Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) weckt seit der Einführung von Robotern, die ohne trennende Schutzeinrichtung mit dem Menschen zusammenarbeiten können, größte Aufmerksamkeit. Für die Planung hybrider Prozesse fehlen bislang umfassende Grundsätze. Der Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen an Hochlohnstandorten ist vor dem Hintergrund globalisierter Märkte eine fortwährende Herausforderung. Höchste Qualitätsanforderungen, schnelle Reaktionsfähigkeit auf Marktveränderungen, Beherrschung von Variantenvielfalt sowie die Senkung der Herstellkosten sind wesentliche Strategien, um am Markt bestehen zu können. Die Montage weist gegenüber anderen Bereichen der Produktion – je nach Branche – bis heute einen hohen Anteil manueller Tätigkeiten auf.

Gegenwärtige Montagekonzepte verfolgen das Ziel der angepassten Automatisierung. Durch die Befähigung von Robotersystemen, mit dem Menschen kollaborativ zusammenzuarbeiten, ist in den vergangenen Jahren ein neuer Anwendungsbereich für Automatisierungstechnik entstanden. Die Entscheidung für oder wider einen automatisierten Prozess muss nicht mehr stationsweise sondern kann bis auf die Teilaufgaben heruntergebrochen entsprechend der spezifischen Fähigkeiten von Mensch beziehungsweise Roboter erfolgen. So lassen sich Aufgaben je nach Verfügbarkeit der Ressourcen bedarfsgerecht zuordnen und flexibel auf Veränderungen der Produktionssituation reagieren. Um Planern, die im Rahmen von Neuplanungen oder durch veränderte Randbedingungen vor der Herausforderung eines möglichst effizienten Ressourceneinsatzes stehen, eine zuverlässige Orientierung zu geben, werden zwei Ansätze des Zema und des IPS vorgestellt. Die Schwerpunkte liegen hier auf der Bewertung der Fähigkeiten der Ressourcen und der Ergonomie von MRK-Prozessen.

Lösungsansatz IPS: Simulation des Arbeitssystems
Am IPS wird an einem robotergestützten Assistenzsystem für den Einsatz in Montagesystemen geforscht, das individuell an die Bedürfnisse des tätigen Mitarbeiters anpassbar ist. Planungstool zur Gestaltung des Assistenzsystems ist eine 3D-Simulation des Arbeitssystems. Der Einsatz von Assistenzrobotern bietet die Möglichkeit, den Automatisierungsgrad innerhalb eines Arbeitssystems flexibel anzupassen. Damit lässt sich auf vorherrschende physiologische Einschränkungen des Mitarbeiters reagieren, um muskuloskelettale Schädigungen zu vermeiden und Erkrankungen infolge dauerhafter Überbelastung am Arbeitsplatz vorzubeugen. Durch ein am IPS entwickeltes, skalierbares Menschmodell können vorherrschende Bewegungs- und Leistungseinschränkungen des Mitarbeiters bereits in einer frühen Phase der Planung bei der Gestaltung von Arbeitssystemen berücksichtigt werden. Hierfür werden individuelle, anthropometrische Daten des Mitarbeiters sowie die Bewegungsfähigkeit der Gelenke mittels optischem Motion-Capture-System aufgenommen, gespeichert und in das Modell überführt. Das in Größe und Bewegungsfähigkeit individualisierte Modell lässt innerhalb einer 3D-Simulation des Arbeitsplatzes die individuell möglichen Bewegungen eines Mitarbeiters realitätsnah abbilden und Aufschluss über die Arbeitsweise geben. Dies schafft die Voraussetzungen, um Körperhaltungen und Erreichbarkeitsanalysen in der Simulation mit hoher Genauigkeit vorherzusagen. Das Modell hat Analysefunktionen bezüglich des Seh- und Greifraums. Außerdem entwickelt das IPS ein Ergonomie-Plugin, das angelehnt an die Bewertung des Rapid Entire Body Assessment Screening-Verfahrens eine automatisierte Auswertung der ergonomischen Bedingungen darstellt. Auf diesen Informationen aufbauend kann der Planer Assistenzroboter in den Prozess integrieren und bereits in der Simulation die Aufteilung von Arbeitsinhalten programmieren, um Belastungen gezielt zu senken oder zu vermeiden.

O. Mailahn/L. Stankiewicz/J. Deuse/ R. Müller/pb

Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik

Kurz erklärt: Das ZeMA
Das Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik ist ein Institut mit dem Ziel der anwendungsorientierten Forschung und industrienahen Entwicklung im Bereich Mechatronik und Automatisierungstechnik. Das ZeMA arbeitet mit Instituten und Lehrstühlen der Universität des Saarlandes (UdS) sowie mit der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW Saar) zusammen. Professoren der entsprechenden Fachgebiete, besonders der Mechatronik, betreuen die wissenschaftlichen Mitarbeiter. Somit ist sichergestellt, dass wissenschaftliches Potenzial, spezifisches Know-how und neueste Forschungsergebnisse synergetisch und nachhaltig in die Arbeiten des Mechatronikzentrums einfließen. www.zema.de

Institut für Produktionssysteme (IPS)

Kurz erklärt: Das IPS
Das Institut für Produktionssysteme (IPS) wurde als wissenschaftliche Einrichtung der Fakultät Maschinenbau an der Technischen Universität Dortmund gegründet und steht unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jochen Deuse. Am IPS arbeiten rund 40 Mitarbeiter, davon rund 30 Wissenschaftler aus den Disziplinen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Logistik und Informatik. Schwerpunkte des IPS sind technische und sozio-technische Arbeitssysteme, aufgeteilt in die fünf Forschungsbereiche Arbeits- und Zeitstudium, Arbeitssystemgestaltung, Digitale Fabrik, Industrielle Robotik und Produktionsautomatisierung sowie Systems Engineering. Neben Forschung und Lehre bietet das IPS im Rahmen der industriellen Auftragsforschung auch Beratungen und Dienstleistungen. www.IPS.DO

Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.)

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert, als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de