Der KUKA Roboter LBR iiwa, der zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) fähig ist, kommt in der Produktion des Automobilzulieferers Yanfeng Automotive Interiors in Lüneburg zum Einsatz. Der sensitive Roboter verschraubt die Armauflagen der Türen des Opel Insignia und teilt sich den Arbeitsraum mit den Werkern.
Der Automobilzulieferer Yanfeng Automotive Interiors (YFAI) ist ein weltweit führender Anbieter von Lösungen automobiler Innenausstattung. Das Unternehmen mit Sitz seiner Zentrale in Shanghai verfügt weltweit über 110 Standorte, darunter auch eine Fertigung im niedersächsischen Lüneburg. Dort werden zahlreiche Komponenten wie Instrumententafeln, Türverkleidungen oder Armauflagen gefertigt. Abnehmer der Produkte sind allesamt namhafte Automobilhersteller. „Die Automobilbranche befindet sich in einer tiefgreifenden Transformation. Als Teil der zukunftsfähigen Ausrichtung unserer Standorte möchten wir unsere Produktionsprozesse Schritt für Schritt in Richtung Industrie 4.0 umstellen“, sagt Michael Oji, Werksleiter des YFAI- Standorts Lüneburg.
Im ersten Schritt entschied sich das Unternehmen für die Integration eines Cobots in die Produktionslinie. Cobots sind Roboter, die im Gegensatz zu klassischen Robotern für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen ausgelegt sind. Der Cobot in Lüneburg unterstützt die Mitarbeiter beim Verschrauben von Armauflagen. YFAI entschied sich für einen MRK-fähigen KUKA LBR iiwa, der gemeinsam mit dem Systemintegrator Schulz Systemtechnik GmbH in Betrieb genommen wurde.
Cobots ermöglichen neue Formen der Fertigung
Klassische Industrieroboter sind für gewöhnlich nicht sensitiv und stehen daher aus Sicherheitsgründen hinter Schutzzäunen. Bei Cobots fallen aufwendige bauliche Maßnahmen weg. Für die Sicherheit der Mitarbeiter sorgen Gelenkmomentsensoren, die in jeder der sieben Achsen des LBR iiwa integriert sind. Fühlt auch nur einer dieser Sensoren eine Erschütterung, so stoppt der Roboter unverzüglich seine Bewegung. Zudem verfügt der Roboter ausschließlich über glatte Formen und verringert so Gefahrenpotenziale für den Menschen. Durch die Sicherheitsvorrichtungen entfällt die starre Trennung zwischen der Vollautomatisierung und der manuellen Arbeit, beide Bereiche verschmelzen. Die daraus resultierende direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter bietet zahlreiche Vorteile: Der Mensch ist sehr flexibel und kann sich auf neue Situationen sehr schnell einstellen. Der Roboter arbeitet gleichbleibend präzise. Die MRK verbindet die Stärken von Mensch und Roboter. „Mit Cobots wie dem KUKA LBR iiwa ist es uns möglich, Produktionsprozesse noch effizienter zu gestalten“, fügt Michael Oji hinzu.
Durch die Cobots werden völlig neue Produktionsprozesse möglich. Da Sicherheitsvorrichtungen wie Zäune wegfallen, wird auch der Bauraum kleiner. Somit werden starre Fertigungslinien obsolet und es entstehen flexible Fertigungsinseln, die auch unterschiedliche Produkte fertigen können. Ein Meilenstein in der Optimierung der Fertigung. Daneben entlastet der Cobot den Menschen sowohl von anstrengenden als auch monotonen, sich häufig wiederholenden Tätigkeiten. Mitarbeiter müssen nicht mehr ergonomisch ungünstige Arbeiten verrichten und bleiben länger gesund. Ein wichtiger Punkt angesichts des demografischen Wandels.
LBR iiwa überzeugt durch hohe Traglast
Ausschlaggebend für die Wahl des KUKA Leichtbauroboters durch Yanfeng war unter anderem, dass er Traglasten von bis zu 14 Kilogramm bewegen kann. „Der Roboter muss in der Lage sein, einen 13 Kilogramm schweren Schraubkopf zu führen. Außerdem bietet der KUKA Roboter auch die in Europa notwendige CE-Kennzeichnung“, sagt Dennis Rittmann, bei YFAI verantwortlich für die Implementierung der LBR iiwa Applikation. Eine wichtige Herausforderung bei der Inbetriebnahme war, die Sicherheit der Werker jederzeit zu gewährleisten. Neben den Sicherheitsvorrichtungen, die der Roboter bereits mitbringt, sorgt ein speziell auf MRK-Systeme ausgelegter Schraubautomat der Firma Stöger Automation GmbH für die sichere Kollaboration. Der Schraubkopf ist hinter einer Schutzhülse angebracht. Trifft die Hülse auf ein Hindernis, wird der Roboter unverzüglich abgeschaltet.
Roboter verschraubt Armauflagen
Die Aufgabe des KUKA LBR iiwa besteht darin, die Armauflagen aller vier Türen des Opel Insigna zu verschrauben. Dazu teilt er sich mit zwei Mitarbeitern den Arbeitsraum. Im ersten Schritt bereitet der Werker das Bauteil vor. Dazu legt er ein Spritzgussbauteil zusammen mit der Lederauflage in eine Werkzeugmaschine ein, die die beiden Komponenten kaschiert. Anschließend nimmt der Werker das kaschierte Bauteil und verklipst es mit einem weiteren Spritzgussbauteil, um die Armauflagen fertig zu stellen. Den folgenden Schritt führt der LBR iiwa aus. Dazu legt der Werker das Bauteil in eine Halterung an der LBR iiwa Applikation ein. Per Tastendruck wird dem Roboter mitgeteilt, dass der Bearbeitungsvorgang gestartet werden kann. Der Roboter verfährt zur Halterung und verschraubt die beiden Bauteile. Die Zuführung der Schrauben erfolgt dabei automatisch über einen Schlauch, der an der Schutzhülse angebracht ist. Anschließend nimmt der Werker die fertigen Armauflagen und stapelt sie zum Abtransport ab.
In der Anlage arbeiten zwei Werker an jeweils einer Werkzeugmaschine. Den LBR iiwa „teilen“ sie sich. Zum Verschrauben gibt es insgesamt vier Halterungen. Wartezeiten werden somit ausgeschlossen. „Der Roboter ist so programmiert, dass er immer den effizientesten Weg wählt, wie die Bauteile am schnellsten verschraubt werden können“, erklärt Dennis Rittmann.
Cobot erfolgreich integriert
Die Anlage mit dem Cobot ist mittlerweile seit Dezember 2017 in Betrieb. Die ersten Erfahrungen sind durchweg positiv, wie Michael Oji bestätigt: „Der KUKA Roboter hat sich mittlerweile
amortisiert. Dazu kommt, dass sich unsere Kolleginnen und Kollegen schnell mit ihm vertraut gemacht haben. Sie sind in der Lage, den Roboter bei einer Fehlermeldung selbst zu bedienen und den Fehler zu beheben. Für die Bedienung des Roboters war keine gesonderte Schulung der Mitarbeiter erforderlich.“ Die zwei Werker und der Roboter bewerkstelligen in einer Stunde 45 Fahrzeugsätze. Das entspricht 180 verschraubten Armauflagen. Mittelfristig plant das Unternehmen, weitere Cobots in seinen Werken einzusetzen. „In Folge der stetig steigenden Anforderungen in unserer Branche sind Cobots ein Hilfsmittel, unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ergonomisch bei ermüdenden und sich stetig wiederholenden Arbeitsabläufen zu entlasten“, erklärt Michael Oji.
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