Das Bremer Institut für Strukturmechanik und Produktionsanlagen (bime) hat eine Lernfabrik für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) konzipiert und umgesetzt, die eine Untersuchung kollaborativer Montageprozesse innerhalb einer getakteten Fließfertigung ermöglicht.

Die Fließfertigung ist geprägt von strukturierten Abläufen, bei denen bisher wenig Erkenntnisse darüber existieren, wie kollaborative Roboter optimal in eine bestehende Taktung integriert werden können. Die Lernfabrik des bime setzt hier an, um Mitarbeitenden nicht nur eine praxisnahe Schulung zu ermöglichen, sondern gleichzeitig auch ein vertieftes Verständnis für diese spezifische Form der Zusammenarbeit zu gewinnen und diese zu optimieren. Die Grundlage der Lernfabrik bildet eine experimentelle Montageanlage, bei der manuelle und kollaborative Arbeitsstationen modular miteinander verknüpft werden können. Eine Besonderheit des eingeführten Montageszenarios liegt darin, dass ein Roboter nicht an einen festen Montagearbeitsplatz gebunden ist. Stattdessen kann er flexibel Tätigkeiten an zwei manuellen Stationen unterstützen. Die technische Umsetzung erfolgt mithilfe einer Bild- erkennung zur Analyse des Arbeitsfortschritts und bestehender Puffer an den einzelnen Montagestationen. In verschiedenen Betriebsmodi kann der Mitarbeitende entweder selbst festlegen, wann er Unterstützung im Montageprozess benötigt, oder auf eine Priorisierung des Systems vertrauen.

Lernfabrik als lebendiges Labor

Die Lernfabrik fungiert dabei nicht nur als Trainingsumgebung, sondern auch als lebendiges Labor für wissenschaftliche Untersuchungen. Ein zentraler Fokus liegt auf dem Einfluss unterschiedlicher Kollaborationsgrade auf die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern. Diese Untersuchung beleuchtet Fragen nach der Effizienzsteigerung und der gleichzeitigen Gewährleistung der Sicherheit in kollaborativen Arbeitsumgebungen. Ein weiterer bedeutender wissenschaftlicher Schwerpunkt liegt auf dem arrangierenden Verhalten innerhalb von Mensch-Roboter-Teams. Die Lernfabrik ermöglicht es, die Interaktionen zwischen menschlichen Mitarbeitern und kollaborativen Robotern in einer industrienahen Umgebung zu untersuchen. Hierbei stehen Kommunikationsmechanismen, Aufgabenverteilung und Entscheidungsfindung in Echtzeit im Mittelpunkt der Analyse. Der Wissenstransfer von der Forschung in die Industrie wird durch die Lernfabrik auf mehreren Ebenen ermöglicht. Zum einen können die geschulten Mitarbeitenden ihr erworbenes Wissen und ihre Erfahrungen unmittelbar in ihren Arbeitsalltag integrieren. Dies trägt dazu bei, dass die Implementierung von Mensch-Roboter-Kollaboration in der Praxis reibungsloser erfolgt und die Mitarbeitenden besser auf die Herausforderungen dieser modernen Arbeitsumgebung vorbereitet sind.

Innovationskatalysator für die Forschung

Zum anderen ermöglicht die Forschungsplattform der Lernfabrik eine stetige Verbesserung der Mensch-Roboter-Kollaboration selbst. Durch die kontinuierliche Sammlung von Daten und Erfahrungen aus dem realen Produktionsumfeld können bestehende Modelle und Konzepte optimiert und an die spezifischen Bedürfnisse der Industrie angepasst werden. Dieser zyklische Prozess der Optimierung gewährleistet, dass die in der Lernfabrik gewonnenen Erkenntnisse nicht nur auf dem aktuellen Stand der Technik sind, sondern auch zukünftige Entwicklungen vorantreiben können. Die Lernfabrik fungiert somit als Innovationskatalysator, der nicht nur die Ausbildung, sondern auch die kontinuierliche Weiterentwicklung von Mensch-Roboter-Kollaboration in der Forschung und Industrie vorantreibt.

Neben der physischen Lernfabrik existiert auch ein digitaler Zwilling der Montageanlage, dessen Ziel es ist, eine virtuelle Lernerfahrung zu ermöglichen. Technologien aus der Spieleentwicklung ermöglichen es in einer Virtual-Reality-Umgebung, reale Montageprozesse der Lernfabrik kooperativ mit anderen Lernenden in Weiterbildungsszenarien zu erproben. Die Besonderheit der am bime entwickelten Lösung ist eine von der Benutzer-Hardware weitgehend unabhängige Software. Durch die Nutzung der Render-Streaming-Technologie können Inhalte auf einem zentralen Server berechnet werden und auf beliebigen Endgeräten wie Tablets oder Smartphones wiedergegeben werden. Dies ebnet den Weg zu einer ortsunabhängigen Aus- und Weiterbildung – egal ob im Büro oder auf dem heimischen Sofa.

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe 12/23