Mensch-Roboter-Kollaboration: Effizienzsteigerung und Entlastung

Kooperativer Roboter hält ein zu schweißendes Bauteil.

Das Spektrum der Aufgaben, die von Robotern übernommen werden könnten, ist in den vergangenen Jahren stark gewachsen. Insbesondere die Möglichkeit, Maschinen nun Hand in Hand mit Menschen arbeiten zu lassen, ist eine attraktive Option für viele mittelständische Unternehmen.

Lange mussten Menschen und Roboter stets in streng getrennten Bereichen arbeiten, um Unfälle zu vermeiden. Dadurch waren die Anwendungsmöglichkeiten der Robotik enorm eingeschränkt. Mittlerweile ermöglichen neue Technologien die Kooperation auf engstem Raum – und das zu Preisen, die oft auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) rentabel sind. Allerdings gilt es, zahlreiche Faktoren zu beachten, die den Erfolg der Zusammenarbeit entweder fördern oder einschränken können.

Vorteile bei Qualität, Produktivität und Ergonomie

Mit der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) verbinden sich große Hoffnungen, weil die Zusammenarbeit an einem Bauteil ohne zeitliche und räumliche Trennung ermöglicht wird. Die wichtigsten Vorteile dabei:

  • Ergonomische Entlastung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei schweren Tätigkeiten
  • Steigerung der Produktqualität, etwa durch erhöhte Präzision
  • Steigerung der Produktivität, beispielsweise durch die Übertragung monotoner Tätigkeiten an den Roboter und die Fokussierung des Menschen auf Arbeitsschritte, die eine größere Flexibilität erfordern

Auf diese Weise können der Mensch und der Roboter jeweils ihre Stärken zum Tragen bringen. Im Falle des Menschen sind dies vor allem die Geschicklichkeit, die Entscheidungsfähigkeit, die Flexibilität und der große Bewegungsraum. Der Roboter glänzt dagegen durch seine Kraft, Wiederholungsgenauigkeit, geringe Ausfallrate und Ausdauer.

Körperliche Belastungen vermeiden

Die Anwendungsmöglichkeiten der kollaborativen Roboter – auch „Cobots“ genannt – sind ausgesprochen vielfältig. Neben der Automobilindustrie, die traditionell die meisten Roboter nutzt, gelten der mittelständische Maschinen- und Anlagenbau sowie die Metallindustrie als besonders vielversprechende Einsatzbereiche. Den Möglichkeiten sind dabei kaum Grenzen gesetzt: Auch im Handwerk, der Lebensmittelindustrie, dem Bau und der Agrarwirtschaft stehen körperlich belastende Tätigkeiten auf der Tagesordnung, sodass Roboter ihre Stärken ausspielen können.

Einer Umfrage des BIBA – Bremer Instituts für Produktion und Logistik zufolge erwarten Unternehmen die zukunftsträchtigsten Einsatzmöglichkeiten der kollaborativen Roboter in den folgenden Unternehmensbereichen:

  • Montage (insgesamt 65%)
  • Fertigung (14%)
  • Versand und Kommission (7%)
  • Produktionslogistik (7%)
  • Qualitätssicherung (5%)
  • Lackierung (2%)

Robotersteuerung ohne Programmierkenntnisse

Die enge Kooperation von Menschen und Robotern ist durch zahlreiche technische Entwicklungen in den letzten Jahren möglich geworden. Unter anderem sorgen ausgereifte Sensoren jetzt zuverlässig dafür, dass Roboter rechtzeitig gestoppt werden, ehe sie mit einer Person kollidieren. Der Großteil der kollaborativen Roboter auf dem Markt setzt hierfür auf die sogenannte Kraft- und Leistungsbegrenzung. Diese Leichtbauroboter sind jedoch in ihrer Tragkraft eingeschränkt und können nur rund 1 bis 15 Kilogramm handhaben. Die zunehmende Verfügbarkeit kollaborativer Leichtbauroboter fördert aber die Verbreitung von Mensch-Roboter-Kollaborationen auch in kleinen und mittleren Unternehmen. Nicht zuletzt ist auch die Bedienung deutlich einfacher geworden – oft sind keine intensiven Programmierkenntnisse mehr nötig, sodass der Einsatz nicht an die ständige Verfügbarkeit von Experten gebunden ist.

Die Forschung arbeitet weiter daran, die Cobots kostengünstiger, flexibler und bedienungsfreundlicher zu machen. Am BIBA geht es unter anderem darum, sie zur Bewegung von großen Lasten zu befähigen, ohne dabei an Sicherheit einzubüßen. Von den rund 150 verschiedenen Cobots, die aktuell am Markt verfügbar sind, können nur zwei mit mehr als 20 Kilogramm belastet werden.

Sicherheitsanforderungen nicht unterschätzen

Wer den Einsatz von Cobots im eigenen Unternehmen plant, sollte zunächst analysieren, welche Prozesse dafür in Frage kommen und wie eng die Kollaboration unter realistischen Bedingungen sein kann. Grundsätzlich wird zwischen vier Kollaborationsgraden unterschieden:

  1. Vollautomatisierung – Mensch und Roboter arbeiten vollständig getrennt voneinander.
  2. Koexistenz – Getrennte Arbeitsräume, aber Kontakt ist möglich, jedoch stoppt der Roboter bei Betreten seines Arbeitsraums seine Bewegungen komplett ab, um Gefahren zu vermeiden
  3. Kooperation – Mensch und Roboter arbeiten im gemeinsamen Raum, beispielsweise an einer Werkbank, allerdings sind direkte Berührungen nicht vorgesehen.
  4. Kollaboration – Beide arbeiten im gleichen Raum und zeitglich am selben Bauteil.

Aus Sicht der Wissenschaft handelt es sich nur bei Stufe 4 um echte Mensch-Roboter-Kollaboration. Die meisten Anwendungsfälle, in denen Mensch und Roboter in Unternehmen aufeinandertreffen, erreichen die Stufen 2 oder 3. Unternehmen unterschätzen häufig das Ausmaß an organisatorischen Änderungen, die für den geeigneten Einsatz echter MRK erforderlich sind. Zum einen müssen die Arbeitsabläufe angepasst werden, zum anderen muss der Arbeitsschutz den Arbeitsplatz abnehmen – und von dort kommen oft noch Auflagen.

Unter anderem aus diesen Gründen können die Kosten das eingeplante Budget leicht übersteigen: Zwar sind Cobots oft schon ab 20.000 oder 30.000 Euro zu haben, aber die weiteren Ausrüstungsgegenstände, beispielsweise kollaborative Greifer, sowie die sichere Einrichtung der Arbeitsplätze und die Inbetriebnahme treiben die Gesamtkosten in die Höhe. Besonders für KMU ist eine realistische Planung und passgenaue Umsetzung daher ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Einführung der MRK.

Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum informiert Unternehmen

Als Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Bremen unterstützen wir Unternehmen kostenlos beim Einstieg in die Mensch-Roboter-Kollaboration. Experten geben Impulse für die Identifizierung von Prozessen und Arbeitsplätzen, die für die Zusammenarbeit mit kollaborativen Robotern geeignet sind. Dabei sprechen wir mit den Beschäftigten, um deren Meinung einzuholen, wo Entlastung benötigt wird. Die frühzeitige Einbindung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kann zusätzlich helfen, die Akzeptanz für MRK-Projekte im Unternehmen zu erhöhen.

Ansprechpartner

Aaron Heuermann, Tel. 0421 218-50172, E-Mail: her@biba.uni-bremen.de