentwicklung und Wissenstransfer an neue Mitarbeiter.“

Herausforderungen einer alternden Belegschaft

Am Standort steht die Werksführung vor einer personellen Herausforderung. Nakamura, verantwortlich für Verbesserungen in der Produktionsabteilung im Motorenbereich, erklärt: „Um der Anzahl der zu produzierenden Lose nachzukommen, mussten wir unsere Teamaufstellung einige Male ändern. In der Vergangenheit wurde die vorgegebene Taktzeit dabei immer wieder überschritten. Wir mussten weitere Mitarbeiter zur Unterstützung einsetzen, um die Verzögerungen auszugleichen. Dadurch haben sich aber auch unsere Produktions- und Personalkosten erhöht.“

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Indem der UR10 Schrauben an einem Nockenwellenhalter löst, entlastet er die Mitarbeiter von einer ergonomisch ungünstigen und anstrengenden Aufgabe, die in der Vergangenheit zu Taktzeitüberschreitungen geführt hat. (Bild: Universal Robots)

Ausgehend von diesen Überlegungen entschied sich das Unternehmen für den Einsatz der Roboter, um die bestehenden Probleme an den Produktionslinien zu lösen und die Überschreitungen der vorgegebenen Taktzeiten zu beenden. Es sollte ein Roboter zunächst in den Null-Fehler-Prozess eingeführt werden, wo er Schrauben an den Nockenwellenhaltern der Zylinderköpfe lockern sollte. Dazu ist er mit einem Schraubwerkzeug ausgestattet. Ein zweite Roboter sollte dann bei der Installation von Ansaugkrümmern auf Motorblöcken zum Einsatz kommen. Dabei bewegt er sich auf einer Achse linear mit dem Förderband mit. Das Auswahlverfahren der Roboter durch Nissan Motors erfolgte nach klaren Kriterien: „Zu unseren Anforderungen zählte unter anderem, dass sich der Hauptteil des Roboters leicht und einfach bewegen lässt sowie dass wir ihn mit einem 100-Volt-Auslass und ohne Schutzzaun nutzen können“, sagt Fujii, ein Mitarbeiter aus der Montagegruppe der Antriebsstrangfertigung.

Bei der zweiten Applikation stand das Konzept der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) bei der Einführung im Vordergrund. Als Bedingung für die Arbeit an dieser Produktionslinie sollte der Roboter in der Lage sein, direkt mit menschlichen Arbeitern ohne Schutzumhausung an einem Förderband zusammenzuarbeiten, denn der Platz in der Fabrik ist knapp. Außerdem musste er in der Lage sein, mit einer Traglast von vier bis sechs Kilogramm – die Ansaugkrümmer sowie das Werkzeug am Roboter – zu arbeiten. Das Unternehmen entschied sich schließlich für den UR10 von Universal Robots.

„Wir haben das Problem der Taktüberschreitung gelöst“, sagt Nakamura. „Die Arbeit war für die Mitarbeiter früher ermüdend, da sie den ganzen Tag die vier Kilogramm schweren Ansaugkrümmer von Hand bewegen mussten. Inzwischen entlastet der Roboter sie bei dieser Aufgabe, indem er das Bauteil anhebt und den Mitarbeitern zur Weiterverarbeitung reicht.“ Da kein Schutzzaun für den Roboter nötig sei, werde man noch vielfältige weitere Aufgaben für die Roboter finden. Eine Produktion im Zweischichtbetrieb vorausgesetzt, geht das Unternehmen davon aus, seine ursprüngliche Investition so in weniger als einem Jahr amortisieren zu können.

Integration schnell und sicher

Durch ihre kompakte Bauweise können sie auch unter beschränkten Platzverhältnissen effizient arbeiten. (Bild: Universal Robots)

Die Integration der Roboter sei schnell und weitestgehend problemlos verlaufen, sagt Ōnishi. „Da wir zum allerersten Mal Roboter einsetzten und uns ganz am Anfang mit den Robotern auseinandersetzen, mussten wir im Trial&Error-Verfahren Funktionen ausprobieren. Das haben wir aber gleichzeitig als eine Weiterbildung für unsere Fachkräfte verstanden.“ Für die Einführung des UR10 erhielt Shiraishi, eine Mitarbeiterin aus dem Motorenbereich in der Produktionsabteilung Nr. 1, eine Schulung von der Kantum Electronics, einem Vertriebspartner von Universal Robots.

Kantum Electronics arbeitete mit Nissan Motors bei dem Setup der ersten Applikation zusammen und vermittelte das Wissen für den Umgang mit den Leichtbaurobotern. „Darauf aufbauend haben wir die Roboter programmiert“, so Shiraishi. Sie war schließlich dafür zuständig, die anderen Mitarbeiter anzulernen. Die grundlegenden Abläufe waren bereits nach ungefähr einer Woche im Betrieb. Im weiteren Verlauf wurden die Programme nachjustiert und genauer angepasst, laufen seither aber ununterbrochen.

Bei der Risikobeurteilung der Applikationen, bei denen die Roboter ohne Schutzzaun arbeiten, betrachtete Nissan Motors zwei Sachverhalte separat: Die Gefahr bei einer Kollision und die Gefahr bei einer Quetschung. „Im Falle einer Kollision vertrauen wir auf die in den UR10 eingebauten Sicherheitsfunktionen zur Kraft- und Leistungsbegrenzung. So stoppt der Roboter automatisch, wenn es zu einer Berührung kommt“, sagt Fujii. „Quetschungen durch den Roboter verhindern wir, indem wir den Gefahrenbereich mittels eines Lasersensors überwachen.“ Quetschgefahr bestand vor allem bei der zweiten Applikation, bei der der UR10 Ansaugkrümmer anhebt und den Mitarbeitern reicht. Um das Risiko auszuschließen, stattete Nissan Motors den Roboterarm mit einem tablettförmigen Werkzeug aus. „In der Produktion würden dafür normalerweise Walzen verwendet werden, da ist das Risiko einer Quetschung mit dem Roboter aber zu hoch. Durch das Tablett konnten wir es eliminieren“, ergänzt Shiraishi.

Nachdem sich die Zuständigen hinsichtlich der Spezifikationen entschieden hatten, war die Unterstützung durch Kantum Electronics eine große Hilfe bei der Umsetzung des Projekts. So konnte Nissan Motors die Leichtbauroboter in kurzer Zeit einplanen, installieren und in Betrieb nehmen. Die Einrichtung und Programmierung der UR10 und die weiteren Vorbereitungen waren nach Zusammenbau der Geräte schon nach rund zehn Tagen abgeschlossen.

Mobiler UR-Roboter geplant

Nakamura zeigt sich sehr daran interessiert, die Anwendungen künftig weiter zu entwickeln: „Wir arbeiten an einem mobilen UR-Roboter. Wenn wir den Roboterarm an jede Stelle bewegen können, sind wir in der Produktion in der Lage, jederzeit flexibel zu reagieren, wenn irgendwo die Taktzeiten überschritten werden.“ Um die Position als globale Pilotanlage bei Nissan auszubauen, möchte Ōnishi die Stärken seiner Fachkräfte vor Ort und die zahlreichen Möglichkeiten der Technologie weiter miteinander kombinieren, daher werde man die Anzahl der Roboter sicherlich erhöhen.

as

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