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Industrie 4.0

Mensch-Maschine-Zusammenarbeit im Dienst der Ergonomie

Wie es die Unterstützung durch einen Roboter ermöglicht, sich ganz auf die Wertschöpfung zu konzentrieren.

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Das Projekt der RTWH Aachen und item Industrietechnik zeigt Einblicke in den Montagearbeitsplatz der Zukunft.
Das Projekt der RTWH Aachen und item Industrietechnik zeigt Einblicke in den Montagearbeitsplatz der Zukunft.
(Bild: Ahrens + Steinbach Projekte)

Die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine war für Jahrhunderte ein Menschheitstraum. Dank der rasanten technischen Entwicklung ist sie dies nicht mehr, sondern längst Realität. Damit sind jedoch Fragen verbunden, auf die es konkrete Antworten zu finden gilt: Wie kann die Mensch-Maschine-Zusammenarbeit im Detail am besten funktionieren? Und welche Rolle spielt die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung? Schließlich ist das Wohlergehen der Mitarbeiter ein hohes Gut. Am Institut für Arbeitswissenschaft (IAW) der RWTH Aachen wird in der Mensch-Maschine-Zusammenarbeit Pionierarbeit geleistet. Dort erforscht der Doktorand Henning Petruck an einem eigens errichteten Montagearbeitsplatz mit Roboterarm, wie durch eine solche Kooperation der Werker entlastet wird. Gleichzeitig zeigt sich hier, dass Ergonomie aktueller ist denn je.

Flexibler und modularer Grundaufbau

Der Montagearbeitsplatz „Collaborative Workplace for Assembly“ (CoWorkAs) basiert auf direkter Mensch-Maschine-Zusammenarbeit. Hierbei empfängt der menschliche Werker Werkzeuge und Bauteile, die ihm sein Roboter-Kollege zuführt. Es besteht dabei zwischen den beiden also unmittelbarer Kontakt, Schutzzäune oder ähnliche Hilfsmittel kommen nicht zum Einsatz. Aufgrund dieser Unterstützung wird der Arbeiter deutlich entlastet: Da ihm zeitraubende Aufgaben wie das Suchen der Teile abgenommen werden, kann er sich auf die eigentliche Montagearbeit konzentrieren – und somit auf die Wertschöpfung. Dies wird durch einen neuartigen Aufbau ermöglicht. Ein individuell höhenverstellbarer Arbeitstisch und die Materialbereitstellung werden mittels einer speziellen Rahmenkonstruktion verknüpft. Zwei mit dem Roboterarm verbundene Linearachsen befinden sich direkt über diesem Aufbau.

Mit Ausnahme dieses Roboterarms besteht der CoWorkAs komplett aus item Komponenten, einschließlich der Zusatzelemente wie Werkzeug- und Monitorhalter. Ausschlaggebend für die Entscheidung zugunsten des Traditionsunternehmens aus Solingen war vor allem dessen Expertise im Bereich Ergonomie. Nachdem man auf einer Messe ins Gespräch gekommen war, konnte auch das im Nachgang erstellte Konzept in Sachen Modularität, Flexibilität und Höhenverstellbarkeit überzeugen. Der Arbeitsplatz lässt sich an allen Stellen an die Körpergröße des jeweiligen Werkers anpassen. Aufgrund der durchgängigen Modularität können zudem jederzeit Anpassungen oder Erweiterungen vorgenommen werden. Dadurch ist das item Arbeitsplatzsystem für zukünftige Neuerungen bestens vorbereitet.

Sichere und intelligente Mensch-Maschine-Zusammenarbeit

Die Mensch-Maschine-Zusammenarbeit funktioniert in der Praxis so: Nachdem der Roboter das Material aufgenommen hat, bewegt er sich direkt in die Richtung des Arbeiters in der Montage. Das Entscheidende ist, dass der künstliche Kollege umso langsamer wird, je näher er dem Menschen kommt. So werden versehentliche Zusammenstöße geschickt vermieden. Kurz vor dem Aufeinandertreffen stoppt der Roboter übrigens komplett, was durchaus berechtigte Vorbehalte entkräftigt: Vor diesem behutsamen Roboter braucht wirklich niemand Angst zu haben. Dennoch ist die Mensch-Maschine-Zusammenarbeit eine neue Situation, an die man sich man sich gewöhnen muss. Wenn er zudem einen großen Bewegungsspielraum hat wie in diesem Fall, müssen solche Bedenken ernstgenommen werden. Dem Sicherheitsempfinden kommt zudem zugute, dass der Roboterarm das Material nur anreicht – der Mensch ist derjenige, der eine Greifbewegung ausführt.

Mit jeder Mensch-Maschine-Zusammenarbeit ist unweigerlich eine technische Herausforderung verbunden: Damit diese Kollaboration funktionieren kann, muss die Aktivität des menschlichen Akteurs exakt „berechenbar“ sein. Beim CoWorkAs erfolgt durch einen Algorithmus eine genaue Analyse des Montagevorgangs. Wenn der erste Durchlauf absolviert ist, ermittelt der Algorithmus, wie groß die Abweichung zwischen der vorgesehenen und tatsächlich aufgewandten Zeit ausfällt. Auf dieser Grundlage wird präzise geschätzt, wie lange der nächste Vorgang dauern wird. Somit kann der Roboterarm die Übergabe des Materials genau timen. Eine verfrühte Übergabe dagegen würde den Werker großem Stress aussetzen und den Roboter von anderen Aufgaben abhalten. Dies wird durch die Konzeption von vornherein ausgeschlossen. Nutzerprofile werden zudem nicht benötigt, denn ein einziger Durchlauf genügt dem System, um sich auf einen Nutzer auszurichten.

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