Robot-Collaborateurs: Productie Stroomlijnen in een Globaal, Talent-Tekort Tijdperk

Hoge marktdynamiek, toenemende concurrentie door globalisering, maar ook demografische ontwikkelingen en de groeiende tekort aan vakbekwaam personeel, stellen Duitse productiebedrijven voor grote hindernissen. Deze veranderingen beïnvloeden met name het montageproces als laatste schakel in de waardeketen.

Eén benadering om deze verandering tegen te gaan is het gebruik van sogenannte human-robot collaboratie (HRC). Echter, HRC-systemen worden nog steeds geassocieerd met hoge kosten, zowel in geld als personeel, vanwege hun planningscomplexiteit. Er is behoefte aan eenvoudige en flexibele methoden die bedrijven uit veel industrieën met een grote verscheidenheid aan toepassingsrandvoorwaarden (productcomplexiteit, varianten, hoeveelheden, etc.) in staat stellen om collaboratieve montagewerkplekken op te zetten en te introduceren.

Onderzoeksproject SafeMate

In het SafeMate-onderzoeksproject, gefinancierd door het Duitse Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in het programma “Innovationen für die Produktion, Service und Arbeit von Morgen”, werden strategieën en concepten ontwikkeld voor de introductie en ontwerp van collaboratieve montagewerkplekken. De focus lag op veilige en geaccepteerde werkplekken waar werknemers een hoge meerwaarde herkennen. Naast bekende Duitse bedrijven zoals Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele en Sennheiser, was het Detmold-gebaseerde bedrijf Weidmüller ook deel van dit onderzoeksproject.

De Weidmüller Groep is een globale speler en gespecialiseerd in het veld van elektrische verbindingstechnologie en elektronica. Samen met zijn klanten vormt het de digitale transformatie—met producten, oplossingen en diensten voor Smart Industrial Connectivity en het Industrial Internet of Things.

Met zijn producten is Weidmüller voornamelijk actief in machinebouw, procesindustrie, energieopwekking en hernieuwbare energien, transporttechnologie, gebouwinfrastructuur en op het gebied van apparaatfabricage. Het bedrijf is al lang betrokken bij het onderwerp Industrie 4.0. en, naast SafeMate, betrokken bij andere onderzoeks-collaboraties.

Toen Alles Met de Hand Gedaan Werd

Tot onlangs werd het montageproces voor elektromechanische componenten bij Weidmüller volledig handmatig uitgevoerd door werknemers op de montagewerkplek.

Als onderdeel van Safe-Mate, werd een potentieanalyse—uitgevoerd door het team geleid door Weidmüller-procesingenieur Tobias Stuke—gedaan om de individuele taken die door man en machine uitgevoerd worden te bepalen en zo een taak-optimale arbeidsverdeling te creëren. Onder andere dingen werd ontdekt dat robots erg goed zijn in het uitvoeren van de monotone, herhalende en krachtintensieve taken van het plaatsingsproces zonder vermoeidheid. En ze kunnen dit doen met consistente nauwkeurigheid.

Maar het kan niet zonder mensen: mensen hebben speciale vaardigheden, bijvoorbeeld in het grijpen en verwijderen van kleine onderdelen van verschillende afmetingen uit een stapel of doos. Ze kunnen ze beter herkennen en sorteren. Mensen zijn ook superieur ten opzichte van hun robotische collega’s wanneer het gaat om correct voeden en het daaropvolgende inspectieproces.

Op basis van deze bevindingen werd het eerdere handmatige montageproces dan deels geautomatiseerd in een initiële SafeMate-pilotapplicatie door gebruik te maken van human-robot collaboratie (HRC). Het resultaat was een hybride montagewerkplek waarin mensen en robots parallel werken. De monotone en krachtintensieve taken worden door de robot uitgevoerd, terwijl de cognitief veeleisende taken door de mens uitgevoerd worden.

Human-Robot Collaboratie

In collaboratieve robotica kunnen mensen en robots hand in hand op één werkplek werken. Door de gevoelige regeltechnologie kan de robot nauw met de mens werken zonder beschermende heiningen. De applicatie vereist validatie om te garanderen dat risico’s voldoende geminimaliseerd zijn. Dit kan gedaan worden als onderdeel van een kracht- en drukmeting uitgevoerd door TÜVs, beroepsverenigingen, externe dienstverleners of onafhankelijk door de integrator. End-of-arm tools, zoals een grijper, kunnen op deze manier ook gevalideerd worden.

Voor de nieuwe hybride werkplek, voor de montage van elektromechanische componenten, is zo een cobot van de Deense robotfabrikant Universal Robots (UR) nu naast de werknemers geplaatst om naast hen te werken. Eerst monteert de collega de connector-elementen. Dan perst de cobot de elektrische contactelementen in, monteert de connector-behuizing en schroeft de verbindingscontacten. De productiviteit van de gehele hybride werkstation wordt verhoogd door het gebruik van een collaboratieve robot en de resulterende reductie in tussentijdse stappen of wachttijden in het montageproces. De focus van deze partiële automatisering is om de machine-operator te ontlasten van tijdrovende en monotone tussentijdse stappen en een gebalanceerde arbeidsverdeling tussen mensen en robots te bereiken.

Een Cobot met Zimmer HRC Grijper

Naast de selectie van een geschikte robot, was ook een geschikte grijper vereist als onderdeel van het werkplekontwerp. Dit is omdat grijptechnologie een elementair onderdeel is van elke robotapplicatie. De HRC-02 grijper van de Zimmer Groep, een grijperspecialist gevestigd in Rheinau, Duitsland, werd relatief snel gevonden. Zimmer Group heeft momenteel het grootste portfolio aan HRC-grijpers in de Wereld. De geselecteerde grijper is veilig en harmoniseert perfect met de geselecteerde UR-robot.

De HRC-02 all-elektrische servo-grijper, speciaal ontworpen voor MRK-gebruik, heeft geen scherpe randen en is zo geconstrueerd dat, met zijn afgeronde vorm aan alle kanten, ongelukkig oppikken praktisch onmogelijk is. Bovendien heeft de HRC-02 een flexibel instelbare hub en grijpkracht, waardoor het veel gevoeliger kan grijpen dan een conventionele grijper.

Deze kenmerken gepaard met een industriell bewaont ontwerp bieden de maximale veiligheid voor dit project. Alle HRC-grijpers van de Zimmer Groep voldoen aan de hoge eisen van de beschermingsprincipes volgens ISO/TS 15066 (HRC-standaard) en zijn BG/DGUV gecertificeerd.

Programmeren Gemaakt Makkelijk

In Weidmüller’s SafeMate-project was een andere focus op in staat te zijn de UR-cobot efficiënt en flexibel op de nieuwe hybride werkplek te gebruiken. Daarom werd ook aandacht besteed aan eenvoudige bediening van de robot.

De gebruiksgemak van de cobot was overtuigend, vooral in combinatie met de HRC-02 grijper. Het is geen toeval dat alle Zimmer Group grijpers perfect kunnen werken met UR lichtgewicht robots—als UR+ partner toont Zimmer Group momenteel het grootste portfolio aan UR-compatibele grijpers op de UR+ website.

Waar eerder uitgebreid programmeerwerk en complexe programmeervaardigheden vereist waren, zijn de cobot van Universal Robots en zijn Zimmer-grijper erg makkelijk te bedienen. Het wordt gestuurd of geprogrammeerd direct via het robotbedieningspaneel, dat intuitief ontworpen is—vergelijkbaar met een smartphone-app.

Verhoogde Productiviteit en Tevredenheid

Het pilotgebruik van de cobot in Weidmüller’s machinebouwafdeling opent nieuwe mogelijkheden in efficiëntie en flexibiliteit.

Dankzij deze nieuwe, hybride arbeidsverdeling en de eenvoudige bedienbaarheid en installatie van de intelligente robot en zijn grijper, kan de elektronicafabrikant nu de toenemende tekort aan vakbekwaam personeel en mondiale concurrentie een beetje beter aan. Naast de toename in productiviteit, waren er ook belangrijke niet-monetaire successen, zoals ergonomische werkplekoptimalisatie en algemeen werkverlichting voor werknemers.

Bijvoorbeeld, krachtintensieve taken zoals het inperen van de contactelementen (“latching”) en monotone taken konden aan de robot overgedragen worden. Deze hoge mate van werknemersacceptatie werd ook bereikt door een participatief implementatieproces. Dit betekent dat werknemers betrokken waren bij het veranderingproces rond hun werkplek vanaf het begin.

“Een bijzonder selectiecriterium voor de Zimmer Group’s grijper was dat, naast zijn technische kenmerken, de grijper al de geteste en gecertificeerde veiligheid voor HRC-systemen had, wat betekent dat we al aan de ‘veilige kant’ zaten”—in de ware zin van het woord—voor ons grijptechnologieproject,” zei Stuke.

Het is met name belangrijk voor het bedrijf dat zijn werknemers profiteren van collaboratief werk. De cobots met hun grijpers zijn bedoeld om verlichting te bieden.