Kollaborationsroboter

Wie beim Frühstückmachen

Tegra Medicals Bilanz profitiert von kollaborierenden UR-Robotern. Steigende Kosten und von Kunden geforderte Preissenkungen hatten beim Medizingerätehersteller Tegra Medical zu spürbaren Gewinneinbußen geführt. Durch den Einsatz von drei kollaborierenden Roboterarmen von Universal Robots in der maschinellen Fertigung von medizinischen Instrumenten konnte der Produktionsdurchsatz verdoppelt werden.

Kollabrorierender Roboter mit Unterhaltungswert: Die Mitarbeiter verzieren bei Tegra Medicals ruhige Standflächen schon einmal mit Fantasy-Figuren. (Foto: Universal Robots)

Im Hauptproduktionswerk von Tegra Medical in Franklin, Massachusetts, arbeiten kollaborierende Roboter von Universal Robots direkt neben den Mitarbeitern. In einer Art Zelle werden Komponenten für ein Operationsinstrument, das in der Meniskusrekonstruktion eingesetzt wird, hergestellt, wobei Roboter und Arbeiter hier auf engem Raum zusammenarbeiten. Bei dem Roboterarm, der die Maschinenbestückung übernimmt, handelt es sich um einen UR10 von Universal Robots. Mit einer Reichweite von 1.300 Millimetern nimmt er Rohlinge aus drei verschiedenen Trichtern, legt zwei davon in zwei Schleifmaschinen, während der dritte an eine Drehbank gebracht wird, wo ein integriertes Schneidwerkzeug eine Schrägkante am Ende eines Operationsinstruments für die Meniskusrekonstruktion vornimmt.

Für die gesamte Branche und damit auch für den spezialisierten Medizingerätehersteller ist diese Zelle ein Novum. „Aber so können in einem einzigen Bearbeitungszyklus drei verschiedene Produkte gleichzeitig bearbeitet werden“, sagt Hal Blenkhorn, Leiter Fertigungstechnik bei Tegra Medical. Für Paul Quitzau, Senior Engineering Manager bei Tegra Medical, ist dieser Produktionsablauf ideal: „Es ist wie beim Anrichten des Frühstücks – während das Brot in den Toaster gelegt wird, werden die Eier gekocht, damit alles gleichzeitig fertig wird.“ Bevor Tegra Medical die UR10-Roboterzelle integrierte, startete das Unternehmen mit zwei kleineren Zellen, die jeweils einen UR5-Roboterarm, dem „kleinen Bruder“ des UR10, zur Maschinenbestückung verwendeten. Diese zeichnen sich durch die gleiche Wiederholgenauigkeit aus, haben aber einen Arbeitsradius von 850 Millimetern. Der UR5 nimmt auch hier den Rohling vom Trichter und bewegt ihn dann zwischen Drehbank, Schleifmaschine und Förderband. Dieser Zyklus dauert jetzt nur noch zehn Sekunden im Vergleich zu den 22 Sekunden, die zuvor bei manueller Arbeit benötigt wurden. „Für uns waren Aspekte wie Kosten, Präzision, einfaches Einrichten sowie die Bedienbarkeit wichtig. Universal Robots konnte das alles bieten. Der Preis und das entsprechende Angebot waren extrem wettbewerbsfähig. Und Präzision sowie Design lagen weit über dem, was der Markt nach unserer Einschätzung sonst noch anzubieten hatte“, fasst Blenkhorn zusammen.

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Einfache Programmierung
Paul Quitzau hat die drei Roboterzellen bei Tegra Medical programmiert, einen Vorgang, den er als sehr einfach empfunden hat. Der UR-Roboter wird über einen Touchscreen programmiert. Die Ausrichtung des Roboterarms erfolgt entweder über Pfeiltasten auf dem Bildschirm oder über die Teach-Funktion. Das heißt, dass der Mitarbeiter den Roboterarm greift und ihm die gewünschten Bewegungen zwischen den verschiedenen Wegpunkten beibringt.

Innerhalb eines Jahres wurden eine Millionen Teile mit dem UR5-Arm hergestellt. Regelmäßig wird der Roboter stichprobenartig überprüft. (Foto: Universal Robots)

Ferner konnte die Produktqualität erhöht werden, da das Unternehmen die manuelle Fertigung vollkommen eingestellt hat. Auf dem Tisch des technischen Leiters Dick Guilbert, der die Qualitätskontrollen durchführt, sind nur wenige Teile in der Ausschussbox gelandet.

Ein anderer Vorteil, den Quitzau betont, dass Ersatzteile beim Vertriebshändler oder in einer lokalen UR-Niederlassung vorrätig sind, so dass bei Bedarf eine Lieferung über Nacht erfolgen kann: „Mit dem modularen Design des UR-Roboters können wir Ersatzteile nun selbst einbauen, ohne von einem Integrator abhängig zu sein. Wir halten das gerade in Zeiten von einem starken Produktionsdurchlauf eindeutig für den besseren Weg.”

Die kollaborierenden Roboter von Universal Robots arbeiten nach erfolgter Risikoanalyse ohne oder nur mit minimaler Schutzvorrichtung direkt neben den Mitarbeitern. Das ist ein klarer Fortschritt gegenüber traditionellen Industrierobotern, die streng abgetrennt von Menschen im Einsatz arbeiten müssen.

Die kollaborierenden Arme arbeiten direkt neben den Mitarbeitern. (Foto: Universal Robots)

Eingebaute Sicherheit schützt Mitarbeiter
Ein wichtiges Merkmal der Roboterarme ist zudem, dass sie automatisch stoppen, wenn sich im Arbeitsbereich des Roboters Gegenstände oder Menschen befinden. Als spezielle Sicherheitsmaßnahme hat Tegra Medical noch Sicherheitsmatten verlegt. Sobald ein Mitarbeiter die Matte in der Zelle betritt, stoppt der Roboter sofort und setzt seinen Betrieb erst dann fort, wenn der Arbeiter die Matte verlässt und eine Eingabeaufforderung betätigt.

„Wenn man von Robotern spricht, befürchten viele einen Jobverlust. 2014 verkündete unser CEO aber, dass unser Werk zum Robotics Center of Excellence der Tegra Medical Plattform wird – und dass keiner seinen Job an einen Roboter verlieren wird”, resümiert Blenkhorn. Jene Mitarbeiter, die also durch den Einsatz von Robotern freie Ressourcen übrig hatten, wurden in andere Prozesse und Abläufe eingearbeitet, die das Unternehmenswachstum unterstützen sollen. „Wenn wir sehen, dass die Tätigkeit eines Arbeiters lediglich darin besteht, alle 10 oder 20 Sekunden ein Teil in eine Maschine zu legen, ist es uns sehr daran gelegen, ihm Aufgaben mit höherer Wertschöpfung zuzuweisen.“

Meilenstein: Eine Million Teile
Tegra Medical hat bereits innerhalb eines Jahres eine Million Teile mit der ersten UR5-Zelle hergestellt. „Präzision und Wiederholbarkeit waren uns ein großes Anliegen. Wir hatten Bedenken und stellten uns die Frage, ob wir den Roboter bei einem derartig enormen Produktionszyklus in dieser Zelle einsetzen konnten und Jahr für Jahr die Wiederholbarkeit erreichen würden. Alle paar Monate wird der Roboter von uns in Stichprobenkontrollen überprüft. Wir wollen sicher sein, dass die Achsen stimmen und die Produktion heute genauso gut ist wie bei Inbetriebnahme der Zelle vor einem Jahr“, so der Leiter der Fertigungstechnik bei Tegra Medical.

Sein Kollege Paul Quitzau erinnert sich an den Moment, als der Medizintechnikhersteller die erste Zelle in Betrieb nahm: „Zunächst haben wir die manuelle Zelle direkt daneben aufrechterhalten. Wenn man davor steht und die beiden Abläufe beobachtet, lernt man die Wiederholungsbewegung des Roboters wirklich zu schätzen. Er kommt kein einziges Mal aus dem Takt.

Schritt halten mit den Maschinen
Der Mitarbeiter, der die gleiche Tätigkeit allerdings manuell verrichtet, ist in der Zwischenzeit sehr damit beschäftigt, Schritt zu halten, zwei Maschinen zu bedienen, zwischendurch eine Pause einzulegen, mit Kollegen zu reden und sich Zeit für die Durchführung einer Qualitätskontrolle zu nehmen. Zu einem späteren Zeitpunkt wird derselbe Arbeiter dann langsam müde, braucht etwas mehr Zeit zwischen den Teilen, während der Roboter schneller zu werden scheint. Uns war damit klar, dass der manuelle Prozess der Vergangenheit angehört.“

Nur die Spitze des Eisbergs
Gerade hat Tegra Medical seinen vierten UR-Roboter erworben. Ein weiterer UR10 soll eingesetzt werden, um Teile in ein Laserbeschriftungssystem zu legen und wieder herauszunehmen. „Die größere Reichweite des UR10 ermöglicht es uns erneut, mehrere Maschinen zu betreiben, so dass in einer bestimmten Zelle mehrere Artikel hergestellt werden können“, freut sich Paul Quitzau weiter. Die UR-Roboter könnten zusätzlich auch eingesetzt werden, um die Prozessstabilität zu gewährleisten. Für den Leiter der Fertigungstechnik stellen die drei bestehenden UR-Roboterzellen „einen großen finanziellen Erfolg“ dar: „Diese Zellen haben sich nach unserer Einschätzung durchschnittlich innerhalb von drei bis sechs Monaten amortisiert. Üblicherweise gehen wir aber bei Projekten von eineinhalb bis zwei Jahren aus. Die Einführung dieser beiden neuen kollaborierenden Roboter ist für uns also ein enormer Erfolg.“ bw

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