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MRK Potenziale der Mensch-Roboter-Kollaboration: Der Weg zu ihrem wirtschaftlichen Einsatz

| Autor / Redakteur: Susanne Oberer-Treitz und Björn Matthias / Mag. Victoria Sonnenberg

Industriereife Robotersysteme bieten für die Mensch-Roboter-Kollaboration viele Potenziale. Entscheidend für Anwender ist das Wissen darüber, wie sich dieses Potenzial optimal ausnutzen lässt. Denn ein gemeinsamer Arbeitsraum und die direkte physische Interaktion sowie die dafür nötigen Schutzmaßnahmen haben Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit einer Anwendung, die bereits bei Planung und Konzeption berücksichtigt werden müssen.

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Bild 2: In dieser Anwendung ist der leichtgewichtige Roboter als „dritte Hand“ im Einsatz und bewegt sich mit begrenztem Drehmoment und angepasster Geschwindigkeit.
Bild 2: In dieser Anwendung ist der leichtgewichtige Roboter als „dritte Hand“ im Einsatz und bewegt sich mit begrenztem Drehmoment und angepasster Geschwindigkeit.
(Bild: ABB)

Von kollaborativen Robotersystemen erwartet der Anwender gegenüber klassischen Industrierobotern zusätzliche Funktionalitäten zur einfachen Bedienbarkeit sowie implizite Sicherheit zur direkten Integration in eine CE-konforme Anlage. Allerdings geht die Erwartungshaltung des Anwenders unter Umständen so weit, dass nach dem Wegfall der Schutzeinhausung die Produktivität aller vollautomatisierbaren Fertigungsprozesse unverändert sein soll bei gleichzeitigem gefahrlosen Miteinander von Mensch und Roboter.

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Dies steht jedoch im Widerspruch zur Kernfunktionalität des kollaborativen Roboters: Die Kollaboration ist das zentrale Kriterium für die Realisierung des Prozesses. Dafür nimmt der Entwickler des Robotersystems in Kauf, dass der Roboter seine klassischen Stärken wie Geschwindigkeit, Kraft und große Bewegungen teilweise drosseln muss.

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Wirtschaftliches Potenzial der MRK

Dies hat Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Anwendung. Bei kollaborativen Applikationen verschieben sich Investitionen im Vergleich zu einer Vollautomatisierung. Der Aufwand zum Beispiel für die automatisierte Teilelogistik kann wegfallen, jedoch kommen gegebenenfalls zusätzliche Sicherheitssensoren dazu. Gleichzeitig bleibt mit dem Menschen ein Teil der laufenden Produktionskosten erhalten. MRK rechnet sich, wenn der Mehrwert der Anwendung zum Beispiel durch einen geringeren Flächenverbrauch nachweisbar ist, weil unter anderem eine Parallelisierung von Teilprozessen erreichbar ist. Dabei zeigt sich aktuell auch die größte Hürde bei der Realisierung wirtschaftlicher MRK-Systeme, denn Merkmale wie zum Beispiel erhöhte Ergonomie lassen sich für die Produktivitätsanforderungen kaum quantifizieren.

Der Wunsch, mit MRK die Taktzeiten einer Vollautomatisierung zu halten und zusätzlich den hohen Wertschöpfungsgrad des Menschen einzusetzen, kann auch mit immer effizienteren und zuverlässigeren MRK-Systemen bisher nicht erreicht werden. Vielmehr muss sich aus der Applikation eine sinnvolle Aufgabenteilung entsprechend den Fähigkeiten von Mensch und Roboter ergeben. Dazu ist dann eine Kostenrechnung gegenüber einer manuellen Fertigung und einer Vollautomatisierung systematisch abzuwägen. Das Sicherheitskonzept der MRK-Lösung und die eingesetzten Systemkomponenten haben maßgeblichen Einfluss auf die Gestaltung und Produktivität der umgesetzten Roboteranlage. Dieser Einfluss lässt sich in folgende Punkte untergliedern: Angepasste Geschwindigkeiten können Taktzeiten reduzieren, Flächenbedarf verändert sich durch die Vermeidung trennender Schutzeinrichtungen und gegebenenfalls durch die Berücksichtigung von Anhaltewegen, Prozesskräften und Peripheriegestaltung, bei der angrenzende Struktur- oder Fertigungselemente gestaltet und eventuell zusätzlich verkleidet oder notfalls aus dem kollaborativen Betrieb ausgenommen werden müssen.

Zur Realisierung einer Applikation mit bestimmten Produktivitätsanforderungen ist es notwendig, unterschiedliche Kollaborationsarten zu betrachten. Darauf basierend müssen die einzusetzenden Komponenten ausgewählt und auf ihren Beitrag zu den wirtschaftlichen Kenngrößen der Applikation ausgewertet werden. Eine vorherige Festlegung auf eine bestimmte Kollaborationsart und einen bestimmten kollaborativen Roboter versperrt oft den Weg zu einer wirtschaftlichen Umsetzung der Anwendung. In manchen Fällen kann das zu der Einschätzung führen, dass eine konventionelle, umzäunte Roboterapplikation weiterhin die beste Wirtschaftlichkeit erzielt.

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