Mensch-Roboter-Kooperation

Mit Sicherheit weitergekommen

Die industrielle Arbeit unterliegt starkem Wandel – vor allem durch Automatisierung und Digitalisierung. Über den derzeitigen Stand der Produktionsforschung sprach handling-Chefredakteurin Petra Born mit Professor Bernd Kuhlenkötter, Präsident der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik sowie Leiter des Lehrstuhls für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum. 

Professor Bernd Kuhlenkötter, Präsident der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik sowie Leiter des Lehrstuhls für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum (Foto: MHI)

Born:
Herr Professor Kuhlenkötter, die Robotik in der industriellen Fertigung ist Ihr Spezialgebiet und Steckenpferd. Was sind aktuelle Forschungsthemen bei der robotergestützten Produktionsautomatisierung? 

Kuhlenkötter:
Durch die immer komplexer werdenden Applikationen in der Produktionsautomatisierung liegt ein bedeutender Forschungsbereich heute in der Entwicklung und Umsetzung eines effizienten und durchgängigen Engineerings, an das – besonders unter dem zunehmenden Trend der Produktindividualisierung – immer höhere Anforderungen gestellt werden: neue, variantenreiche Produkte müssen möglichst direkt und ohne Einrichtungsaufwände und vor allem ohne einen Produktionsstillstand in die laufende Produktion eingebracht werden. Das erfordert neue Tools im vorgelagerten Engineering.

Ein anderer wichtiger Forschungsaspekt adressiert den Lebenszyklus der Produktionsautomatisierungssysteme. Hier gewinnt durch die neuen Möglichkeiten der Vernetzung und des Datenaustausches das Thema „Predictive Maintenance“ zunehmend an Bedeutung. Zudem lassen sich bei Predictive Maintenance weitere Potenziale durch die immensen Fortschritte bei der Auswertung großer Datenmengen erschließen.

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Nicht zuletzt bildet auch die integrative Betrachtung von Produktionsanlagen und innovativen Geschäftsmodellen ein wichtiges Forschungsfeld. Hier wird unter dem Begriff „Produkt-Service-Systeme“ sehr intensiv daran gearbeitet, wie neben dem wirtschaftlichen Betrieb für den Anwender auch ein langfristiger wirtschaftlicher Nutzen für den Ausrüster möglich ist.

Born:
Vor allem interessiert Sie auch der kollaborative Roboter. Bei welchen Aspekten sind Sie hier im Verlaufe des vergangenen Jahres weitergekommen? 

Kuhlenkötter:
Neben der breiteren Verfügbarkeit von Robotersystemen verschiedener Hersteller, die nach geltenden Sicherheitsbestimmungen zur kollaborativen Zusammenarbeit ausgelegt sind, hat sich in der letzten Zeit auch die Sicherheitstechnik weiterentwickelt und einen sehr hohen Stand erreicht. Unterstützt werden MRK-Systeme zudem durch hochentwickelte Sensorsysteme, die den Robotern beispielsweise im Bereich der Werkstückaufnahme das sichere und zuverlässige Greifen ungeordneter Werkstücke oder von Menschen übergebenen Produkten ermöglichen.

Begleitend wurden durch Normen und Richtlinien rechtliche Randbedingungen geschaffen, die eine direkte Kollaboration von Mensch und Roboter zulassen. Hierzu sind beispielsweise die angepasste DIN EN ISO 10218, die im Februar 2016 publizierte technische Spezifikation ISO/TS 15066 „Robots and robotic devices - collaborative robots“ oder die Empfehlungen der Berufsgenossenschaft BG/BGIA zur Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern aufzuführen.

Wir konnten im vergangenen Jahr zahlreiche MRK-Applikationen unter Einhaltung dieser rechtlichen Rahmenbedingungen industriell umsetzen – und das in einem wirtschaftlich sinnvollem Kontext. Diese Beispielapplikationen machen Mut zu mehr Mensch-Roboter-Kollaboration.

Born:
Welche Hürden und Herausforderungen sind im Bereich der MRK noch zu nehmen?

Kuhlenkötter:
Ein ganz wichtiges Thema, das für den sicheren, schnellen und vor allem wirtschaftlich belastbaren Einsatz von MRK-Systemen noch erforscht und gelöst werden muss, ist die integrierte Planung und Simulation aller MRK-Player – des Menschen, des Roboters sowie der Prozess- und Sicherheitsperipherie in den angedachten Applikationen. In zukünftigen Systemlösungen muss die Layout- und Sicherheitsplanung genauso modellier- und simulierbar sein, wie auch die Berücksichtigung und Optimierung von Austaktungskonzepten unterstützt werden muss, um hybride Linien mit beliebigen Kopplungen von Zellen und Arbeitsstationen unterschiedlicher Automatisierungsgrade effizient auszulasten. Nur so können wir auch bei stark schwankenden Stückzahlen eine hohe Ressourceneffizienz und Produktivität sicherstellen.

Eine weitere Herausforderung ist die Erforschung und industrielle Umsetzung der Kommunikation zwischen Mensch und Roboter, da nur so eine individuelle, situationsgerechte Aufteilung von Arbeitspaketen zwischen Mensch und Roboter möglich ist. Dabei muss natürlich neben der Übergabe und Kommandierung bekannter Aufgaben auch die einfache und schnelle Programmierung des Roboters für neue Aufgaben durch den menschlichen Kollegen mit betrachtet werden. 

Born:
Welche Tätigkeiten konkret werden durch den kollaborierenden Roboter erleichtert beziehungsweise verbessert? Lohnt sich denn MRK wirklich für den Anwender?

Kuhlenkötter:
Ob sich MRK „lohnt“, muss immer individuell betrachtet werden, da die Zielgrößen hier sehr unterschiedlich sein können. So kann durch eine Verlagerung manueller Tätigkeiten zur Automatisierung – aber nicht im Sinne einer Vollautomatisierung, sondern durch mehr Robotik in manuellen Produktionslinien – die Produktionsqualität gesteigert werden. Auch kann durch MRK in Form von Hebehilfen und Werkerassistenzen die Ergonomie am Arbeitsplatz signifikant gesteigert werden. Ist die Bewertung von Qualitätskosten für Unternehmen manchmal noch lösbar, scheitert man in der Regel aber an der monetären Bewertung von ergonomischen Vorteilen, gerechnet über ein ganzes Arbeitsleben. Aber auch die Auslegung von hybriden Arbeitssystemen steckt noch in den Kinderschuhen. Wir können den Nutzen der MRK momentan sehr gut fühlen und erahnen, müssen aber noch daran arbeiten, diesen objektiv zu quantifizieren.

Born:
Roboter werden inzwischen „getauft“ – man kennt Paul, Uschi, Marvin – und so zum Kumpel in der Fertigung. Auch das Design ist oft humanoid geprägt. Ist das sinnvoll, um die Akzeptanz der Maschine durch den Menschen zu erwirken? Oder birgt dies vielmehr Risiken?

Kuhlenkötter:
…Die von Ihnen angesprochene „Humanisierung“ ist eine Möglichkeit zur Akzeptanzsteigerung, sie ist aber auch dann nur ein Teil des Weges. Im industriellen Einsatzbereich ist das frühzeitige Hinzuziehen aller beteiligten Partner, von den Ingenieuren über die Sozialpartner bis natürlich zu den späteren „Kollegen“ des Roboters, über den gesamten Planungs-, Entwicklungs-, Schulungs- und Einführungsprozess von besonderer Bedeutung. So schafft man ein hohes Maß an Vertrauen durch Kenntnis, und die Roboter und ihr Verhalten sind nicht mehr das große Unbekannte. Durch ein mitarbeiterorientiertes Beteiligungs- und Qualifizierungskonzept mit geeigneten, applikations- und ausbildungsstandspezifischen Schulungsmaterialien und Trainingskonzepten kann die Akzeptanz bei den Anwendern nachhaltig gefördert werden. Ist dieser Prozess erfolgreich abgeschlossen, dürfen wir den Roboter auch gerne Paul nennen.

Born:
Wie schätzen Sie die IT-Sicherheitsproblematik ein? 

Kuhlenkötter:
Die IT-Sicherheit erfordert eine besonders hohe Beachtung, denn heutzutage hängt ein zunehmender Teil der Produktion am Internet. Eine Trennung ist aus verschiedenen Gründen derzeit kaum und in Zukunft immer weniger möglich. Zwei Gründe habe ich bereits angesprochen: der eine ist die Nutzung von Produktionsdaten – also sowohl von Zustandsdaten der Produkte als auch von Betriebsdaten der Produktionsmittel – für eine Vielzahl von externen Auswertungen, von der Überwachung über die Wartung bis zu Aspekten der flexiblen und dezentralen Steuerungs- und Produktionsplanung. Der andere Grund für die immer dichter werdende Vernetzung zwischen Endkunden und Produktion ist die genannte Produktindividualisierung. Hier sind erste erfolgreiche Umsetzungen am Markt, bei denen endkundenspezifisch, extern angewiesen und ohne Eingriff von Produktionspersonal in voll automatisierten Prozessen beispielsweise individuelle Greiferfinger oder Lichtschalter produziert, versandt und abgerechnet werden, nachdem der Endkunde über das Internet seine Individualisierungswünsche am PC oder per App zusammengestellt hat.

Born:
Wo könnte gemäß Ihrer Prognose die Robotik in der industriellen Fertigung in zirka fünf Jahren stehen?

Kuhlenkötter:
…Hätten Sie mich gebeten, ein Bild für 2040 zu zeichnen, hätte ich intensiv überlegen müssen.

In fünf Jahren werden wir in der industriellen Fertigung nicht viel anders arbeiten als heute. Das wird deutlich, wenn man sich die Historie der Robotik der letzten 40 Jahre anschaut. Sicherlich werden wir mehr MRK-Anwendungen finden, da die Akzeptanz weiter zunimmt und weitere MRK-Systeme auf den Markt drängen. Auch der Einsatz mobiler Robotik, auch in Kombination mit MRK, wird weiter steigen. Die Innovationen aus der Robotikforschung von heute werden aber Jahre bis in die industrielle Umsetzung benötigen. So war es im Übrigen auch bei der MRK. An unserem ersten MRK-System habe ich schon vor neun Jahren gearbeitet.

Aber: Die „Smartisierung“ von Produkten und die Vernetzung von industriellen und privaten Welten sowie neue Fertigungstechnologien wie die Additive Fertigung werden auch die Robotikwelt verändern. Ich freue mich auf spannende Forschungsthemen und bin fest davon überzeugt, dass auch die Innovationszyklen der Robotik dem Mooreschen Gesetz folgen werden.

Herr Professor Kuhlenkötter, besten Dank für das Gespräch!

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