Mercedes-Benz Werk Untertürkheim setzt Raumfahrt-Leichtbauroboter ein
In der Hinterachsmontage des Mercedes-Benz Werkes Untertürkheim, Werkteil Esslingen-Mettingen, werden seit März 2009 erstmals in der Automobilindustrie neuartige Leichtbauroboter aus der Raumfahrt in der Serienfertigung eingesetzt. Im Rahmen des Pilotprojektes, bei dem Daimler mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der KUKA Roboter GmbH zusammenarbeitet, wurden bereits über 10.000 Hinterachsgetriebe für Kundenfahrzeuge hergestellt. Die Leichtbauroboter führen eine anspruchsvolle Aufgabe aus, die Präzision, Fingerspitzengefühl und Kraft erfordert und im herkömmlichen Fertigungsprozess den Montagemitarbeitern körperliche Höchstleistung abverlangt. Volker Stauch, Leiter Produktion Powertrain und Werkleitung Untertürkheim: "Wir sind Pionier bei der Entwicklung von Produktionstechnologien, die uns fit für die Zukunft machen. Die neuartigen Leichtbauroboter sind für uns eine Antwort auf die steigenden Anforderungen in der Produktion hinsichtlich Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Produktivität."
Die Technologie der Leichtbauroboter eröffnet einen Weg für die intelligente Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Sie bietet sich insbesondere in den Bereichen der Produktion an, in denen bisher entweder mit sehr großem technischen Aufwand oder nur von Hand gearbeitet werden konnte. Dies ermöglicht sowohl eine Steigerung der Effizienz als auch der Produktivität und entlastet die Mitarbeiter von Aufgaben, die einen hohen Kraftaufwand erfordern.
Dr. Michael Zürn, Leiter Produktions- und Werkstofftechnik: "Für die immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen mit den immer variantenreicheren Produkten müssen wir entsprechende Lösungen in der Produktion bieten: Der Leichtbauroboter ist eine davon. Wir ziehen ein äußerst positives Zwischenfazit des Pilotprojektes in unserer Produktion und sind optimistisch, die Leichtbauroboter in Zukunft noch gezielter einsetzen zu können."
"Intelligente" Technik vereinfacht Montagearbeiten
Die Leichtbauroboter verfügen über die Fähigkeit zur kognitiven Automatisierung, d.h. sie können über ihre Programmierung hinaus relativ selbstständig agieren. Obwohl sie automatisiert arbeiten, tasten sie sich dank ihrer sensorengesteuerten, hochdynamischen Kraft-Momentregelung – sozusagen mit Fingerspitzengefühl – an Objekte heran und stellen sich auf veränderte Bedingungen ein: Sollte sich beispielsweise ein Fertigungsstück nicht in der optimalen Position befinden, passen die Leichtbauroboter ihren Bewegungsablauf entsprechend an. Dadurch werden die Fertigungsstücke und auch die Leichtbauroboter selbst vor möglichen Beschädigungen bewahrt. Zudem wird ein automatisches Abschalten der Geräte verhindert. Konventionelle Roboter, die Bewegungsabläufe exakt entsprechend ihrer Programmierung ausführen, müssen dagegen in solchen Situationen mitunter neu justiert werden. Diese möglichen Fertigungsunterbrechungen, entsprechender Zeitausfall und die damit verbundenen Kosten können mit dem Einsatz der Leichtbauroboter von vorneherein vermieden werden.
"Lernens durch Vormachen"
Die Fähigkeit der kognitiven Automatisierung und die Kraft-Momentregelung ermöglichen, dass die Leichtbauroboter neue Aufgabenstellungen schnell "erlernen" können: Mittels einmaliger Führung des Greifarms werden die benötigten Bewegungsabläufe einstudiert, die Wiederholung der auszuführenden Bewegung erfolgt danach selbstständig. Konventionelle Roboter müssen stets durch Fachpersonal und meist zeitintensiv programmiert werden. Die Leichtbauroboter können in Zukunft von Produktionsmitarbeitern sprichwörtlich an die Hand genommen, d.h. geführt werden, um eben jene Bewegungsabläufe zu wiederholen, die erforderlich sind. Die Vision des "Lernens durch Vormachen" wird damit Realität. Hinzu kommt, dass die Leichtbauroboter mit Einfachstwerkzeugen ohne aufwändige Greifersensorik bestückt werden können. Somit kann mit dem Einsatz der Leichtbauroboter stärker den Ansprüchen einer variantenreichen Produktion begegnet werden.
Manuelle und automatisierte Montage
Die Leichtbauroboter, die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt wurden, wiegen lediglich 14 kg und weisen einen geringen Energieverbrauch auf. Dieser entspricht einem handelsüblichen Toaster. Aufgrund ihres geringen Eigengewichts lassen sie sich, je nach Bedarf, von Hand zu verschiedenen Einsatzorten tragen. Die neuen Roboter erweitern den Handlungsspielraum der Mitarbeiter, wenn die manuelle Produktion an ihre Grenzen stößt: In Zukunft sollen die Produktionsmitarbeiter dafür Sorge tragen, dass ihre Werkzeuge, die Leichtbauroboter, so platziert und eingestellt sind, dass sie sie bestmöglich bei der Arbeit unterstützen. Ein weiterer Aspekt ist die Sicherheit: Die Leichtbauroboter stoppen ihren Bewegungsablauf falls sich ein Mensch in ihrem Aktionsradius aufhält. Auf weiträumige Schutzzäune kann weitestgehend verzichtet werden. Dadurch gewinnt man – neben der erhöhten Sicherheit – auch wertvolle zusätzliche Produktionsflächen.
Prämiertes Projekt macht Schule
Die Experten aus der Produktions- und Werkstofftechnik tüfteln an immer neuen Konzepten, um die Montageabläufe ständig weiter zu verbessern. Und dies mit Erfolg. Ein Beispiel, das bereits Schule macht und sich an unterschiedlichen Standorten im Serieneinsatz bewährt, ist die so genannte "Montage 21". Dabei wird in der Hinterachsmontage mit über 45 kooperierenden Robotern montiert. Erst zum Schluss wird die Achse zur Komplettierung mit variantenreichen Anbauteilen an eine Drehscheibe mit manuellen Arbeitsplätzen übergeben. So ist eine effizientere Abwicklung der automatischen Abläufe gewährleistet.
Die Entwicklung dieses Konzepts wurde letztes Jahr mit dem internationalen "Innovation and Entrepreneurship Award in Robotics and Automation 2008" ausgezeichnet. Die "International Federation of Robotics" (IFR) und die "Robotics & Automation Society" (IEEE-RAS) honorieren mit dem Award alljährlich herausragende Projekte, die Innovation in der Robotik und Automatisierungstechnik durch Zusammenarbeit von Industrie und akademischen Einrichtungen erbracht haben.