Teamwork erwünscht:Wie Robotersysteme den Menschen entlasten
Projektziele & Projektergebnis
Umsetzung projekt in den Bereichen „Produktion“ mit dem Ziel der Erhöhung/Steigerung/ Optimierung der Produkt- / Servicequalität, des wirtschaftlichen Erfolges (Umsatz, Gewinn und Marktanteile).
Entwicklung und Bewertung von Konzepten für die Realisierung eines Robotersystems.
Gesamtprojekt
Top Erkenntnisse aus dem Projekt
Ausgangslage
Zentrale Fragestellungen im Projekt
- Eine besondere Herausforderung war, die Miteinbeziehung von Integratoren.
- Mit welchem Konzept können die ergonomischen Belastungen der Mitarbeitenden verringert werden?
- Wie können die Prozesse optimiert und die Effizienz gesteigert werden?
Projektdetails
Die ISL Group GmbH ist ein mittelständischer Dienstleiter, der sowohl im Bereich Industrie als auch Systemlogistik tätig ist. Einer ihrer Standorte aus dem Geschäftsbereich ISL Automotive befindet sich in Saarlouis. Im Werk in Saarlouis findet die Vormontage von Windschutzscheiben für den Automobilhersteller Ford statt.
Herausforderung
Die ISL Group GmbH bietet Dienstleistungen in den Bereichen Systemlogistik sowie Industrie an. Am Standort in Saarlouis ist ISL direkter Zulieferer für das angrenzende Ford Werk und montiert Windschutzscheiben. Wie viele Mittelständler in der Region ist auch ISL einem hohen Kostendruck durch ausländische Wettbewerber ausgesetzt, sodass Prozesse optimiert und Effizienzsteigerungen erforderlich sind. Darüber hinaus entstehen durch das mehrfache Handling der Windschutzscheiben durch den:die Mitarbeiter:in ergonomische Belastungen. Durch den Einsatz von kollaborativen Robotersystemen und das Automatisieren des Handhabungsprozesses der Scheiben sollen sowohl Effizienzsteigerungen als auch Verbesserungen der ergonomischen Arbeitstätigkeit realisiert werden.
Bei der Konzepterstellung für den Einsatz eines solchen kollaborativen Robotersystems wurde die Firma ISL Group GmbH von den Expert:innen des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Saarbrücken im Rahmen eines Umsetzungsprojektes unterstützt.
Analyse
Die Integration eines Robotersystems in eine Produktionsumgebung in der bisher alle Prozesse manuell durch den:die Mitarbeiter:in ausgeführt werden, ist ein strukturiertes Vorgehen von großer Bedeutung.
Im Projekt mit ISL wurden folgende Schritte getätigt:
– Analyse der Ist-Situation mit Fokus auf Produkte, Prozesse und vorhandene Betriebsmittel
– Erstellung von Grobkonzepten und Bewertung anhand von Zielgrößen
– Ausarbeitung des favorisierten Konzepts und Umsetzungsplanung
Um ein Robotersystem erfolgreich in eine bestehende Produktionsumgebung mit vorwiegend manuellen Prozessen einzubringen, ist eine intensive Ist-Analyse mit Fokus auf Produkte, Prozesse und Betriebsmittel von großer Bedeutung. Zur Untersuchung dieser Aspekte wurden Vor-Ort-Termine und Workshops durchgeführt, die das Verständnis für die gesamte Prozesskette und das Zusammenspiel von allen beteiligten Mitarbeiter:innen mit entsprechenden Maschinen und Anlagen schaffen. Durch Videoanalysen wurden unter anderem die Abfolge und Zeiten der Prozesse ermittelt. Darüber hinaus wurden die Taktzeiten mitsamt der vorhandenen Spreizungen (minimale und maximale Ausstattungsvarianten) bei
der Scheibenmontage aufgenommen, die im gesamten Planungsverlauf beachtet werden müssen. Basierend auf den Informationen der Ist-Analyse können die Prozesse anschließend auf ihre Automatisierbarkeit geprüft und eine Aufteilung auf den Menschen und den Roboter vorgenommen werden. Hierbei können die grundlegenden Fähigkeiten von Robotern und Menschen herangezogen werden und die Prozesse anhand dieser bewertet werden, um bisher manuelle Prozesse auf Roboter umzulagern. Montageprozesse, bei denen besondere Anforderungen in Hinblick auf die Sensitivität vorliegen, eignen sich besser für den Menschen. Automatisierungslösungen sind da besonders effizient, wo gleichbleibende Tätigkeiten repetitiv und gleichartig ausgeführt werden müssen. Im Projekt wurde daher der Montageprozess der Assistenzmodule an der Windschutzscheibe als ungünstig für die Automatisierung identifiziert, wohingegen das Handling der Scheiben sehr gut automatisierbar ist.
Konzept
In Zusammenarbeit zwischen den Projektbeteiligten der Firma ISL und den Expert:innen aus dem Kompetenzzentrum Saarbrücken wurden verschiedene Ansätze entwickelt, die die Aufgaben zwischen Mensch und Roboter ausbalancieren. Unter anderem wurde der Einsatz einer Roboterzelle geprüft, welche eine einfache Integration in die bestehende Produktionsumgebung ermöglicht. Aufgrund des begrenzten Arbeitsraums eines Industrieroboters und der Größe der Zuliefer- und Abliefergestelle der Scheibe, lässt sich das Handling der Scheiben nicht vollständig auf den Roboter übertragen. Folglich lassen sich nicht alle Aufgaben zwischen Mensch und Roboter optimal aufteilen. Der unzulänglichen Reichweite eines Industrieroboters kann durch die Erweiterung um eine s.g. siebte Achse Abhilfe geschaffen werden. Dabei bewegt sich der komplette Roboter auf einer bodennahen oder flurfreien Linearachse, wodurch sich ein deutlich größerer Aktionsradius erschließen lässt. In diesem Fall wird die Erreichbarkeit aller Gestelle ermöglicht, womit das Handling komplett auf den Roboter übertragen wird und eine optimale Auslastung zwischen Mensch und Roboter erreicht werden kann. Diese erhöht jedoch die Investitionskosten und die
Komplexität der notwendigen Steuerung des Montagesystems. Als präferierte Umsetzungsmöglichkeit stellte sich eine Taktstraße heraus, in der die Scheibe auf einem Werkstückträger abgelegt, die Montageprozesse im Fluss durchgeführt und ein Roboter die Sequenzierung der Scheiben am Ende der Taktstraße durchführt. In diesem Szenario wird der:die Mitarbeiter:in zum größten Teil von unergonomischen Tätigkeiten entlastet.
Validierung
Gemeinsam mit dem Maschinenbauer wurde durch zahlreiche Detailanalysen entschieden, was umsetzbar ist, darüber diskutiert und in eine Feinabstimmung getreten, die zur konkreten Umsetzung des Konzeptes führt.
Ergebnis
Das im cross-funktionalen Team entwickelte Konzept entlastet den:die Mitarbeiter:in, indem Teile des Handlings der Scheibe von einem Roboter übernommen werden. Der:Die Mitarbeiter:in übernimmt weiterhin die Aufgaben, die für einen Roboter ungeeignet sind und bleibt so in seinem gewohnten Arbeitsumfeld tätig. Durch die Ausarbeitung der unterschiedlichen Ansätze konnten die Partner ein gemeinsames Konzept entwickeln, welches in Kombination die besten Elemente der jeweiligen Lösungsansätze miteinander vereint.
Die strukturierte Vorgehensweise von der Ist-Analyse über die Soll-Konzeption bis zur Ausgestaltung von Umsetzungslösung beschreibt einen Ablauf, welcher auch auf Problemstellungen in anderen Unternehmen übertragbar ist. Anwendungsbeispiele wäre unter anderem die Einführung von Assistenzsystemen, um Mitarbeiter:innen bei kognitiv anspruchsvollen Tätigkeiten zu unterstützen.
