Handhabung

Andrea Alboni, Universal Robots /dsc,

Cobots für die Eigenproduktion

Das BMW-Group-Werk Landshut evaluierte in einer Pilotzelle den Einsatz eines kollaborierenden Roboters von Universal Robots in der Cockpitfertigung. Ein UR5e befreit die Mitarbeiter seither von der monotonen und mühseligen Bestückung von Schraubklötzen.

Der Cobot reduziert automatisch seine Geschwindigkeit, sobald ein Mitarbeiter den durch ein gelb-schwarzes Band gekennzeichneten Bereich betritt. © Universal Robots

Von Niederbayern in die ganze Welt: Das BMW-Group-Werk in Landshut ist das größte Komponentenwerk der BMW Group und beliefert weltweit fast alle Fahrzeug- und Motorenwerke des deutschen Herstellers. Rund 3.600 Mitarbeiter produzieren jeden Tag Motor-, Fahrwerks- und Karosseriestrukturkomponenten, die sich in nahezu allen BMW, Mini, Rolls-Royce sowie BMW-Motorrädern wiederfinden.

Knapp 4.000 Interieur-Komponenten verlassen dabei täglich das Werk. Um im Innenraum ein Höchstmaß an Komfort, Funktion und Individualität zu gewährleisten, setzt die Cockpitfertigung auf technologische Innovationen – nicht nur bei den Bauteilen selbst, sondern auch im Fertigungsprozess.

Nicht-wertschöpfende Tätigkeiten vermeiden

Auch die hauseigene Cockpitfertigung steht bei jedem neuen Auftrag im Wettbewerb mit externen Zulieferern. Umso wichtiger ist es für den niederbayrischen Standort, trotz höchster Qualitätsansprüche kosteneffizient zu produzieren. Dabei gilt es, insbesondere nicht-wertschöpfende Tätigkeiten, wie etwa das Bestücken von Schraubklötzen, zu vermeiden.

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Dieser Prozess dient als Arbeitsvorbereitung für die anschließende Montage der Bauteile. Der Mitarbeiter nimmt dazu einen leeren Schraubklotz und bestückt diesen manuell mit der passenden Kombination aus bis zu acht verschiedenen Einzelschrauben. Den Bestückungsprozess führt er einige Male hintereinander aus, um einen Vorrat an befüllten Schaubklötzen an seinen Arbeitsplatz zu transportieren. Das ist mühsam, kostet viel Zeit und hält somit von dem eigentlich wertschöpfenden Montageprozess ab – ein Arbeitsablauf mit hohem Automatisierungspotential.

Cobot übernimmt Automatisierungsaufgaben

Die Verantwortlichen für die Cockpitfertigung im Werk Landshut haben bereits in der Vergangenheit Mensch-Roboter-Kollaboration(MRK)-Technologien eingesetzt – kollaborierende Leichtbauroboter (Cobots) waren jedoch bis dato in diesem Bereich noch nicht im Gebrauch. Aus diesem Grund sollte der Einsatz eines Cobots anhand des nicht wertschöpfenden Prozesses der Schraubklotzbestückung für die Cockpitfertigung evaluiert werden.

Basierend auf dem ausgewählten Anwendungsfall erstellte die BMW Group einen umfangreichen Anforderungskatalog: Die Robotik-Lösung sollte vor allem die hohen Ansprüche an die Arbeitssicherheit erfüllen, kosteneffizient und einfach zu programmieren sein. Besonders wichtig war es, dass der Roboter keine Schutz-umhausung benötigt und sicher neben dem Menschen arbeitet.

Gemeinsam mit dem von Universal Robots zertifizierten Systemintegrator Voith Robotics fiel die Entscheidung schließlich auf einen kollaborierenden Leichtbauroboter von Universal Robots, der alle Anforderungen der BMW Group erfüllte. Nach erfolgreicher Risikobeurteilung kann das gewählte Modell UR5e ohne physikalische Schutzumhausung sicher neben dem Mitarbeiter agieren.

Leichtbauroboter mit zwei Endeffektoren

Seit der Implementierung durch Voith Robotics im März 2021 bearbeitet der Cobot pro Tag rund 300 Einheiten, bestehend aus je acht Einzelschrauben. Dazu wurde der Leichtbauroboter mit zwei Endeffektoren ausgestattet: einem normalen Sauggreifer für das Handling der Schraubklötze und einem Sauggreifer mit Schutzvorrichtung für den sicheren Umgang mit den oft spitzen Schrauben.

Der Mitarbeiter legt seine leeren Schraubklötze nur noch in die Schiene und wählt über ein Programm die zu bestückende Kombination der verschiedenen Schraubvarianten aus. Daraufhin nimmt der Cobot automatisch den ersten leeren Schraubklotz über den Sauggreifer auf und platziert ihn in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung.

Anschließend bewegt sich der Roboterarm zu den entsprechenden Schraubvereinzelern, entnimmt nacheinander die jeweiligen Schrauben und führt diese in den Schraubklotz ein. Der UR5e handhabt dabei bis zu 2.400 Einzelschrauben täglich. Sobald der Auftrag abgearbeitet ist – oder auch währenddessen – kann der Mitarbeiter die fertigen Schraubklötze für die Montage abholen.

Sicheres Erkennen und Abbremsen

Der Leichtbauroboter arbeitet mit einer Taktzeit von rund einer Minute pro Schraubklotz. Bewegt sich ein Mitarbeiter in die Nähe des Cobots, wird dieser automatisch in seiner Bewegung langsamer, ohne dabei gänzlich zu stoppen. Grund dafür ist die Integration von durch UR+ zertifizierte Bereichsscanner der Firma Sick, die dem Leichtbauroboter signalisieren, wenn ein Mensch das markierte Areal betritt.

Auch die Cockpitfertigung im BMW-Group-Werk Landshut muss eine bestimmte Taktzeit einhalten, damit der Prozess rentabel und effizient ist. Es ist somit von Vorteil, dass der kollaborierende Roboter nicht komplett stoppt, sondern nur mit reduzierter Geschwindigkeit arbeitet.

Der UR5e in der Schraubklotzbestückung dient vorerst als Pilotzelle, um die Automatisierung dieses Prozesses mittels Cobots zu testen und die daraus resultierenden Ergebnisse zu bewerten. Vorstellbar also, dass sich die Cockpitfertigung künftig um neue Roboter-Kollegen erweitert: Die Berührungsängste mit dem Cobot sind aufgrund bestehender Erfahrungen mit MRK-Technologien gering, das Feedback ist durchweg positiv und der Roboter funktioniert störungsfrei.

Entlastung für Mitarbeiter

Die kostengünstigen und leicht zu programmierenden kollaborierenden Roboter eröffnen so neue Wege, auch andere Prozesse rentabel zu automatisieren. Neben der Reduzierung nicht wertschöpfender Tätigkeiten bietet die Automatisierung mittels Cobots eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit, Mitarbeiter von unergonomischen, gefährlichen und anstrengenden Aufgaben zu entlasten und sie stattdessen für höherwertige Aufgaben einzusetzen.

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