Industrieroboter – warum und für wen?
Bei der immensen digitalen Transformation der Unternehmen steht das industrielle Ökosystem nicht zurück. Nach der Automatisierung beschleunigt sich der Einsatz von Industrierobotern weiter und verändert nach und nach die Fertigungsprozesse. Worin besteht Industrierobotik konkret, entspricht sie einer leeren Fabrik der Zukunft, die nur von Robotern bewohnt wird? Wer sind diese Industrieroboter und wozu oder für wen werden sie eingesetzt? Um ihre Natur und die Herausforderungen besser zu verstehen, ist eine Beleuchtung sehr nützlich.
Was versteht man unter Industrierobotik?
Industrieroboter sind nichts Neues. Ihr Vorläufer, der Automat, Unimate, der erste Gelenkarm wurde vor fast 70 Jahren von General Motors übernommen. Seine Aufgabe war bereits nahe an der, die auch heute noch seinen Nachfolgern anvertraut wird, nämlich anstelle von Menschen extreme Bedingungen zu ertragen. Warum wird in diesem Fall die Industrierobotik in den Mittelpunkt der vierten industriellen Revolution gestellt?
Von der Automatisierung bis zum Industrieroboter
Der Industrieroboter wird von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) sehr formell definiert als „umprogrammierbarer, automatisch gesteuerter, in drei oder mehr Achsen programmierbarer Mehrfachanwendungsmanipulator, der vor Ort befestigt oder mobil sein kann und für den Einsatz in industriellen Automatisierungsanwendungen bestimmt ist“.
Einfach ausgedrückt: Bei der Automatisierung wird die Maschine so programmiert, dass sie einen gezielten menschlichen Eingriff teilweise oder vollständig unterdrückt. Zum Beispiel ist eine Stanzmaschine so eingestellt, dass sie ein Blech durchbohrt, ihre Sensoren speisen ein einziges vordefiniertes Schema, das sich nicht ändert. Oder eine Filmmaschine ist auf einen einzigen Arbeitsablauf programmiert, sie reiht unveränderlich die programmierten Filmaufträge aneinander.
Die Konzeption von Industrierobotern vereint eine mechanische Struktur, die Bewegungen ausführen kann, sowie Sensoren, die Informationen empfangen und auswerten, um die Motoren zu steuern, eine Computersprache, um die Programmierung durchzuführen, und schließlich einen Schaltschrank, der die erhaltenen Anweisungen in physische Bewegungen umsetzt.
Bei Industrierobotern 4.0 läuft dieselbe Maschine mit einem Programm, das man je nach Bedarf und Gelegenheit überarbeiten und anpassen kann. Man spricht von der Interaktion zwischen der Maschine, der Umwelt und dem Menschen.
Der Industrieroboter und fortgeschrittene Produktionstechnologien
Man sagt von der Informatik, dass sie den Industrieroboter intelligent macht, da sie es nun ermöglicht, eine Zusammenarbeit zwischen der Maschine, ihrer Umgebung und dem Menschen zu installieren, mit einer Flexibilität und einer neuen Form von Autonomie für die Maschine. In seiner alten Version ist der Roboter auf eine bestimmte Weise für eine unveränderliche Handlung programmiert. Die Entwicklung von KI (Künstlicher Intelligenz) und HMI (Human Machine Interface) verändert diese Konfiguration mit Robotern, die sich untereinander vernetzen, lernen und auf den Kontakt mit ihrer Umgebung reagieren.
Diese neuen, fortschrittlichen Technologien markieren eine erhebliche Veränderung der Produktionsprozesse. Neben Simulationen mit virtueller oder erweiterter Realität und der additiven Fertigung mit dem 3D-Druck werden Industrieroboter immer vielfältiger und zahlreicher. Dank neuer digitaler Fortschritte werden sie flexibler und leistungsfähiger. Überall dort, wo schwierige Bedingungen herrschen, wo immer wieder mit ihnen hantiert und sie zusammengebaut werden müssen, sind sie beliebt.
Der Cobot
Der Cobot, der seinen Namen von der der Robotik übergeordneten Kooperation hat, ist als Assistent des Bedieners konzipiert. Zuvor programmiert, neben ihm platziert und in Echtzeit gesteuert, übernimmt dieser kollaborative Roboter den Anteil der automatisierbaren Handlungen. Er kann wie ein Gelenkarm aussehen, der z. B. schraubt oder hämmert, während der Bediener sich auf Präzisionsarbeiten mit höherer Wertschöpfung konzentriert.
Der mobile Roboter
Der mobile Roboter hat, wie der Name schon sagt, die Fähigkeit, sich zu bewegen: unter Wasser, um zum Beispiel den Meeresboden zu untersuchen, oder an Land mit Rädern – von automatischen Staubsaugern in Häusern bis zu Sojourner auf dem Mars – in der Luft, wie Drohnen.
Exoskelette
Exoskelette sind als orthetische Gelenkausrüstungen konzipiert, die der Arbeitnehmer anzieht und die seine Kraft vervielfachen oder seine körperliche Anstrengung minimieren sollen.
Der Bereich Schweißen gehört zu den Disziplinen, die in hohem Maße von diesen Innovationen profitieren. Dieser hochtechnisierte Beruf der OEMs profitiert von Industrierobotern, die die Handhabung, die Sicherheit und die Präzision verändern.
Welche Anwendungen gibt es für Industrieroboter?
Es gibt verschiedene Designfamilien für Industrieroboter, die alle ihre eigenen Merkmale, Stärken und Grenzen haben. Die eine bietet eine sehr hohe Tragfähigkeit, die nächste legt den Schwerpunkt auf die Anzahl der Achsen, während die andere eine große Reichweite hat. Die Wahl ist völlig abhängig von der Verwendung und der Art der erwarteten Leistung.
Es ist wichtig zu betonen, dass ein Roboter nur dann operativ tätig wird, wenn er selbst mit einem Werkzeug, das der erforderlichen Handlung entspricht – wie einem Schweißbrenner, einem Fräser, einer Kamera -, sowie mit einer Softwareanwendung ausgestattet ist. TRA-C Industrie entwirft und fertigt schlüsselfertige und maßgeschneiderte Ausrüstungslösungen, die auf spezifische Erwartungen zugeschnitten sind.
Zu den häufigsten Konfigurationen gehören die folgenden:
Der Gelenkroboter
Sie sind die am häufigsten eingesetzten Industrieroboter. Sie sind wie ein menschlicher Arm aufgebaut, mit einer Folge von Gelenken, die eine Artikulation ermöglichen. Sie bieten daher eine hohe Bewegungsflexibilität. Man findet sie immer häufiger bei der Gestaltung von Cobots, da sie ideal sind, um die Präzisionsarbeit des Bedieners zu unterstützen. Gelenkroboter können feinste Handgriffe endlos wiederholen. Sie steigern die Qualität des Endprodukts und ersparen dem Menschen einige schwierige Aspekte. Das Auftragen von Farbe ist ein typisches Beispiel.
Der polare Industrieroboter
Im Gegensatz zum kartesischen Roboter, der sich auf rechte Winkel beschränkt, ist der Polarroboter ein Meister der Rotationen. Er kann sich in alle Richtungen orientieren und jede beliebige 360°-Position einnehmen. Das Werkzeug am Ende des Arms kann wie bei einem menschlichen Arm in alle Richtungen eingesetzt werden. Es findet eine wichtige Anwendung bei Vorgängen, die in 3D ablaufen, wie Schweißverfahren und im weiteren Sinne bei der Montage. Diese Flexibilität dieses Typs von gelenkigen Industrierobotern ist sehr wertvoll, wenn man bedenkt, wie wichtig Positionen und Regelmäßigkeit für den Schweißer sind. Gerne wird er auch als Handhabungsroboter oder zum Be- und Entladen von Maschinen eingesetzt.
Der kartesische Industrieroboter
Der Industrieroboter hat seinen Namen daher, dass er sich bei seiner Arbeit auf kartesische Koordinaten stützt. Es handelt sich also um eine Maschine, die sich linear bewegt und dabei immer denselben drei Achsen folgt, ähnlich wie ein Handgelenk am Ende eines Arms. Sie ermöglicht eine vereinfachte Programmierung von wiederholenden Aufgaben, wie das Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen, und kann andere Maschinen in einer Fertigungsinsel steuern. Die häufigsten Anwendungen sind beim 3D-Druck und bei numerisch gesteuerten Maschinen (NC).
Sie findet ihren Einsatz in Produktionslinien oder Logistikketten, in denen schwere Lasten mit hoher Präzision abgesetzt werden müssen. Nehmen wir das Beispiel des Schweißens, bei dem Metallteile mit erheblichem Gewicht möglichst genau positioniert werden müssen, so wird seine Rolle als Vermittler deutlich.
Daher findet man diese Kategorie von Robotern häufig bei Fräs- und Montagemaschinen, beim Palettieren und bei der Kommissionierung im Pick-and-Place-Verfahren. Diese Industrieroboter haben ein robustes Design und lassen sich daher leicht in intensive Produktionslinien integrieren.
Der SCARA-Industrieroboter
Der Name des Roboters SCARA ist ein Akronym und steht für „Selective Compliance Assembly Robot Arm“, was auf Deutsch heißen würde: Roboterarm zur Montage selektiver Konformität.
Oft als „6-Achser“ bezeichnet, besteht seine Spezialität darin, die Fähigkeiten eines menschlichen Arms zu imitieren und sogar zu übertreffen. Er kann sich auf engstem Raum vertikal vorwärts und rückwärts bewegen und dabei auf derselben Ebene rotieren. Seine Stärke liegt in der extremen Präzision, die er bei gleichbleibender Ausdauer und Kadenz liefert.
Er ist platzsparend und schnell und findet problemlos Anwendung in allen Branchen, in denen es auf die Gründlichkeit der Arbeitsschritte ankommt oder komplexe Baugruppen hergestellt werden müssen. Man findet es daher unter anderem in der Pharma- und Kosmetikindustrie für Verpackungen und in der Automobilindustrie.
Der Parallelroboter
Diese Art von Industrieroboter hat ein bemerkenswertes Design, das auf dem Prinzip zweier Körper basiert, die durch mehrere kinematischen Ketten miteinander verbunden sind. Mit ihm können nicht nur Translationen im Raum, sondern auch Rotationen durchgeführt werden. Seine Delta-Version gehört zu den bekannten Parallelrobotern.
Seine Besonderheit besteht darin, dass er sowohl präzise als auch feine und schnelle Bewegungen ausführen kann. Er kann kleine Elemente an einem Punkt greifen und sie an einem anderen Punkt mit hoher Geschwindigkeit ablegen. Er findet daher direkte Anwendung in Produktionslinien in der Lebensmittel-, Pharma- und Elektronikindustrie, bei Pick-and-Place-Aufgaben, beim Umgang mit Produkten und Verpackungen.
Die Hauptanwendungsgebiete für diese Art von Industrierobotern sind traditionell die Handhabung von relativ leichten Produkten bei hoher Taktrate oder in risikoreichen Umgebungen. Sie werden beim Schweißen, Lackieren, Palettieren, im Pick-and-Place-Verfahren und in der Fördertechnik angewendet. Sie lassen sich jedoch auf eine Vielzahl von Anwendungen ausdehnen, sobald es darum geht, das Qualitätsniveau zu erhöhen oder für den Menschen komplexe Konfigurationen zu lösen.
Industrierobotik ist mit der Welt des Transports vertraut, von der Automobil-, Eisenbahn- und Schifffahrt bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Sie betrifft auch so breite Bereiche wie die Lebensmittelindustrie, den medizinischen, pharmazeutischen und kosmetischen Sektor sowie den Maschinenbau.
Der Nutzen von Industrierobotern
Die Entwicklung des Markts für Industrieroboter ist weltweit beträchtlich, wobei die Ausstattungsrate immer weiter steigt. Die Automatisierung war dafür bekannt, dass sie den Arbeitsrhythmus beschleunigen und eine regelmäßige Produktion ermöglichen kann. Mit dem Industrieroboter, der in die Fabrik 4.0 integriert ist, wird eine ganze Dynamik in Gang gesetzt.
Produktivität und Qualität
Es gibt natürlich die Argumente, die der Automatisierung und der Integration von Robotern 4.0 eigen sind:
Qualität
Das Qualitätsniveau der Produktion steigt.
Produktivität
Die Produktivität steigt und die Produktion wird flüssiger.
Sicherheit
Gefährliche, giftige und riskante Arbeitsschritte werden minimiert.
Beides zusammen entspricht einem potenziellen Rückgang der Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten mit erheblichen Auswirkungen auf Muskel-Skelett-Erkrankungen. Je mehr lästige Aufgaben wegfallen, desto attraktiver wird die Industrie für ihre Mitarbeiter.
Komfort
Die Schwere der Arbeit wird minimiert, entweder weil die Anstrengung geringer ist oder weil der repetitive und sinnlose Aspekt von der Maschine übernommen wird.
Anpassungsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit
Aber es geht noch weiter. Industrierobotik eröffnet neue Möglichkeiten. Sie macht Entwicklungen möglich, die bislang unvorstellbar waren. Dies ist im ständigen Wettbewerb der nationalen und internationalen Unternehmen ein entscheidender Faktor.
Die Industrierobotik ist schließlich skalierbar, flexibel, beliebig programmierbar und umprogrammierbar. Sie macht das Unternehmen besonders anpassungsfähig an die Entwicklungen, die der Markt ihm aufzwingen wird.
Damit erweist sie sich als echte Quelle der Wettbewerbsfähigkeit.
Vielseitigkeit und Wirtschaftlichkeit
Entgegen der landläufigen Meinung lassen sich Industrierobotik auf Kleinserien anwenden, sie sind leicht in bestehende Anlagen zu integrieren und einfach zu warten. Manchmal ist sie eine direkte Quelle für Einsparungen, und zwar bei Verbrauchsmaterial, Energieverbrauch, Zeitaufwand und Qualitätsmängeln.
Die Industrierobotik erweist sich zunehmend als finanziell erschwinglich und wird im Rahmen des Aktionsplans der Regierung „Industrie du Futur“ maßgeblich unterstützt. Doch wer sich auf diese Behauptungen beschränkt, verfehlt das eigentliche Thema: Die Einführung von Industrierobotern in seinem Unternehmen bedeutet, ein Projekt in Angriff zu nehmen, das die Produktion dynamisiert und die wirtschaftliche Leistung steigert. Es ist auch eine Begrenzung der indirekten Kosten, der Kosten für Nichtkonformität, der Energie- und Ressourcenkosten. Alles in allem eine sehr rentable Investition!
Die Integration von Industrierobotik ist ein Schlüssel zum Erfolg. Unabhängig von der Branche löst sie bislang unlösbare Konfigurationen. Damit eröffnet sie neue Felder des Möglichen und verändert die alten Modelle der Herstellung und Produktion.
Im ständigen Wettbewerb, in dem sich die Unternehmen befinden, bringt sie Effizienz, Produktivität und Zuverlässigkeit, d. h. bedeutende Wettbewerbsvorteile.
TRA-C Industrie unterstützt Sie dabei. Die Gruppe ist international für ihr Fachwissen anerkannt und unterstützt Sie bei der Konzeption, Kreation und Umsetzung einzigartiger, industriespezifischer Lösungen.
