Mensch-Maschine-Kollaboration - komplex und gut planbar

Centauro-Planungsmethode für MMK Kollaborationen

Mensch-Maschine-Kollaboration: Komplexe Arbeitsplätze können mit der neuartigen Centauro-Planungsmethode einfach in Produktionslinien integriert werden.

Arbeitsplätze mit Mensch-Maschine-Kollaboration (MMK) erhöhen die Flexibilität, Produktivität und Produktvielfalt von Produktionslinien. Eine genormte Untergruppe der MMK ist die sogenannte Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), bei der Mensch und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsraum arbeiten.

Warum Arbeitsplätze mit Mensch-Maschine-Kollaboration?

Die Mensch-Maschine-Kollaboration gestaltet einen neuartigen Arbeitsplatz, der eine Synergie zwischen der Präzision und Stärke einer Maschine und der Flexibilität und Intelligenz des Menschen aufweist. Der kollaborierende Betrieb wirkt sich sowohl auf die Ergonomie als auch auf die wirtschaftliche Produktivität bei kleinen Stückzahlen positiv aus. Damit aber diese Synergien auch wirklich wirken können, erfordert die Umsetzung eines solchen Arbeitsplatzes eine anforderungsgerechte Planung.

Gesundes Arbeiten durch Arbeitsteilung

In unserer alternden Gesellschaft ist es besonders wichtig, dass Menschen länger ihrer Arbeit nachgehen können. Ein kollaborierender Roboter hilft beispielsweise dabei, schwere Objekte zu tragen und diese genau zu positionieren. Mensch und Roboter arbeiten also dann gemeinsam, wenn der Mensch ergonomisch unterstützt werden soll. Damit die Inbetriebnahme solcher Mensch-Roboter-Kollaboration Arbeitsplätze aber innerhalb kurzer Zeit und sicher erfolgen kann, wird der geplante Arbeitsablauf vorab simuliert, analysiert und optimiert.

Ergonomisches Arbeiten durch Prozessabstimmung

Ein ergonomischer Arbeitsplatz sorgt für eine optimale Arbeitsausführung und die Reduzierung von arbeitsbedingten Belastungen. Außerdem steigt die Motivation des Betriebspersonals. Durch die Zusammenarbeit mit einer Maschine, können zu bearbeitende Objekte in eine ergonomisch optimale Position gebracht werden. Heute ist möglich, schon in der Planungsphase Ergonomiekennzahlen zu ermitteln und darauf aufbauend, nicht nur Arbeitsplätze, sondern auch Prozessabfolgen entsprechend zu optimieren. Der Kollaborationsraum kann sogar automatisch an das Bedienpersonal angepasst werden und Fehler können im laufenden Betrieb ausgewertet bzw. signalisiert werden.

Flexibles Arbeiten durch Einzelfertigung

Innovation ist heute mehr denn je durch kürzere Produktlebenszyklen geprägt. Im Bereich der Einzel- und Kleinstserienfertigung kommen neueste Technologien zum Einsatz, deren Produktions- und Montageprozesse sich durch flexible Mensch-Roboter-Kollaboration umsetzen lassen.

Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz einer Mensch-Roboter-Kollaboration sind allerdings die richtige Roboterauswahl sowie eine effiziente Arbeitsaufteilung zwischen den Kollaborationspartnern.

Durch schwankende Produktionszyklen sind flexible Anlagen gefragt, die auf einen veränderten Automatisierungsgrad reagieren können. Durch den Einsatz von Mensch-Roboter-Kollaboration kann zwischen vollautomatisierter, teilautomatisierter oder manueller Fertigung gewechselt werden. Dabei ist natürlich entscheidend, welche Tätigkeiten zu welchem Zeitpunkt nun vom Menschen und welche vom Roboter durchgeführt werden sollen. Während der Mensch sich einer anderen Arbeit widmet oder vielleicht Pause macht, kann der Roboter vollautomatisch weiterarbeiten.

Gestaltung der Mensch-Roboter-Kollaboration Anwendung

Welche Faktoren bei der Gestaltung von kollaborierenden Robotersystemen berücksichtigt werden müssen, wurde mit der ISO/TS 15066 geregelt bzw. im Wesentlichen, wie folgt, spezifiziert:

-Der Kollaborationsraum soll dreidimensional geplant werden.

-Einflüsse auf den Kollaborationsraum sollen erfasst und die Zugänglichkeit zum Arbeitsplatz definiert und überwacht werden.

-Der Arbeitsplatz soll ergonomisch gestaltet und durch Kennzahlen belegt werden.

-Beschränkung des Zugangs sollen nur für befugte und ausgebildete Bedienpersonen aufgehoben werden - daher muss eine Personenidentifikation integriert werden.

Die Centauro-Lösung: Entscheidungsleitfaden und Simulationsanalyse

Der von der Centauro GmbH entwickelte Entscheidungsleitfaden basiert auf einem Bewertungsmodell, das zunächst die zu untersuchenden Arbeitsinhalte hinsichtlich ihrer MRK-Fähigkeit analysiert. Danach wird eine grobe 3D-Simulation von drei möglichen Kollaborations-Varianten erstellt, um den Prozess anschaulich darzustellen. Hier werden alle Maschine wie etwa Transportband, Mobiler Roboter, Industrieroboter, Abstellplatz usw. geplant und simuliert. Durch den Vergleich verschiedener Realisierungsmöglichkeiten, leitet sich bereits eine geeignete Variante ab. Im Rahmen einer anschließenden Detailbewertung wird der Detailierungsgrad der Simulation erhöht und alle MMK-Anwendungen hinsichtlich Taktzeit und Ergonomie analysiert. Sind Taktzeit oder Ergonomie nicht zufriedenstellend, wird abschließend noch eine Optimierung der analysierten Lösung durchgeführt.

Die Centauro-Planungsmethode für Mensch-Roboter-Kollaboration Anwendungen

Im Rahmen des dreijährigen Forschungsprojektes der Centauro GmbH wurden verschiedenste Kombinationen der Kollaborationsarten von Mensch und Maschine untersucht. Ziel war es, eine durchgängige und inhärente Planungsmethode von kollaborierenden Tätigkeiten zu entwickeln, da maschinelle und menschliche Arbeiten bislang getrennt voneinander betrachtet wurden. Im Speziellen ging es hierbei um

- die Visualisierung und Aufdeckung von Planungsfehlern (insbesondere unter Berücksichtigung der Synchronisierung von Mensch und Maschine im Rahmen der Kollaboration),

- die Plan- und Istzeitermittlung kollaborierender Tätigkeiten bzw. der Durchlaufzeiten von Produkten, die mithilfe von kollaborierenden Systemen gefertigt werden, und

- die Optimierung von Auslegungsparametern, wie Positionen, Geschwindigkeiten und

Maschinenzuordnung bei kollaborierenden Tätigkeiten unter Berücksichtigung von Grenzparametern.

Im Rahmen dieses Förderprojektes ist ein Simulator mit einem hybriden Simulationsmodell entstanden, der eine Durchlaufzeitermittlung von Produkten ermöglicht. Die Centauro GmbH besitzt ein fundiertes Know-how im Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration und insbesondere zu den aktuell vorherrschenden Sicherheitstechnologien und berät Sie gerne bei der Umsetzung einer MRK-Anwendung.

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Anmerkung: Seminar "Mensch-Maschine-Kollaboration", 27/28. Februar 2018

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