Verbrauchertrends ändern sich, Produktlebenszyklen werden immer kürzer und die Fertigung muss zunehmend individuelle Wünsche berücksichtigen. Hersteller brauchen deshalb flexible Fertigungslinien, die mit den raschen Produktwechseln, Individualisierungen und kleinen Losgrößen zurechtkommen, denn nur dann lässt sich Gewinn erwirtschaften. Einen wichtigen Beitrag dazu können kollaborative Roboter leisten, vor allem dann, wenn sie sich mobil einsetzen lassen, also mit Mobilrobotik kombiniert werden.
Traditionelle Produktionslinien funktionieren immer nur als Komplettsystem. Sie sind für bestimmte Produkte ausgelegt, die normalerweise in größeren Stückzahlen gefertigt werden. Der Produktfluss ist starr, beispielsweise wird ein Rohling eingelegt und verlässt nach der Fertigung die Linie. Bei einem Produktwechsel muss die Anlage leerlaufen und umgerüstet werden. Auftragsspezifische Individualisierung ist bei dieser Struktur nicht vorgesehen und kaum realisierbar. Aber auch die Serienfertigung kann sich schwierig gestalten. Produziert z.B. ein Automobilzulieferer 10.000 Teile für Kfz-Hersteller A, danach 5.000 für Hersteller B und dann 1.000 für Hersteller C, kommen jedes Mal Stillstands- sowie Umrüstzeiten als Kostenfaktor ins Spiel.
Prozessmodul statt Produktionslinie
In vielen Anwendungen lässt sich die Flexibilität der Produktion erhöhen, wenn die traditionelle Fertigungslinie in einzelne Zellen „aufgebrochen“ wird. Mit solchen Prozessmodulen lassen sich beispielsweise Produkte kundenspezifisch zusammenstellen, die Module können bei Bedarf anders angeordnet werden; wird ein Produkt nicht hergestellt, können die anderen Prozessmodule trotzdem weiterarbeiten.
Als Mittel der Wahl um einen flexiblen und zuverlässigen Warenfluss zwischen den einzelnen Modulen zu gewährleisten, gelten fahrerlose Transportsysteme (FTS, engl. Automated Guides Vehicle/AGV) bzw. sogenannte Mobilroboter. Bei immer variableren Produkten mit kleinen Stückzahlen, sich ständig ändernden Produktionsbedingungen oder der Just-In-Time-Bereitstellung unterschiedlicher Werkstückteile steuern sie auftragsbezogen dann die unterschiedlichen Fertigungszellen an und beschicken sie. Von dieser Flexibilität können ganz unterschiedliche Branchen profitieren, angefangen vom Online-Handel im Consumerbereich bis hin zur Automobilindustrie. Mit den autonomen Mobilrobotern der LD-Serie liefert der Omron dafür gute Voraussetzungen.
Mobilrobotik für den Warenfluss
Die mobilen Roboter sind vollständig autonome, intelligente Fahrzeuge, die sich an den räumlichen Gegebenheiten der Anlage orientieren. Die Wege müssen nicht vorprogrammiert werden, dafür sorgt die autonome Kartierung auf der On-Board-Steuerung. Der Enterprise Manager als Netzwerkanbindung übernimmt die Flottensteuerung. Er ist damit quasi die Taxizentrale, verteilt z.B. die Aufträge auf mehrere mobile Roboter, wählt das passende Fahrzeug aus, optimiert den Verkehrsfluss, verwaltet Systemparameter der gesamten Fahrzeugflotte, z.B. den Ladezustand der Batterie, und kommuniziert mit den Fabriksystemen (MES , WMS, ERP usw.).
Position und Status der Roboter kann der Anwender auf der Mobile-Planner-Benutzeroberfläche jederzeit sehen, ebenso wie Alarme, die darauf hinweisen, dass Roboter Hilfe benötigen, die Koordinaten, den Akkuladestand und die Fahrgeschwindigkeit, sowie die aktuell abzuarbeitenden Aufträge. Die Software läuft sowohl auf Windows, iOS- als auch auf Android-Plattformen, kann also auf PCs, Laptops, Tablets und anderen Devices genutzt werden. Insgesamt sorgen die mobilen Roboter in Kombination mit den Fertigungszellen dann dafür, dass der Durchsatz steigt, Maschinenstillstandszeiten sich verringern, Fehler vermieden werden, sich die Materialrückverfolgbarkeit verbessert und auch kleinere Stückzahlen ab Losgröße 1 wirtschaftlich produziert werden können.
Der nächste Schritt: Kollaborative Roboter
Der nächste Schritt zu mehr Flexibilität in der Produktion können dann kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sein. Solche Roboter, die für das direkte Zusammenwirken mit dem Menschen innerhalb eines festgelegten Kollaborationsraumes konstruiert sind (gemäß DIN EN ISO 10218-1 bzw. ISO/TS15066), finden in den unterschiedlichsten Branchen viele Anwendungsmöglichkeiten. Die Aufgaben, die sie übernehmen, sind vielfältig und reichen von einfachen Pick-and-Place-Anwendungen beim Teilehandling, Sortieren und Palettieren über Maschinenbeschickung bis hin zum Kommissionieren, Verpacken und Prüfen.
Mit der TM-Serie hat Omron jetzt solche Cobots im Programm, die sich auch mit den autonomen mobilen Robotern der LD-Serie kombinieren lassen. Das heißt, die Cobots können immer dort arbeiten, wo sie gerade gebraucht werden. Der Produktionsprozess lässt sich dadurch noch flexibler und effizienter gestalten. Dabei ist der Programmier- und Installationsaufwand gering. Dank der Flowchart-basierten, intuitiven HMI-Schnittstelle und einfachen Teach-Funktionen sind (fast) keine Vorkenntnisse bei der Programmierung von Robotern erforderlich. Die Cobots haben zudem ein integriertes Bildverarbeitungs- und Beleuchtungssystem, mit dem Produkte aus einem weiten Betrachtungswinkel exakt erfasst werden. Dank vieler Kernfunktionen wie Muster-, Strichcode- und Farberkennung lassen sich Inspektions-, Mess- und Sortieranwendungen mühelos umsetzen. Bild 1 zeigt ein Beispiel wie autonome Mobilrobotik, Cobot, Prozessmodule und Mensch angefangen vom Bestellungseingang bis zur Auslieferung zusammenarbeiten können, um eine individualisierte, flexible Fertigung zu realisieren.
Die kollaborativen, gleichzeitig mobilen Roboter sind damit ein weiterer Baustein in dem „innovative-Automation“-Konzept für die flexible Fertigungsindustrie der Zukunft, in der Mensch und Maschine in Harmonie zusammenarbeiten. So können die Maschinen dem Menschen monotone oder belastende Tätigkeiten abnehmen und Mitarbeiter sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren.
