Mit Roboter automatisieren: Die 7 größten Fehler (mit Tipps)

Neue Typen von Robotern eröffnen neue Anwendungsbereiche. Leichtbauroboter und so genannte Cobots für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) werden immer preiswerter, sind wenigstens theoretisch leicht zu programmieren und können auch ohne Zaun sicher betrieben werden. Der Siegeszug der Modelle des dänischen Herstellers Universal Robots und zahlreicher Nachahmer sowie ein stark wachsender Markt zeigen: Industrieroboter sind aus der Produktion vieler Unternehmen kaum noch wegzudenken.

Dennoch gibt es bezüglich der Robotik in der Produktion Vorbehalte: Unter welchen Bedingungen lohnt sich ein Roboter wirtschaftlich? Wo gibt es in der praktischen Umsetzung die größten technischen Hürden? Wie laufen Inbetriebnahme und Programmierung? Und vor allem: Wie kann die Integration in den vorhandenen Anlagenbau gelingen?

ke NEXT hat Roboterexperten aus Anlagenbau und Industrie befragt und die größten Fallstricke herausgearbeitet. Folgende sieben Fragen und Tipps helfen Unternehmen dabei, teure Fehlschläge zu vermeiden:

Bloß weil die Technologie vorhanden und preislich erschwinglich ist, heißt das nicht, dass ein Roboter im konkreten Anwendungsfall einen Nutzen hat. Wie ist der Prozess, bei dem der Roboter helfen soll? Es ist ein Unterschied, ob große Stückzahlen desselben Produktes, kleine Mengen ähnlicher Produkte oder mittlere Mengen sehr unterschiedlicher Produkte gefertigt werden sollen. Manchmal reicht ein einfach automatisiertes Portal aus Linearachsen, und oft ist auch der gut geschulte Werker am effizientesten. Auf der anderen Seite: Monotone, repetetive oder gefährliche Arbeiten kann der Industrieroboter besser.

Vergessen Sie auch nicht die Hidden Tasks: Jene Tätigkeiten, die der Werker an der Maschine wie selbstverständlich mitmacht. Egal ob Reinigung, Sichtkontrolle oder Teile sortieren – all das muss vorab mit erfasst werden, wenn es um die Grundsatzentscheidung geht: Roboter oder nicht.

Wichtig: In aller Regel geht es bei Produktionsanlagen um Wirtschaftlichkeit, und nicht um Coolness. Wobei es durchaus ein Ziel für den Einsatz von Robotik sein kann, bei Kunden und Geschäftspartnern einen modernen Eindruck zu hinterlassen. In diesem Falle kann es aber sinnvoll sein, wenigstens einen Teil der Kosten des Projektes auf das Marketing-Budget zu schreiben.

Um die Klasse der für direkten Kontakt mit Menschen ausgelegten Leichtbauroboter, der so genannten Cobots, hat sich in den vergangenen Jahren ein ziemlicher Hype entwickelt. Diese Geräte brauchen keinen Schutzzaun und können mit dem Menschen „Hand in Hand“ arbeiten. Theoretisch. Praktisch werden sie in diesem Fall aus Sicherheitsgründen sehr langsam, was die Zykluszeit einer automatisierten Produktion ziemlich dämpfen kann.

Sehen Sie sich also Ihre Produktionsprozesse an, die vorhandene Automatisierungstechnik, die Maschinen, die Werkzeuge, die Greifer. Welche Flexibilitätsanforderung haben Sie? Muss tatsächlich ein Mensch acht Stunden pro Schicht direkt neben dem Roboter stehen oder tut er das nur für eine halbe Stunde und den Rest des Tages arbeitet der Roboter alleine? Oder muss der Werker alle zwei Stunden kurz hin?

Bezüglich der Taktzeit ist der klassische Industrieroboter oder auch ein Leichtbauroboter hinter einem Zaun oft die beste Lösung. Will man Platz sparen und flexibler sein, ist oft eine zaunlose, nicht-kooperative Anlage zu empfehlen. Der Roboter erkennt über Laserscanner, Trittmatten oder Kameras, ob ein Mensch in der Nähe ist und arbeitet dann langsamer. Ist er alleine, geht er full speed. Erst wenn Mensch und Maschine wirklich Hand in Hand arbeiten sollen, ist MRK-Fähigkeit gefragt – was aller Erfahrung nach nur in zehn Prozent der Fälle so ist.

Bei Robotern sollte wie überall in der Industrie gelten: Safety First! Für einen Roboter gilt als (Teil-) Maschine die Maschinenrichtlinie samt aller gängigen Normen, die man kennen und befolgen sollte. Eine ordentliche Risikobeurteilung ist Pflicht, selbst wenn der Roboter nur klein und putzig ist. Spitze Werkzeuge oder Werkstücke, womöglich noch in Kopfhöhe, Klemm- und Quetschstellen, Stolperfallen an Durchgängen: Die Liste an Gefahrenstellen im Unternehmen ist hoch.

Bei flexibel einzusetzenden Cobots und Leichtbaurobotern, die auch mal Ort und Einsatzzweck ändern können gilt außerdem: Denken Sie in der Risikobewertung der Robotik möglichst auch an zukünftige Aufgaben, die das Gerät übernehmen könnte. Auch die müssen sicher sein. Rechtzeitige Planung beschleunigt die spätere Umsetzung.

Und behalten Sie die Produktivität im Auge: Muss die Bewegungsgeschwindigkeit in der MRK zu weit reduziert werden, kann es unrentabel werden.

Das Handling unterschiedlicher Teile fällt dem Menschen sehr leicht, einem Roboter hingegen oft schwer. Vor allem Bauteile, die sich verhaken können, die aneinander haften oder die schwer zu erkennen sind, machen Robotern Probleme. Damit der Roboter später effizient arbeiten kann, muss die Bauteilbereitstellung organisiert werden.

Im Idealfall schafft der Roboter selbst den Griff in die Kiste: Über ein Kamerasystem und die passende Bin-Picking-Anwendung arbeitet der Roboter autark. Eine andere Alternative sind Vereinzelungsanlagen, Rüttler oder Schneckensysteme, die die Bauteile in eine Lage bringen, die der Roboter gut greifen kann. Falls das alles nichts hilft, muss man spezielle Trays verwenden, in denen die Werkstücke in definierter Position fixiert sind. Wie auch immer, die Frage ist schlichtweg: Wie autark soll der Roboter arbeiten? Und wie machen Sie ihm das möglich?

Große Unternehmen mit eigener Robotik-Abteilung haben hier in der Regel keine Probleme. Kleinere Firmen ohne eigene Programmierer müssen sich fragen: läuft der Roboter dauerhaft im Großserieneinsatz, also set and forget, oder muss er oft umprogrammiert werden? Wenn er oft neu geteached werden muss, sollte man sich die Programmierumgebung ansehen. Doch schon mittelgroße Firmen tun sich schwer, komplexes Roboter-Know-how im Haus aufzubauen. Die zweiwöchige Schulung bei einem Roboterhersteller verpufft sehr schnell, wenn das erworbene Wissen nicht täglich genutzt wird. Wenn dann aber doch alle paar Monate eine neue Applikation programmiert oder eine Kamera eingebunden werden soll, ist es unrentabel, immer einen externen Dienstleister zu beauftragen.

Hier kommen die vielen neuen Leichtbauroboter- und Cobot-Hersteller ins Spiel. Sie alle haben sich eine besonders leichte Programmierung auf die Fahnen geschrieben. Das Problem hierbei: Es gibt eine sehr große Anzahl unterschiedlicher Hersteller – und jeder kocht bezüglich der Programmierung und Bedienphilosophie sein eigenes Süppchen. Wenn Sie die Komplexität gering halten wollen, sollten Sie sich also auf wenige Hersteller fokussieren.

Extratipp: Achten Sie auch bei den leicht programmierbaren Systemen auf eine saubere Dokumentation des Programms und eine klare Benennung der Variablen. Das erleichtert Ihnen und Ihren Kollegen später die Fehlersuche.

In aller Regel arbeitet ein Roboter ja nicht im luftleeren Raum, sondern eingebunden in ein Maschinen- und Automatisierungsumfeld. Neben mechanischen Schnittstellen, die passen müssen, muss auch die Anbindung an die Automation organisiert werden. Und das ist oft schwieriger als gedacht. Denn es müssen die gesamte die IT-Struktur, das Datenmanagement samt ERP-System sowie gegebenenfalls Materialflusssysteme betrachtet werden.

Kompatible Schnittstellen können bei den etablierten, großen Roboterherstellern meist schnell gefunden werden. Bei den vielen aufkommenden neuen Playern im Markt sieht das zum Teil anders aus. Während beim Cobot-Pionier Universal Robots ein komplettes Ökosystem an Peripherie samt klar definierter Schnittstellen vorhanden ist, fehlen bei manchen vor allem aus Fernost in den Markt drängenden Herstellern sogar die Datenblätter.

Wer derartig heterogene Systeme integrieren will, kann das natürlich mittels einer übergeordneten SPS machen. Herbei verliert er aber unter Umständen einige der Spezialfähigkeiten, die die dedizierte Robotersteuerung anbietet.

Ein typischer Fehler ist es, zu blauäugig und uninformiert an ein Robotik-Projekt heranzugehen. Wenn Sie diesen Beitrag lesen, ist ein kleiner erster Schritt bereits getan. Besser ist es, sich auch live zu informieren. Eine gute Gelegenheit hierzu bietet die Motek-Messe, die von 7.-10. Oktober 2019 in Stuttgart stattfindet. Neben zahlreichen Robotik- und Greiferherstellern finden sich auch 127 auf Robotik spezialisierte Systemintegratoren unter den Ausstellern.

Wem das nicht reicht, der findet mit dem Themenpark Arena of Integration (AoI) im Zentrum der Halle 6 auf der Motek eine Sonderschau, in der gezeigt wird, dass umfassende Anlagen-, Prozess- und Komponentenintegration im Industriealltag bereits heute nutzbare Realität ist. Als Messehighlight wird die AoI, die der Messeveranstalter Schall gemeinsam mit rund 30 Teilnehmern und dem Kooperationspartner Landesnetzwerk Mechatronik Baden-Württemberg organisiert, Fachbesuchern konkrete Antworten auf Fragen zu intelligenten Produktions- und Prozessketten in Verbindung mit digitalen Applikationen geben. Sie ist 2019 der Auftakt zu einer wiederkehrenden Sonderschau, die dem Fachbesucher und Anwender industriell praktikable und umsetzbare Lösungen zeigt.

Unter den AoI-Teilnehmern werden namhafte Firmen der Branche vertreten sein, darunter etwa Pilz, Phoenix Contact, FPT, Balluff und Adiro. Die Unternehmen haben Projektideen miteinander entwickelt und demonstrieren industrielle Fertigungsvorgänge in Verbindung mit digitalen Applikationen – bis hin zu Cloud-Anwendungen. Sie zeigen, wie Abläufe im Rahmen einer fortschreitenden Digitalisierung aussehen müssen, um effizient und wirtschaftlich zu sein.

So gerüstet sollte einem erfolgreichen Robotik-Projekt eigentlich nichts mehr im Wege stehen.