Der kollaborative Roboter Yumi arbeitet mit dem Menschen Hand in Hand zusammen. In erster Linie wurde er für die schnelle und flexible Fertigung in der Elektronikindustrie entwickelt. Er eignet sich mit seinen Händen aber grundsätzliche für das Montieren von Kleinteilen in jeder Branche. (Bildquelle: ABB)

Der kollaborative Roboter Yumi arbeitet mit dem Menschen Hand in Hand zusammen. In erster Linie wurde er für die schnelle und flexible Fertigung in der Elektronikindustrie entwickelt. Er eignet sich mit seinen Händen aber grundsätzliche für das Montieren von Kleinteilen in jeder Branche. (Bildquelle: ABB)

An der Industrie 4.0 kommt heute kein Messebesucher mehr vorbei. Das war auf der IT-Messe Cebit in Hannover so, und auf der Industrie-fokussierten Hannover Messe kurz darauf auch. Das hat – mittlerweile – durchaus seine Gründe. Denn die Industrie 4.0 ist global betrachtet nichts anderes als eine Möglichkeit, den Anforderungen nach kürzeren Produktlebenszyklen und immer individuelleren Produkten zu begegnen. Die damit nötig werdende Flexibilität der Fertigung lässt sich eben nur mit weitgehender Vernetzung aller Geräte bewerkstelligen. Wie die Produk­tion der Zukunft am Ende konkret aussieht, steht auf einem ganz anderen Blatt. Sicher ist nur eins, die Informationstechnologie (IT) und die Industrie wachsen weiter zusammen.

Aus den Würfeln aus expandiertem Polystyrol fertigten Roboter während der Cebit Möbelstücke mittels Heißdraht-Schneideeinheit. Zuvor hatten Interessierte mittels eines einfachen Online-Bearbeitungsprogramms individuelle Möbelstücke gestaltet. Daraus erstellte das System ein CAD-Modell für die Roboter. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Aus den Würfeln aus expandiertem Polystyrol fertigten Roboter während der Cebit Möbelstücke mittels Heißdraht-Schneideeinheit. Zuvor hatten Interessierte mittels eines einfachen Online-Bearbeitungsprogramms individuelle Möbelstücke gestaltet. Daraus erstellte das System ein CAD-Modell für die Roboter. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Einer, der sich seit Langem mit der Verbindung von IT und Industrie beschäftigt und daher auf der Cebit zum Thema Industrie 4.0 sehr gerne Rede und Antwort stand, ist Dr. Anselm Blocher, leitender Wissenschaftler für Intelligente Benutzerschnittstellen am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken. Er will den Unternehmen die Bedenken hinsichtlich Industrie 4.0 nehmen. „Es wird häufig davon ausgegangen, dass man sich im Kontext von Industrie 4.0 einen neuen Maschinenpark kaufen muss, um es etwas überspitzt zu formulieren.“ Das sei natürlich nicht realistisch aus Unternehmenssicht, aber auch nicht intendiert von den Verfechtern der Industrie 4.0. Vielmehr handele es sich nicht um eine Revolution, sondern um eine Evolution. „Wenn wir am Ende der heutigen Maschinenlaufzeiten an dem Punkt angekommen sind, wo wir Industrie 4.0 erreicht haben, also sagen wir mal in 20 plus/minus fünf Jahren, dann ist das alles gut und im Sinne der Erfinder“, meint Blocher. Mittelfristig gesehen rückt also eher Retrofitting statt Neukaufen in den Fokus. Schließlich, fügt er hinzu, wüssten alle Projektpartner des DFKI – häufig große Unternehmen – sehr gut, dass sie sich einerseits produktionstechnisch weiterentwickeln müssen, und dieser Entwicklungsprozess andererseits in kleinen Schritten erfolgen muss, um Produk­tionseinbußen zu vermeiden. Darum besteht die Modellanlage, die das DFKI gemeinsam mit Bosch auf der Cebit zeigte, zu 80 bis 90 Prozent aus Standardteilen. Denn die Projektpartner „möchten nichts haben, was so abgehoben ist, dass sie das ihren Firmenchefs oder Aufsichtsräten gegenüber nicht verantworten könnten“, erläutert Blocher. Daher unterstützt die Smart-F-IT genannte Modellanlage zwar den Werker durch adaptive Assistenzsysteme, die ihm einerseits eintönige oder körperlich anstrengende Arbeiten abnehmen und andererseits vor dem Hintergrund kleiner Losgrößen auf das jeweils passende Bauteil aufmerksam machen. Das funktioniert aber im Wesentlichen durch das Zusammenspiel von elektronischen Etiketten, die dem System den gerade zu bearbeitenden Produkttyp mitteilen, sowie Kamera- und Projektionssystemen, die den Werker mit einem grünen Lichtpunkt auf das korrekte Bauteil hinweisen. Keine neuen Komponenten also, sondern vorhandene neu kombiniert. Ein weiterer Schritt in diese Richtung ist der Leichtbauroboter von Bosch, Apas, der dicht neben dem Arbeiter an der Linie steht und ihm beispielsweise Behälter mit Kleinteilen reicht oder einzelne Komponenten vormontiert. Die Fertigungsebene steht zudem in ständigem Kontakt mit der Planungs-Software, die die Produk­tionsparameter überwacht und die Auswirkungen unterschiedlicher Anpassungen simuliert. Das trägt zur idealen Auslastung der Fertigungslinien bei. Solche Simulationen verwendet das System auch für die Personalplanung. Dabei findet es beispielsweise bei Krankheit eines Mitarbeiters die beste Personaleinteilung unter Berücksichtigung des Ausbildungsstandes, der Erfahrung und weiteren Faktoren jedes einzelnen Mitarbeiters.

Die Vernetzung hat auch das Robochop-Projekt von Kuka, Augsburg, im Blick. Im Gewand einer Kunstinstallation zeigt der Roboterhersteller wie Kunden an ihrem PC eine individuelle Variante eines Produktes entwerfen und ein Unternehmen es dann herstellt und versendet. In diesem Fall waren es Würfel aus expandiertem Polystyrol mit einer Kantenlänge von 40 cm, die Interessierte auf einer Homepage mittels eines einfachen Bearbeitungsprogramms zu einem individuellen Möbelstück gestalteten. Daraus erstellte das System ein CAD-Modell, das vier Roboter der KR-Quantec-Serie von Kuka während der Cebit mittels Heißdraht-Schneideeinheit in die gewünschten Möbelstücke verwandelten.

Die Modellanlage hilft bei der Personalplanung: Beispielsweise bei Krankheit eines Mitarbeiters findet es die beste Personaleinteilung unter Berücksichtigung des Ausbildungsstandes, der Erfahrung und weiteren Faktoren jedes einzelnen Mitarbeiters. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Die Modellanlage hilft bei der Personalplanung: Beispielsweise bei Krankheit eines Mitarbeiters findet es die beste Personaleinteilung unter Berücksichtigung des Ausbildungsstandes, der Erfahrung und weiteren Faktoren jedes einzelnen Mitarbeiters. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Über Individualisierungsmöglichkeiten von Produkten macht sich auch der Spritzgießmaschinenhersteller Arburg, Loßburg, Gedanken. So zeigte das Unternehmen auf der Hannover Messe eine Anlage, deren wesentliche Teile auf den ersten Blick aus einer Spritzgießmaschine und dem 3D-Drucker Freeformer bestand. Beide zusammen produzierten einen Lichtschalter mit persönlicher Symbol-Namens-Kombination. Damit das aber funktioniert, erfasste das MES von Arburg, das Arburg-Leitrechner-System (ALS) die Auftragsdaten, ein Webserver verarbeitete sie und gab sie an die jeweilige Fertigungsstation weiter. Die Spritzgießmaschine produzierte den Lichtschalter, ein Laser brachte einen Datamatrix-Code auf, mit dem die Geräte der folgenden Fertigungsschritte das Bauteil identifizierten. Der Freeformer brachte am Ende den Schriftzug auf. In dieser Anlage stellen sich also die Geräte auf das Produkt ein, um es individuell zu fertigen. Eine Variante von Losgröße 1.

Roboterkollegen

Auf der Hannover Messe waren bei mehreren Unternehmen Assistenz­roboter zu sehen. Sie arbeiten Seite an Seite mit dem Werker, wie ein menschlicher Kollege. So zeigte ABB, Mannheim, den zweiarmigen Roboter Yumi. Der Konzern entwickelte ihn in erster Linie für die schnelle und flexible Fertigung in der Elektronikindustrie. Mit seinen Händen eignet er sich aber grundsätzlich zum Montieren von Kleinteilen, unabhängig von der Branche. Zudem lokalisiert er mit seinen Kameras benötigte Bauteile, ohne dass sich diese immer am selben Punkt in einer definierten Lage befinden müssten. Damit erfüllt er eine wichtige Anforderung der Industrie 4.0: Flexibilität.

Auch Kuka zeigte mit dem LBR Iiwa einen kollaborativen Roboter auf der Hannover Messe. Dieser ist zwar wie bei ABB ein wesentlicher Baustein in einer flexiblen Produktionswelt. Aber er ist doch nur ein Zwischenschritt auf dem Weg, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine auszubauen. So stellt Laura Schwarzbach, Pressereferentin von Kuka, fest, dass „der Flexibilität gerade noch Grenzen gesetzt sind, wenn der Roboter am Boden festgedübelt ist.“ Denn das schränkt seinen Aktionsradius und damit sein Einsatzspektrum massiv ein. Kuka ist darum schon einen Schritt weiter: „Hier arbeiten wir an mobilen Lösungen, wie unseren Youbot“, fügt Schwarzbach hinzu. Diese kleine Roboterplattform hat vier Räder und einen fünfachsigen Roboterarm mit Zwei­finger-Greifer und kann in jede beliebige Richtung fahren. Außerdem verfügt sie unter anderem über offene Schnittstellen zur Sensoranbindung und Open-Source-Steuerungssoftware. „Wir haben den Youbot mit diesen Eigenschaften entwickelt, damit er möglichst flexibel zu Forschungs- und Lehrzwecken aber auch zur Applika­tionsentwicklung für die Fabrik der Zukunft eingesetzt werden kann“, erklärt Dr. Rainer Bischoff, Leiter Technologieentwicklung bei Kuka. „Das Grundprinzip der omnidirektional fahrenden Plattform wenden wir aber auch auf unsere Großen an“, ergänzt Schwarzbach. Damit wären die Roboter mobil. Bleibt die Vernetzung: „Vernetzen bedeutet auch, dass alle Komponenten einer Fertigungsanlage in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren. Und das ist das, wo noch Standards geschaffen werden müssen“, erläutert Schwarzbach. Wenn das alles läuft, übernimmt der Mensch vor allem planerische Aufgaben. „Denn natürlich haben wir intelligente Roboter, aber selbstständig denken kann nur der Mensch“, ist sie überzeugt.

Industrie 4.0: Morgen ist es soweit

Betrachtet man die verschiedenen Projekte, zeigen sich in der Zwischenzeit die Fortschritte der Unternehmen bezüglich Industrie 4.0. Vor allem die Autokonzerne vermitteln einen Eindruck davon, in welche Richtung es gehen könnte. Denn dort ist Losgröße 1 schon heute Standard: Man denke an die unzähligen Individualisierungsmöglichkeiten vom Schiebedach über die Alu-Zierleisten bis zu den lackierten Bremsbacken. Aber auch in den angrenzenden Branchen existiert ein gewisses Verständnis für die Idee hinter der Fabrik der Zukunft. Fern von den Marketingfloskeln „Flexibilität“ und „Individualität“. Langsam zeigt sich das Potenzial von Anlagen, die aus etablierten Komponenten bestehen und mit erprobten Verfahren arbeiten. Denn diese ganzen Komponenten lassen sich mittels Software zu etwas Neuem verbinden. Wo die Industrie 4.0 aber hinführt, weiß heute noch keiner. Denn die Fabrik der Zukunft ist wie ein Smartphone: Die Hardware ist nur der Unterbau, den Nutzwert bringen die Apps.

David Löh

Über den Autor

David Löh

ist Redakteur des Plastverarbeiter.
david.loeh@huethig.de