Sein oder Schein?

Voll im Trend liegt die Nachfrage für MRK-Anwendungen. Für Faude sind Anforderungen gemäß einer realen Kollaboration zwischen Mensch und Roboter systemorientiert anzugehen. Zum „MRK-Sein oder nicht sein?“ hilft eine Checkliste, die einerseits eine Orientierung gibt, welche Punkte und Fakten zu überprüfen sind und zudem auch die Perspektiven mit der Leichtbaurobotik in der Produktionstechnik andeuten.

Vom Vormarsch der Digitalisierung profitieren Sensorik und Robotik. Die Vision, dass Roboter mögliche Kollisionen verletzungsfrei oder sogar vor der Berührung des Menschen erkennen und rechtzeitig stoppen oder ausweichen, treibt eine wandelbare Fabrik weiter voran, in der auch das Prozesswissen der Mitarbeiter mit dem digitalen Prozessabbild immer mehr verschmelzen. Dieses Umfeld trägt MRK-Anwendungen mehr und mehr nach vorne und laut dem IFR wird für MRK ein großes Wachstum auch nächstes Jahr anhalten. Stetig wächst der Einsatz von Leichtbaurobotern in der Produktion und gleichauf sensibilisiert sich immer mehr das Verständnis von real kollaborierenden Roboterapplikationen, bei denen nicht der Roboter alleine, sondern die Gesamtapplikation inklusive dem Werkstück im Fokus steht.

Duett komplett: Mensch und Roboter in einer wandelbaren Fabrik

Arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand, so bedarf es bei heutigen MRK-Applikationen einer technologischen Vorgehensweise, die die direkte Zusammenarbeit erst möglich macht. Faude versteht sich in dem Themenspektrum der Leichtbaurobotik als ein Wegbereiter für passende MRK-Lösungen. Für eine erfolgreiche MRK-Integration stellt Faude Handlungsempfehlungen mit den erforderlichen Komponenten und Systemen zur Verfügung. So ist es auch möglich, MRK Lösungen in bestehenden Anlagen zu integrieren.

Gerade der vorherrschende Trend einer Losgröße 1 erfordert von der Produktion eine Flexibilität, deren Prozessstrukturen einer permanenten Veränderung unterlegen sind – sowohl für Mensch als auch Maschine. Um einer Volatilität in der Nachfrage über alle Produktionsstufen hinweg abfedern zu können bedarf es einer Steuerung der Produktionseffizienz. Mit realen MRK-Applikationen bekommt man den nötigen Spielraum, um sich nicht nur zwischen Handarbeitspatz oder Vollautomatisierung zu entscheiden, sondern die personell und technologisch, beste Lösung. Damit Faktoren wie Stückzahl, Typenvielfalt und Kosten produktionstechnisch beherrschbar bleiben.

Vor- und Nachteile einer Kollaboration

Es gilt, die Stärken des Menschen (Intuition, Flexibilität, Entscheiden und Urteilen) mit Vorteilen des Roboters (schnelle, kraftvolle, ausdauernde, reproduzierbare und präzise Bewegungen) so zu verbinden, damit die physische Belastung des Menschen verringert wird.
Durch die Übernahme von belastenden Tätigkeiten durch einen Roboter im selben Arbeitsumfeld, steigt auch die Akzeptanz für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Damit kommen gesundheitliche Aspekte mehr zu tragen, und das bei verbesserter Gesamtwirtschaftlichkeit der Prozesse.

Wichtiger ist zu bedenken, dass die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen mit erheblichen Aufwand verbunden ist. Das Weglassen von Schutzzäunen bedeutet einen höheren Engineering- und Dokumentationsaufwand in den Auslegungen von MRK-Anlagen.
Zu den Dokumentationsanforderungen zählen technische Anforderungen, EG-Konformitätserklärung, Risikobeurteilung, Betriebsanleitung sowie CE-Zeichen. Hierzu müssen alle vorhandenen Normen und Richtlinien beachtet werden, dies sind unter anderen EN ISO 13849 »Sicherheit von Maschinen«, ISO 10218-1 sowie ISO 10218-2 »Industrieroboter - Sicherheitsanforderungen« und die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Insbesondere die seit letztem Jahr verfügbare TS15066 als Technische Spezifikation für Kollaborierende Robotersysteme für die Planung von Anlagen mit der Funktion „Leistungs- und Kraftbegrenzung“ muss bei einer MRK Applikation zwingend beachtet werden. Unter anderem werden dort die biomechanischen Belastungsgrenzen auf den Menschen bei Kollisionen festgeschrieben. Die Einhaltung ist dann auch über Kräftemessungen bei der CE Erstellung zu berücksichtigen.

Checkliste zu MRK

Aus der Praxiserfahrung heraus hat Faude eine Checkliste entwickelt, die MRK-Anwendungsfälle systematisch identifiziert, analysiert und auch bewertet. Potenzielle Einsatzfelder für MRK-taugliche Montageplätze lassen sich in erster Linie detektieren. Für ein Ranking geeigneter Applikationen ist diese Liste dienlich, da sie neben der Tauglichkeit auch die Montageplanung und -realisierung für die MRK unerlässliche Perspektive zur Maschinen- und Arbeitssicherheit hinterfragt.
Hierbei sollte zu Beginn auch die Betrachtung der MRK Zusammenarbeit festgelegt werden, ist es eine Koexistenz, eine Kooperation oder eine Kollaboration. Entsprechend ist diese Anwendung dann auch abzusichern. Generell muss bei einem MRK Anwendungsfall immer eine Risikobeurteilung mit dem Menschen im Fokus durchgeführt werden.

  1. Es ist immer die gesamte Applikation zu betrachten (Werkstück, Werkzeug, Prozess, Greiftechnik, Roboter, Zuführtechnik, Peripherie), eine Nutzung von einem kollaborierenden Roboter alleine ist nicht ausreichend.
  2. Die Sicherheitsfunktionen müssen entsprechend den ermittelten Anforderungen mit geeigneten Komponenten umgesetzt werden. Die daraus resultierenden Sicherheitsabstände müssen dann im Betriebsumfeld beachtet werden.
  3. Komplette Risikobeurteilung erfolgt erst in ihrer Arbeitsumgebung.
  4. Die Geräte müssen Ein-Fehlersicher sein sowie Performance Level d und Kategorie 3 erfüllen. Sie brauchen als Schutzmaßnahme auf jeden Fall einen Not-Halt und einen 3-stufigen Zustimmschalter.
  5. Die CE Erklärung wird für jeden Arbeitsplatz und jedes Bauteil durchgeführt.

Der Gang durch die Produktionslinien…

… offeriert eine Vielzahl an teilautomatisierten, manuell-unterstützten Aufgaben. Als neutraler Systemintegrator sieht FAUDE für die Realisierung einer passenden MRK-Anwendung die genaue Prüfung und Auswahl der Arbeitsstationen inklusive einer stufenweise geplanten Investition, um die notwendigen Komponenten eines MRK-Systems in die laufende Produktion zu integrieren. Der sichere Betrieb von Leichtbaurobotern und Leichtbauroboter in MRK sind seit 2010 Schwerpunkte, die zu einer eigens geschaffenen normgerechten Sicherheitstechnik führten. 

Befetten und Beölen an automatisierten Stationen

Zum Aufbringen von unterschiedlichen Medien wie hochviskose dickflüssige Fette oder niedrigviskose dünnflüssige Öle hat Faude ein Dosiersystem für kollaborierende Roboter entwickelt. Mittels dem FIPS-Leichtbauroboter von Universal Robots und eines speziell angefertigten Nadel-/Dosiersystems wird eine kontinuierliche Prozessbeobachtung und -überwachung durch den Mitarbeiter gewährleistet. Weitere Effekte sind Steigerung der Prozessqualität, verbesserte Arbeitsergonomie bei gleichzeitig niedriger Komplexität, niedrigere Investitionskosten und eine hohe Flexibilität.

In dem energieeffizienten Prozess der Platzierung der Beölpunkte wird das Werkstück an der Roboterstation indexiert ausgehoben. Daraufhin fährt der Roboter mit dem am Roboterkopf befestigten Dosiersystem auf die einzelnen Beölpositionen. Schutztechnisch kann es durch die sphärisch gelagerte Dosiernadel weder zu Verletzung noch Kollision mit Körper- oder Bauteilen kommen. Bauteil- oder Positionstoleranzen sind durch die spezielle Lagerung ausgeglichen. Nach jedem Zyklus fährt der Roboter zur Kalibrierposition, um die Prozesssicherheit der Nadelpositionierung zu gewährleisten.

Im Fazit von Faude zeigt sich, dass eine wahre Mensch-Roboter-Kollaboration heute mit dem richtigen Roboter und Komponenten unter Beachtung der Normenlage möglich ist. Allerdings bedeutet das Weglassen von Schutzzäunen einen zusätzlichen Aufwand beim Engineering, der Risikobewertung und der CE-Dokumentation. Perspektiven mit MRK deuten an, dass immer mehr Anwendungsfelder realisierbar sind, in denen sich Mensch und Roboter mit den jeweiligen Stärken ergänzen.

Der Autor

Dirk Thamm,
Geschäftsführer der FAUDE Automatisierungstechnik GmbH