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Risikobewertung Software spürt von MRK-Arbeitsplätzen Gefahrenquellen auf

| Autor/ Redakteur: Hannes Weik / Mag. Victoria Sonnenberg

Die Teilautomatisierung von Montagearbeitsplätzen würde es der Industrie erleichtern, individualisierte Produkte zu Preisen von Massenware zu fertigen. Eine neu entwickelte Software des Fraunhofer-IPA ermöglicht es Systemintegratoren nun MRK-Arbeitsplätze einzurichten, die sicher und wirtschaftlich zugleich sind.

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Dreidimensionales Mock-up einer MRK-Anwendung: Gefahr für die Werkerin geht vom Werkzeug am Roboterarm aus (roter Kreis). Als Sicherheitsmaßnahme ist ein Laserscanner, am Fließband befestigt, vorgesehen, der die Werkerin erkennt. Im grünen Bereich droht ihr keine Gefahr, im gelben bewegt sich der Roboter langsamer und im roten wird er angehalten.
Dreidimensionales Mock-up einer MRK-Anwendung: Gefahr für die Werkerin geht vom Werkzeug am Roboterarm aus (roter Kreis). Als Sicherheitsmaßnahme ist ein Laserscanner, am Fließband befestigt, vorgesehen, der die Werkerin erkennt. Im grünen Bereich droht ihr keine Gefahr, im gelben bewegt sich der Roboter langsamer und im roten wird er angehalten.
(Bild: Fraunhofer-IPA)

Es könnte so schön sein. Mensch und Roboter arbeiten Hand in Hand und beide bringen ihre jeweiligen Stärken ein: die Fähigkeit des Menschen, auf ungeplante, unvorhergesehene Situationen flexibel zu reagieren sowie die unermüdliche Kraft und Präzision eines Roboters. Doch die Realität sieht anders aus. MRK-Arbeitsplätze sind in Deutschland bisher die absolute Ausnahme. In einer Studie zählten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO 2016 in der Produktion gerade einmal 50 solcher teilautomatisierter Arbeitsplätze auf dem gesamten Bundesgebiet. Viel getan hat sich seither nicht.

Dabei wäre die enge Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ein probates Mittel, um dem Trend zur „Mass Personalization“ zu begegnen. Denn MRK-Arbeitsplätze könnten Produktionshallen genau jene zusätzliche Effizienz und Flexibilität verleihen, die zur massenhaften Herstellung personalisierter Produkte nötig sind. Warum also klaffen Bedarf und Realität derart weit auseinander? „In erster Linie liegt das an der Komplexität und Vielzahl der geltenden Sicherheitsstandards, Vorschriften und Richtlinien“, sagt Ramez Awad, Gruppenleiter Montageautomatisierung am Fraunhofer-IPA.

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Unnötige Kosten vermeiden

Hinzu kommt: Jeder MRK-Arbeitsplatz ist ein Unikat, weil er jeweils genau an die Erfordernisse vor Ort angepasst ist. Folglich drohen überall andere Gefahren, die Systemintegratoren bannen müssen. Nach Schema F können sie also nicht vorgehen. „Es kommt durchaus vor, dass Systemintegratoren alle geltenden Vorschriften haarklein befolgen und übermäßig viele Sicherheitsvorkehrungen treffen“, so Awad. Häufiger aber ist das genaue Gegenteil: Kurz vor Inbetriebnahme stellt sich heraus, dass drohende Gefahren übersehen wurden und dringend nachgerüstet werden muss. In beiden Fällen entstehen unnötige Kosten.

Um diese sinnlosen Ausgaben zu vermeiden, um MRK-Arbeitsplätze wirtschaftlich und zugleich sicher zu gestalten, haben Awad und sein Team das „Computer-Aided Risk Assessment“ (Cara) entwickelt, eine computergestützte Risikobewertung. Die Software klopft den geplanten MRK-Arbeitsplatz auf mögliche Gefahren ab, listet diese in einer Tabelle auf und nennt geeignete Sicherheitsmaßnahmen.

Überall lauern Gefahren, die Cara findet

Dabei prüft Cara die einzelnen Prozessschritte, die an dem geplanten MRK-Arbeitsplatz später ausgeführt werden sollen. Diese sind als sogenannte Produkt-Prozess-Ressource-Tupel (PPR-Tupel) in der Design Library, der zentralen Datenbank, hinterlegt. „Der Systemintegrator wählt die PPR-Tupel aus und definiert jeweils, welches Bauteil mit welcher Ressource wie bearbeitet werden soll“, erläutert Awad. Dabei ist es auch wichtig, anzugeben welche Form das Bauteil hat und aus welchem Material es besteht. Denn auch aus diesen Angaben lassen sich potenzielle Gefahren für Leib und Leben ableiten: „Bei spitzen Ecken und scharfen Kanten kann es zu Schnittverletzungen kommen, bei toxischen Materialien zu Vergiftungen“, so der Forscher weiter.

Unter „Ressource“ versteht Awad das Werkzeug, mit dem der Roboter das Bauteil bearbeitet. Denn auch das muss ein Systemintegrator in Cara definieren. Hinzu kommt die „Fähigkeit“, mit der das Werkzeug das Bauteil bearbeitet: greifen und ablegen, nieten, schweißen – was auch immer. Schließlich lassen sich auch daraus mögliche Gefahren – Quetschungen oder Verbrennungen etwa – für den Menschen ableiten.

Sind die einzelnen PPR-Tupel sorgfältig beschrieben, führt Cara sämtliche Gefahrenquellen für den Werker übersichtlich in einer Tabelle auf – nach Dringlichkeit sortiert. Zu jeder drohenden Gefahr listet die Software außerdem alle geeigneten Sicherheitsmaßnahmen auf. Das können Kameras, Sensoren oder Lichtschranken sein, aber auch Sicherheitseinstellungen am Roboter. Cara spielt dem Systemintegrator also gewissermaßen eine Kombination aus To-do-Liste und Einkaufszettel aus. „Künftig soll die Software auch gleich die Preise für die nötige Sicherheitstechnik mit anzeigen. Dann muss niemand mehr umständlich das Internet durchforsten oder Kataloge wälzen“, kündigt Awad an.

Beta-Tester gesucht

„Anfangs wollten wir mit der Software Systemintegratoren ein Tool zur Verfügung stellen, mit dem sie ihren Kunden präzisere Kostenvoranschläge vorlegen können“, sagt Awad. Aber weil die Sicherheitsvorkehrungen dabei die Hauptrolle spielen, ergaben sich noch eine ganze Reihe weiterer Vorteile für

  • Systemintegratoren – Sie können die MRK-Arbeitsplätze ihrer Kunden in kürzerer Zeit und mit geringerem Aufwand planen. Durch die automatisierte Gefahrenanalyse unterlaufen ihnen weniger Fehler.
  • Anlagenprüfer – Ihnen geht die Sicherheitsbewertung schneller von der Hand, weil Cara automatisch dokumentiert, welche Gefahren identifiziert und welche Vorkehrungen getroffen wurden.
  • Endanwender – Sie wissen vorab, was die beauftragten Anwendungen kosten, müssen nicht mehr unnötig Geld für die Nachrüstung ausgeben und erhalten rentable MRK-Arbeitsplätze, weil die Roboter nicht mehr wegen übertriebener Sicherheitsvorkehrungen langsamer und mit weniger Kraft als nötig arbeiten.

Derzeit entwickeln die Forscher um Awad Cara im Rahmen des EU-Forschungsprojekts SYMBIO-TIC weiter. „Unser Ziel ist es, MRK-Arbeitsplätze künftig vorab in einer Simulationsumgebung laufen zu lassen und dabei alle relevanten Gefahrenquellen und Sicherheitsvorkehrungen ausgespielt zu bekommen“, sagt Awad. „Nutzer müssen dann nur noch ihr Simulationsmodell hochladen und nicht mehr jeden PPR-Tupel in allen Einzelheiten definieren.“ Reif für die Beta-Testphase ist die Software aber schon heute und die Forscher vom Fraunhofer-IPA suchen nach Systemintegratoren, die Cara in der Praxis erproben wollen.

* Hannes Weik ist zuständig für die Presse- und Online-Kommunikation am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in 70569 Stuttgart, Tel. (07 11) 9 70 16 64, hannes.weik@ipa.fraunhofer.de

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