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49,80 €ISBN 978-3-8440-4105-7Softcover208 pages128 figures308 g21 x 14,8 cmGermanThesis
December 2015
Alexander Gürtler
Entwicklung eines experimentell gestützten Planungssystems für sichere Mensch-Roboter-Kooperation - Remote Robot Safety Cell -
Nach Jahren der Effizienzsteigerung in der modernen Fertigungsindustrie steht ein Wechsel in den Produktionsparadigmen an. Neue Anforderungen zwingen die produzierende Industrie zum Umdenken.
Die Globalisierung mit ihren Chancen und Risiken bringt volatile Märkte, kürzere Produktlebenszyklen, breitere Produktportfolios, internationale Kooperationen und steigende Individualisierung von Produkten. Unternehmen müssen nicht nur die Qualität von Premiumprodukten wie Automobilen aufrechterhalten, sondern auch stetig profitabler werden, um das Wachstum zukunftsfähig zu gestalten.
Aufgrund der steigenden Komplexität von Produktionsautomaten kann die Profitabilität nicht allein durch konventionelle Automatisierung erreicht werden. Zur Unternehmens- und Standortsicherung muss auch die Effizienz der menschlichen Wertschöpfung gesteigert werden, da sie das zentrale Element der Wettbewerbsfähigkeit darstellt.
Ein wichtiges Element zur Steigerung der Effizienz liegt in der Symbiose der Wandlungsfähigkeit des Menschen mit den repetitiven Qualitäten von Automaten. Gerade in der Automobilmontage ist diese Symbiose von Bedeutung: Da sie sich durch einen hohen Anteil an menschlicher Arbeitskraft auszeichnet, kann hier die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) zur Effizienzsteigerung beitragen. Eine sinnvolle Arbeitsgestaltung kann die Vorteile beider Welten optimal ausnutzen, um so zukunftsfähige Arbeitsplätze zu gestalten.
In dieser Arbeit wird ein Planungssystem erarbeitet und vorgestellt, das eine frühzeitige Aussage über die Zulässigkeit von Roboterbewegungen bei Kooperationen mit Menschen ermöglicht. Die sicherheitsrelevanten Rahmenbedingungen für den Menschen können somit bereits im digitalen Planungsstadium bestimmt und die Gefährdung minimiert werden. Dieses Vorgehen ermöglicht es, über ganzheitliche, nachhaltige Planungen von MRK-Applikationen sowohl die Planungskosten als auch die Dauer einer Inbetriebnahme drastisch zu reduzieren und dabei den Schutz der an der Produktion beteiligten Personen sicherzustellen.
Wesentliche Schritte auf dem Weg zu einer zielgerechten Erstellung eines Planungssystems für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation waren:
1. die Untersuchung und Recherche des aktuellen Standes von Wissenschaft und Technik zu MRK-Robotersystemen und bekannten Planungsmethoden;
2. die Formulierung der Randbedingungen für das Planungssystem und die technische Analyse relevanter Effekte auf die Mensch-Roboter-Kontakte;
3. die Konzeption eines Planungssystems für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation;
4. die Umsetzung des Planungssystems mittels eines generalisierten Roboterprüfstandes zur gesetzeskonformen Messung kritisch bewerteter Roboterbewegungen;
5. die Validierung des Planungssystems durch dessen Einsatz bei zwei geplanten MRK-Anwendungen in der Automobilmontage (eines in der Antriebsstrangmontage und eines in der Endmontage des Gesamtfahrzeuginnenraums).
Als Zusammenfassung und Fazit werden die gewonnenen Erkenntnisse reflektiert. Diskutiert wird, wo das Planungssystem in seiner jetzigen Form einzuordnen ist. Ein Ausblick zeigt, welche künftigen Einsatz- und Weiterentwicklungspotenziale es in sich birgt.
Die Globalisierung mit ihren Chancen und Risiken bringt volatile Märkte, kürzere Produktlebenszyklen, breitere Produktportfolios, internationale Kooperationen und steigende Individualisierung von Produkten. Unternehmen müssen nicht nur die Qualität von Premiumprodukten wie Automobilen aufrechterhalten, sondern auch stetig profitabler werden, um das Wachstum zukunftsfähig zu gestalten.
Aufgrund der steigenden Komplexität von Produktionsautomaten kann die Profitabilität nicht allein durch konventionelle Automatisierung erreicht werden. Zur Unternehmens- und Standortsicherung muss auch die Effizienz der menschlichen Wertschöpfung gesteigert werden, da sie das zentrale Element der Wettbewerbsfähigkeit darstellt.
Ein wichtiges Element zur Steigerung der Effizienz liegt in der Symbiose der Wandlungsfähigkeit des Menschen mit den repetitiven Qualitäten von Automaten. Gerade in der Automobilmontage ist diese Symbiose von Bedeutung: Da sie sich durch einen hohen Anteil an menschlicher Arbeitskraft auszeichnet, kann hier die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) zur Effizienzsteigerung beitragen. Eine sinnvolle Arbeitsgestaltung kann die Vorteile beider Welten optimal ausnutzen, um so zukunftsfähige Arbeitsplätze zu gestalten.
In dieser Arbeit wird ein Planungssystem erarbeitet und vorgestellt, das eine frühzeitige Aussage über die Zulässigkeit von Roboterbewegungen bei Kooperationen mit Menschen ermöglicht. Die sicherheitsrelevanten Rahmenbedingungen für den Menschen können somit bereits im digitalen Planungsstadium bestimmt und die Gefährdung minimiert werden. Dieses Vorgehen ermöglicht es, über ganzheitliche, nachhaltige Planungen von MRK-Applikationen sowohl die Planungskosten als auch die Dauer einer Inbetriebnahme drastisch zu reduzieren und dabei den Schutz der an der Produktion beteiligten Personen sicherzustellen.
Wesentliche Schritte auf dem Weg zu einer zielgerechten Erstellung eines Planungssystems für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation waren:
1. die Untersuchung und Recherche des aktuellen Standes von Wissenschaft und Technik zu MRK-Robotersystemen und bekannten Planungsmethoden;
2. die Formulierung der Randbedingungen für das Planungssystem und die technische Analyse relevanter Effekte auf die Mensch-Roboter-Kontakte;
3. die Konzeption eines Planungssystems für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation;
4. die Umsetzung des Planungssystems mittels eines generalisierten Roboterprüfstandes zur gesetzeskonformen Messung kritisch bewerteter Roboterbewegungen;
5. die Validierung des Planungssystems durch dessen Einsatz bei zwei geplanten MRK-Anwendungen in der Automobilmontage (eines in der Antriebsstrangmontage und eines in der Endmontage des Gesamtfahrzeuginnenraums).
Als Zusammenfassung und Fazit werden die gewonnenen Erkenntnisse reflektiert. Diskutiert wird, wo das Planungssystem in seiner jetzigen Form einzuordnen ist. Ein Ausblick zeigt, welche künftigen Einsatz- und Weiterentwicklungspotenziale es in sich birgt.
Keywords: Mensch-Roboter-Kooperation; Leichtbauroboter; MRK
Berichte aus dem Lehrstuhl Automatisierungstechnik BTU Cottbus-Senftenberg
Edited by Prof. Dr.-Ing. Ulrich Berger, Cottbus
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DOI 10.2370/9783844041057
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