Optimierter Mensch-Maschine-Mix rechnet sich
In der industriellen Automation das rechte Maß finden

War es einst allgemein akzeptiertes Ziel, Personalkosten zu senken und die Produktqualität zu erhöhen, so steht heute das Ziel im Vordergrund, die Bilanzsumme zu verringern. Dies begünstigt den Wandel von der durch einmalige Investitionskosten geprägten kapitalintensiven hin zur personalintensiveren Produktion.

HB HANNOVER. Verstärkt wird diese Entwicklung durch sinkende Losgrößen und eine höhere Variantenzahl - ein Problem für manch hochautomatisierte Fertigungsanlage. Inzwischen macht sich zudem die Erkenntnis breit, dass der Mensch dank seiner Flexibilität viele Dinge einfach billiger und besser kann als ein Automat.

Auf breiter Front werden heute Technologien erdacht, die eine Mensch-Maschine-Kooperation in den Mittelpunkt des Automationskonzeptes stellen und den Produktionsprozess flexibler strukturieren. Die "hybride" Produktion ist eines der automationstechnischen Schlagworte der Gegenwart. Der Denkfabrik des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entstammt das Konzept der Human Zentrierten Automation (HZA). Kern der Idee ist die direkte Kooperation zwischen Mensch und Maschine - "die Arbeit Hand in Hand, welche die jeweiligen Stärken optimal nutzt", erklärt IPA-Ingenieur Jens-Peter Neugebauer.

Durch den Technologie-Push in Schlüsselbereichen wie Sensorik oder Steuerungstechnik ist so eine engere Verzahnung von Mensch und Maschine heute durchaus denkbar. So präsentiert das IPA auf der Hannover Messe einen Versuchsaufbau, der eine Roboterzelle mit zwei manuellen Arbeitsplätzen kombiniert.

Bis humanzentrierte Arbeitsplätze Realität sind, müssen die IPA-Wissenschaftler zwar noch einige Schwierigkeiten - etwa sicherheitstechnischer Natur - aus dem Weg räumen. Doch in drei bis vier Jahren wollen die Ingenieure einen industrietauglichen Prototyp vorstellen, der das Beste aus beiden Welten - die Flexibilität des Menschen und die Produktivität des Roboters - vereint.

Eine Neubewertung der Handarbeit erwartet die Automatisierungsbranche allenthalben. Dabei ist man sich der Schwachpunkte - insbesondere der schwankenden Produktqualität händischer Arbeit - wohl bewusst. Ingenieure der IWKA AG entwickeln nun, unterstützt von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Institutes für Informations- und Datenverarbeitung und der Fakultät für Informatik der Universität Karlsruhe ein Konzept, das typisch menschliche Schwächen wie Ermüdung und mangelnde Konzentration gleichsam "ausbügeln" soll: Ziel ist, auch bei manueller Montage eine Qualität und Konstanz der Endprodukte zu erreichen, die der automatisierter Produktionsanlagen vergleichbar ist.

Das Camp (Computer Assisted Manual Production) genannte Assistenzsystem soll - anders als die herkömmliche Qualitätskontrolle - Fehler schon während ihres Entstehens entdecken, Ausschuss vermeiden und kostenintensive Fehlerkorrekturen überflüssig machen. Dazu müssen zunächst die qualitätsbeeinflussenden Größen identifiziert, geeignete Sensoren ausgewählt, die Montage modelliert und Abweichungen zwischen gemessenem und idealem Ablauf registriert werden. Falls erforderlich, erhält der Mitarbeiter Korrekturhinweise. "Im Ergebnis funktioniert das nicht viel anders als die bekannten PC-Programme zur Rechtschreibkorrektur", umreißt Projektleiter Michael Haag die Idee.

Für die Labortests haben die Karlsruher Ingenieure das Punktschweißen von Karosseriebauteilen und die Getriebemontage ausgewählt. In beiden Fällen stoßen automatische Systeme - aus unterschiedlichen Gründen - an Grenzen. So lässt sich eine automatisch geführte Schweißzange nur mit entsprechendem Programmieraufwand in jede gewünschte Position bringen - ein Unterfangen, das gerade bei Kleinserien aus Kostenerwägungen kaum gerechtfertigt scheint. Anders liegen die Schwierigkeiten bei der Getriebemontage: Hier ist der Roboter oft überfordert, weil viele filigrane Einzelteile montiert werden müssen.

Für die manuelle Montage hingegen sind Fehler wie falsch eingestellte Schweißprogramme oder vergessene Einzelteile typisch. Das soll Camp vermeiden. Per Bilderkennung verfolgt das Assistenzsystem, ob der Mitarbeiter alle Getriebe-Bauteile in der richtigen Reihenfolge einlegt. Beim Schweißvorgang überprüft die Videokamera fortlaufend Position und Orientierung der Schweißzange. Das System arbeitet modellbasiert: Es registriert die Bewegung von Kantenelementen der Zange, berechnet die Positionsdaten, vergleicht diese mit vorgegebenen Werten und kombiniert die korrekten Schweißprogramme mit Parametern wie Stromstärke, Druck oder Kühlmittelzufuhr.

In diesem Jahr wollen IWKA-Entwickler Prototypen im industriellen Umfeld auf ihre Alltagstauglichkeit hin testen und potenzielle Sparpotenziale quantifizieren. Das Problembewusstsein in der Industrie sei vorhanden, Lösungskonzepten stehe man in den Fabrikhallen offen gegenüber, so die IWKA-Ingenieure.

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