Maschinen-Beschickung Nachts werden Cobots munter

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Wenn die Produktionsmitarbeiter von Thales Deutschland längst in ihren Betten liegen, herrscht rege Betriebsamkeit in der Ulmer Söflinger Straße 100: Denn dann hat ein UR-Cobot die dritte Schicht an einer Fräsmaschine übernommen.

Schönreden hilft nicht: „Automatisierung war für uns die einzige Lösung.“ Marc Prestele, verantwortlich für die mechanische Fertigung bei Thales Deutschland in Ulm, spricht aus, was viele seiner Berufskollegen in seiner Branche umtreibt: „Es ist fast unmöglich, neue Mitarbeiterinnen oder Mitarbeiter für die Bedienung von Fräsmaschinen zu finden.“

Thales ist ein weltweit agierendes Hightech-Unternehmen, das in digitale und Deep-Tech-Innovationen wie Konnektivität, Big Data, künstliche Intelligenz, Cybersicherheit und Quantentechnologie investiert. Das Unternehmen bietet Lösungen, Dienstleistungen und Produkte in den Bereichen Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Transport sowie digitale Identität und Sicherheit. So gilt Thales beispielsweise als Weltmarktführer für Wanderfeldröhren-Verstärker.

Auch hier bleibt der Fachkräftemangel eine der größten Herausforderungen in der produzierenden Industrie. Ein Dauerzustand, der beim internationalen Thales-Kompetenzzentrum für Raumfahrtkomponenten und Subsysteme im Laufe der Zeit zum Umdenken geführt hat: Um die anhaltend hohe Nachfrage nach Wanderfeldröhren-Verstärkern für den Einsatz in Raumfahrtanwendungen wie geostationären Satelliten befriedigen zu können, musste sich Thales nach Alternativen umsehen.

Nächtliches Duo: UR-Cobot und Fräsmaschine

Gemeinsam mit dem Systemintegrator für Robotikanwendungen Voith Robotics entstand ein neues Konzept. Prestele: „Ein Cobot sollte die Fräsmaschine in der Nacht automatisch bedienerlos beladen.“ Anstatt die CNC-Maschine wie bisher mit Mitarbeitern im Zweischichtbetrieb beschicken zu lassen, sollte das Fräsen künftig mithilfe eines Cobots im Dreischichtbetrieb erfolgen. Der Plan: In den Tagesschichten entfernen die Bediener das System von der Maschine, um sie manuell zu beladen, während nach Feierabend der Cobot aktiv wird.

„Wir haben den Markt sondiert und uns schließlich für einen kollaborierenden Roboter von Universal Robots entschieden“, erinnert sich der Thales-Verantwortliche. „Die Cobots des dänischen Weltmarktführers sind für ihre Leistungsfähigkeit bekannt und haben sich in der Praxis bewiesen“, skizziert Prestele ein Kernkriterium. „Wir haben uns für einen UR10e ausgesprochen. Er wies in Sachen Traglast und Reichweite das beste Leistungsverhältnis auf, denn die Reichweite war für den Einsatz besonders wichtig.“

Cobot und Greifer arbeiten Hand in Hand

Thales implementierte gemeinsam mit dem Integrator ein mobiles System aus Cobot und dem Greifer Hand-E von Robotiq mit Kraftmessung vor der Fräsmaschine. „Die hohe Sensitivität des UR10e und eine spezielle Führung am Greifer ermöglichen es, dass sich das Robotersystem eigenständig kalibriert und die Beladeposition in der Maschine erkennt“, erklärt Thomas Meier, Verantwortlicher für die Integration bei Voith Robotics.

Und so ist die Applikation angelegt: Der Greifer des Cobots öffnet und schließt die Türen der Fräsmaschine, während eine Greifer-Erweiterung den Werkzeugträger spannt, entspannt und positioniert. Die zusätzliche Kraftmessung erlaubt dabei das Greifen der Spanner sowie Teile und erkennt, wann ein Platz für ein Werkstück leer ist. In dem Moment, in dem die Spanner aufgenommen werden, bewegt sich der Roboter nicht. Daher kann die durch den integrierten Kraft-Momenten-Sensor gemessene Torsion in den Roboter-Achsen für diese Anwendung nicht genutzt werden. Weil das mobile System nur knapp 33 Kilogramm wiegt, lässt es sich Meier zufolge „problemlos beiseitestellen, wenn der menschliche Bediener seine Tagesschicht beginnt“.

Thales-Manager Prestele unterstreicht indes den wirtschaftlichen Aspekt der Implementierung. Thales habe mit dem Cobot das Kunststück fertig gebracht, die Produktion trotz fehlender Fachkräfte deutlich zu erhöhen: „Mit dem UR10e konnten wir das Produktionsvolumen der Fräsmaschine ausweiten. Durch den Dreischichtbetrieb ist die Maschine um 50 Prozent stärker ausgelastet. Gleichzeitig haben wir die Stückkosten gesenkt und die Flexibilität enorm erhöht.“ Ebenfalls ein Gewinn: Der ursprüngliche Plan, aus Kapazitätsgründen zwar eine weitere Maschine anschaffen zu müssen, jedoch ohne zu wissen, woher die Bediener dafür kommen, konnte fallengelassen werden.

Bereits zwölf Monate nach dem Projektstart arbeitete der Anbieter von Satellitentechnik mit einen Robotersystem, das sich Prestele zufolge zudem binnen zehn Monaten amortisierte. Thales denkt nun an die nächsten Schritte. Konkret geplant ist aktuell eine Investition in weitere Spannmittel. Dadurch lässt sich das von der Fräsmaschine zu bearbeitende Spektrum an Teilen von sechs auf zehn erweitern. Auch für zukünftige Anwendungsfelder und sind Cobots von Universal Robots angedacht. Und weil der Fachkräftemangel voraussichtlich noch anhalten wird, könnten sich die Cobots auch als Vertretungslösung eignen. Fertigungsleiter Prestele: „Wir überlegen, den UR10e auch an anderen Arbeitsstationen einzusetzen, wenn zum Beispiel mal ein Mitarbeiter krank ist, oder die maschinelle Hilfe beim Reinigen und der Montage in Anspruch zu nehmen“. 

* Andrea Alboni, General Manager Western Europe, Universal Robots

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