Mensch-Roboter-Kollaboration

Andrea Gillhuber,

Cobots for Power

Seit über einem Jahr stapelt „James“ im Zwei-Schicht-Betrieb pro Tag 2.400 Verpackungseinheiten – ohne Pause, ohne Rast. In seinem Aufgabengebiet, der Palettierung von verpackten Kabelzweigkästen, konnte er in diesem Zeitraum die Prozesseffizienz steigern und gleichzeitig seine Kollegen von dieser körperlich belastenden Arbeit befreien.

Christoph Kaiser arbeitet seit 30 Jahren bei Hensel und weiß um den gestiegenen Kostendruck in der Produktion. Die Wirtschaftlichkeit moderner Technologien ist für ihn wichtiger denn je. © Universal Robots

Hochmoderne Fertigungsanlagen gehören schon lange zum Alltag bei Gustav Hensel, Hersteller von Elektroinstallations- und Verteilungslösungen. In der Automatisierung mit kollaborierenden Robotern (Cobots) machte der sauerländische Mittelständler hingegen unlängst seine ersten Schritte – und das erfolgreich: Mithilfe eines Roboterarms von Universal Robots (UR) zur Palettierung von verpackten Kabelabzweigkästen steigert der Familienbetrieb seine Prozesseffizienz und befreit Mitarbeiter gleichzeitig von dieser körperlich belastenden Tätigkeit.

Seit jeher ist das mittelständische Familienunternehmen mit Sitz in Lennestadt bestrebt, immer wieder neue Maßstäbe im Bereich der Installationstechnik zu setzen. Dafür sind in Deutschland rund 550 Mitarbeiter zur Entwicklung und Herstellung von Elektroinstallations- und Verteilungssystemen beschäftigt.

Um die Produktqualität hoch zu halten und im Angesicht globaler Konkurrenz wettbewerbsfähig zu bleiben, fertigt der Betrieb nach dem Lean-Prinzip: Mit einem scharfen Blick für Details identifiziert Hensel jede Art von Ineffizienz entlang seiner gesamten Wertschöpfungskette. Entscheidend sei dabei, die Belegschaft speziell für hochwertige Tätigkeiten einzusetzen, weiß Christoph Kaiser, Leiter der Kunststofffertigung bei Hensel: „Wir haben den Anspruch, sowohl marktführend zu sein als auch größtenteils am heimischen Standort zu produzieren. Das geht nur, wenn wir automatisieren.“

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Roboter setzt Personalkapazitäten frei

Bei der Herstellung von Kabelabzweigkästen fielen täglich Unmengen an Mannstunden für die Palettierung von Verpackungseinheiten an. Hier verbirgt sich Potenzial zur Optimierung, dachte sich Hensel und wurde kurze Zeit später auf einer Fachmesse auf die kollaborierenden Roboter von Universal Robots aufmerksam. Den klaren Anforderungen des Unternehmens wurden sie gerecht: Ein ständiger, direkter Zugriff auf den Palettier-Roboter sollte möglich sein und eine Kombination aus Reichweite und Traglast optimal auf die Verpackungsanlage abgestimmt werden können. Kaiser ergänzt: „Unser Ziel war es dabei, nicht die Mitarbeiter zu ersetzen, sondern vermehrt Kapazitäten für höherwertige Tätigkeiten zu schaffen. Vom Lean-Gedanken her war das manuelle Packen und Bündeln der Kartons absolut nicht wertschöpfend.“

UR-Partner Dahl Automation konzipierte den Sauggreifer für den Roboterarm so, dass er verschieden große Paketbündel flexibel handhaben kann. © Universal Robots

Gemeinsam mit dem UR-Partner Dahl Automation GmbH startete Hensel das Projekt „Erster Cobot“ im Frühjahr 2017. Aufgrund seiner Traglast von 10 kg und seiner Reichweite von 1,3 m entschied sich der Betrieb für das größte Robotermodell von Universal Robots: den UR10. „Wenn der Roboter die Verpackungseinheiten ganz nach unten auf eine Palette stellen muss, ist sein umfangreicher Arbeitsradius enorm wichtig“, erklärt Kaiser. Weiterhin spielte bei der Implementierung des UR10 die Abwicklung seiner Risikobeurteilung eine wichtige Rolle. Nachdem diese durch die Unterstützung von Dahl Automation erfolgreich abgeschlossen wurde, darf der Roboterarm ganz ohne Schutzumhausung in unmittelbarer Nähe seiner menschlichen Kollegen arbeiten. Grundlage hierfür sind die patentierten Sicherheitssysteme des dänischen Robotik-Pioniers. Insgesamt dauerte die Integration des UR10 bei Hensel nur wenige Tage, was unter anderem der professionellen Vorbereitung von Dahl Automation anzurechnen ist. André Gödde, Vertriebsleiter beim UR-Partner, verrät: „Bevor wir einen Roboterarm von UR bei unseren Kunden in Betrieb nehmen, testen wir die Applikation in unserem eigenen Werk auf Herz und Nieren. So können wir schnell reagieren, falls beispielsweise noch Bewegungsabläufe optimiert werden müssen.“ Der Aufbau beim Kunden sei so im Durchschnitt in ein bis zwei Tagen abgewickelt.

Roboter „James“ bewegt 2,5 t pro Schicht

Bei Hensel arbeitet der UR-Roboter im Zwei-Schicht-Betrieb als letzte Komponente in einer komplexen, vollautomatischen Anlage aus Montage- und Verpackungsmaschinen zur Herstellung von Kabelabzweigkästen. Pro 8-Stunden-Schicht palettiert er ausgestattet mit einem individuell von Dahl Automation angefertigten Sauggreifer circa 1.200 Verpackungseinheiten. Dafür stellt die Anlage dem Roboterarm die verpackten Produkte zu jeweils zwei Kartons bereit. In einem ersten Schritt greift der UR10 die beiden Pakete und setzt sie in eine Umreifungsmaschine. Nachdem er dort ein weiteres Paketpaar zur Bündelung in eine Vierereinheit abgestellt hat, umreift die Maschine diese. Im Anschluss stapelt der Roboterarm die Kartonbündel auf einer Euro-Palette ab. „Knapp 10 kg hebt der UR10 bei diesem letzten Vorgang, womit wir seine Traglast voll ausnutzen“, erklärt Kaiser.

Zur weiteren Effizienzsteigerung stellt Hensel dem UR-Roboter gleich zwei Euro-Paletten bereit. Ist eine davon voll, stapelt der UR10 automatisch an dem anderen Palettenplatz weiter. Kaiser zeigt sich zufrieden: „Der Mitarbeiter muss dann nur noch die volle Euro-Palette rausfahren, eine nächste für den UR-Roboter bereitstellen und weiter geht’s. Damit gelingt uns insgesamt eine perfekte Auslastung der Applikation.“ Weiterhin lässt sich der Roboterarm in unter drei Minuten mit nur wenigen Klicks für verschiedene Paketgrößen der Anlage umprogrammieren. So bewegt er je nach Bedarf vier unterschiedliche Kartongrößen.

Lydia Reichling, Schichtarbeiterin in der Kunststofffertigung bei Hensel, ist täglich im direkten Einsatz mit dem Roboter tätig und begeistert von seiner einfachen Bedienbarkeit. © Universal Robots

Die Optimierung des Produktionsablaufs vom Spritzguss bis zur Palettierung ist nur die eine Seite der Medaille. Entscheidend ist auch die deutlich spürbare Entlastung der Belegschaft durch den UR10. Kaiser berichtet: „Etwa 2,5 t Paketmasse musste pro Schicht bewegt werden. Unsere Mitarbeiter sind wahnsinnig froh, dass ihnen der UR-Roboter fortan das belastende und monotone Stapeln abnimmt.“ Kurzerhand wurde der Roboterarm von seinen menschlichen Kollegen „James“ getauft. „Wie der britische Butler, der stets zu unseren Diensten ist“, lacht Kaiser.

Intuitive Programmierung

Wird ein Arbeitsplatz im Familienbetrieb neu konzipiert, gehört es bei Hensel zur Unternehmensphilosophie, die Belegschaft von Anfang an einzubeziehen – so auch beim Cobot-Projekt. Zunächst absolvierten zwei Fertigungsmitarbeiter im visuellen Klassenzimmer die Universal Robots Academy – eine Online-Schulung, die grundlegende Kenntnisse zur Roboterprogrammierung interaktiv vermittelt. Tiefergehendes Robotik-Know-how brachte Dahl Automation den Anwendern dann in einer weiteren Tagesschulung bei. Kaiser berichtet: „Bislang reicht diese Wissensgrundlage vollkommen aus, um alles mit dem UR-Roboter zu machen, was wir uns vorstellen. Die einfache Bedienung im Vergleich zu anderen automatisierten Anlagen ist beeindruckend.“

Im Produktionsalltag selbst interagieren zwei Schichtarbeiterinnen bei Hensel unmittelbar mit James – darunter Lydia Reichling, die begeistert erklärt: „Unsere tägliche Arbeit ist körperlich deutlich leichter, allerdings auch durch moderne Fertigungsmethoden wie die Automatisierung anspruchsvoller geworden. Das gefällt mir sehr.“ Die hohe Benutzerfreundlichkeit von Universal Robots trägt dabei zur Zufriedenheit der Mitarbeiterinnen bei. So können sie auftretende Unterbrechungen etwa ganz einfach selbst handeln. Wenn jemand versehentlich an den Roboterarm stößt und die integrierte Funktion zum Sicherheitsstopp von UR greift, starten die Kolleginnen ihn mit nur zwei Klicks auf dem Teach Panel neu. Der UR10 ist dabei so konzipiert, dass er im Anschluss seinen normalen Zyklus reibungslos weiter ausführt.

„Wir haben am Anfang auch einfach mal simuliert, wie sich der Roboter in einem solchen Szenario verhält. So waren die Berührungsängste unserer Mitarbeiterinnen schnell verflogen“, erzählt der Leiter der Kunststofffertigung und ergänzt: „Meiner Meinung nach kann man die Belegschaft für solche Projekte nur begeistern, indem man ihnen eine so kinderleichte Bedienung wie bei den UR-Robotern bereitstellt.“

Roboter als Arbeitsplatzsicherung

Während der UR10 beständig palettiert, beschäftigen sich die Mitarbeiterinnen noch intensiver mit der Optimierung der Montageanlagen selbst, was die Produktivität in der Herstellung der Kabelabzweigkästen insgesamt steigert. Kaiser resümiert: „Hier bei Hensel identifizieren wir uns stark mit der Innovationskraft der Firma. Da ist man stolz, jetzt auch mit kollaborierenden Robotern zusammenzuarbeiten. Die Technologie von Universal Robots ist eine absolute Arbeitsplatzsicherung.“

Im nahegelegenen Zweigwerk in Würdinghausen wird Hensel schon bald das Projekt „Zweiter Cobot“ starten. Ab Herbst 2018 unterstützt dort ein neuer Roboterkollege nicht nur bei der Palettierung, sondern auch in der Qualitätsprüfung von Membranen die Belegschaft – ein James 2.0 also.

Nach Unterlagen von Universal Robots / ag

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