Robotik Cobots machen Japaner wettbewerbsfähig

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Die produzierende Industrie hat weltweit mit Fachkräftemangel zu kämpfen. Automatisierung ist auch für den japanischen Hersteller von Aluminiumprofilen SUS Corporation die Lösung. Das Unternehmen schafft mit dem kollaborativen ABB-Roboter Yumi eine Produktivitätssteigerung von 20 Prozent.

Die SUS Corporation mit Hauptsitz in Shizuoka, Japan, entwirft, entwickelt, produziert und verkauft mit Niederlassungen in 16 Ländern eine Reihe von Aluminiumprodukten, Maschinen und Ausrüstung für die Fabrikautomation, Steuerungsprodukte und Aluminium-Strukturmaterialien. Eines der Kernprodukte stellte das Unternehmen in Thailand her. Diese Produktion sollte wieder zurück nach Japan verlagert werden, um die Produktqualität zu verbessern, Lieferzeiten zu verkürzen und die Produktionstechnologie vor Ort weiterzuentwickeln.

Auf dem Papier klang die Strategie gut. In der Praxis gab es jedoch ein Problem: Die passenden Mitarbeiter zu finden. Für jede Montagemaschine war ein Arbeiter erforderlich. Und um das anvisierte monatliche Produktionsvolumen von 800.000 Stück zu erreichen, waren elf Montagemaschinen mit elf Vollzeitbeschäftigten notwendig. Aufgrund der monotonen und repetitiven Natur des Be- und Entladens der Maschinen fiel es schwer, Arbeitskräfte zu rekrutieren, zu schulen und zu halten. Zudem gab es auch erhebliche Schwankungen im Produktionsvolumen aufgrund der unterschiedlichen Fähigkeiten der Arbeiter.

Mit Automatisierung wettbewerbsfähig bleiben

Die Lösung für das Problem lautet Automatisierung. Doch war den Verantwortlichen klar, dass es dabei einige Herausforderungen zu meistern galt. So erfordert die Handhabung der Teile eine subtile Drehbewegung beim Vormontieren, ehe die Teile in die Montagemaschine eingespeist werden. Eine weitere Herausforderung war die Notwendigkeit, verschiedene Produkttypen in der Zukunft zu berücksichtigen.

Für eine genaue Vorabschätzung wählte SUS ABB als Partner aus. Dieser sollte helfen, eine fundierte Investitionsentscheidung für die Entwicklung einer robotergestützten Automatisierungslösung zu treffen.

Cobot Yumi schafft subtile Drehbewegung

Das Projekt begann mit einem einfachen Montagetest des kollaborativen ABB-Roboters Yumi im Local Application Center von ABB in Ostjapan. Eine einfache Arbeitsumgebung und Vorrichtungen wurden erstellt, um Yumi zu kalibrieren. Aufgrund der Flexibilität der sieben Achsen pro Arm war schnell klar, dass der Cobot die Teile mit der notwendigen Drehbewegung ohne Probleme kombinieren konnte.

Für eine optimale Planung wurden CAD-Daten der Montagemaschinen und Teileförderer in die Programmier- und Simulationssoftware Robotstudio von ABB importiert. Dank eines virtuellen Modells des Systemlayouts konnten die Entwickler die Bedienung optimieren und die Produktionskapazität überprüfen. Während der Simulation wurde auch der Einsatz des Cobots in verschiedenen Höhen überprüft, um herauszufinden, bei welcher Höhe die Belastung für beide Armbewegungen am geringsten ist und bei welcher es Yumi am einfachsten hat, seine Fähigkeiten voll auszuspielen.

Roboter und digitaler Zwilling stimmen überein

Um das Programm exakt anzupassen und genaue Produktionsvolumenprognosen im virtuellen Raum zu erhalten, ist es wesentlich, eine hohe Übereinstimmung zwischen dem tatsächlichen Roboter und seinem digitalen Zwilling zu erreichen, einschließlich Änderungen im Verhalten unter Belastung. Dies wurde durch Robotstudios Virtual-Controller-Technologie erreicht, die den virtuellen Roboter mit denselben Berechnungen wie den tatsächlichen Roboter betreibt. „Mit der Einführung von Yumi war klar, dass wir hinreichende Einnahmen erzielen würden. Wir sind jetzt in der Lage, Produktionsvolumina zu stabilisieren, die früher je nach Fähigkeitsniveau der Bediener variierten, und wir können die Produktion genauer vorhersagen und anpassen“, erklärt Nobuyuki Osada, Direktor für Design und Entwicklung bei SUS.

Yumi-Cobot schafft 20 Prozent Produktivitätssteigerung

Basierend auf den ROI-Schätzungen aus der vorläufigen Validierung entschied sich SUS, in fünf Automatisierungszellen zu investieren, von denen jede einen Yumi-Cobot enthält. „Die zum Befüllen einer Montagemaschine erforderliche Zeit wurde von 5 Sekunden auf 4,5 Sekunden reduziert. Ebenso hat sich das Produktionsvolumen einer Montagemaschine in acht Stunden von 5.000 Sätzen auf 6.000 Sätze erhöht – eine Produktivitätssteigerung von 20 Prozent, die es uns ermöglicht, flexibel auf Schwankungen im Produktionsvolumen zu reagieren“, betont Masahiro Kawasumi vom ECS-Anlagen-Team. „Die Amortisationszeit für diese Investition schätzen wir auf etwa zwei Jahre.“

In den Anlagen erreichte Yumi die Produktionsziele der SUS Corporation mit nur 50 bis 60 Prozent seiner maximalen Kapazität, was zusätzlichen Spielraum für eine Produktionssteigerung bietet, falls erforderlich. Nobuyuki Osada fügt hinzu: „Unsere Ingenieure haben die abschließenden Anpassungen auf der Grundlage des Programms vorgenommen, das in Robotstudio entwickelt wurde.“

Durch die Implementierung von Yumi hat SUS seinen Produktionsprozess automatisiert und eine Rentabilität erzielt, die die Erwartungen übertraf. Das Unternehmen erwägt, weitere Zellen für andere Produkttypen hinzuzufügen und zusätzliche Prozesse zu automatisieren.

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