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Für eine verbesserte Ergonomie und modernste Technologie in der Automobilproduktion Cobot «Günni» schraubt mit

| Redakteur: Silvano Böni

Der Autobauer Opel automatisiert mit kollaborierenden Robotern Prozesse, die bislang einer manuellen Ausführung vorbehalten waren. In einer Pilotanwendung im Werk Eisenach schraubt ein Cobot von Universal Robots Klimakompressoren an Motorblöcke. Ohne trennende Schutzzäune im Einsatz entlastet der UR10 die Montagemitarbeiter von der ergonomisch ungünstigen Aufgabe.

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Um der Belegschaft mögliche Berührungsängste mit dem UR10 zu nehmen, hat der Fertigungsingenieur Steve Geinitz den Cobot auf den Namen «Günni» getauft.
Um der Belegschaft mögliche Berührungsängste mit dem UR10 zu nehmen, hat der Fertigungsingenieur Steve Geinitz den Cobot auf den Namen «Günni» getauft.
(Bild: Marcel Krummrich / UR)

Mit dem Start der Automobilproduktion vor 120 Jahren gehört Opel zu den traditionsreichsten Fahrzeugherstellern der Welt. Bis heute sind mehr als 70 Millionen Fahrzeuge mit dem Blitz gebaut worden. Eine Schlüsselrolle in der schlanken Fertigung spielt das Werk Eisenach. Im September 1992 eröffnet, setzt der thüringische Standort mit seinen rund 1400 Mitarbeitern immer wieder bedeutende Impulse für die Automobilherstellung in Deutschland. Hinsichtlich Fertigungstechnologien und Produktionssystemen zählt er weltweit zu den modernsten und ist ebenso fester Bestandteil von Stadt und Region.

Für den Ausbau seiner Pionierrolle gründete Opel 2018 ein werkweites Automatisierungsteam in Eisenach. Vom Karosseriebau bis hin zur Montage identifiziert das Team Potenziale für den Einsatz neuer Technologien und führt sie nach und nach am Standort ein. Steve Geinitz, Fertigungsingenieur bei Opel Eisenach, leitet den Bereich der Fertig- und Endmontage: «Mit dem Start des neuen Projektteams stellten wir schnell fest, dass uns kollaborierende Roboter bei der Entwicklung moderner Montagekonzepte eine enorme Innovationskraft bieten können. Ihre Fähigkeit, in unmittelbarer Nähe zum Menschen zu arbeiten, schafft ganz neue Szenarien für die Automatisierung.» Gemeinsam mit seinem Team suchte Geinitz einen ersten Anwendungsfall für den Einstieg in die kollaborative Robotik und einen passenden Anbieter. Beim Einsatzbereich entschied sich der Autobauer für eine Applikation an der Montagelinie von Motoren. Hier fügen die Werker an unterschiedlichen Stationen Komponenten der Motorblöcke zusammen, bis diese das Band direkt für die «Hochzeit» – die Verbindung mit dem Fahrzeug – verlassen.

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UR10 zieht täglich mehr als 1200 Schrauben fest

Die kollaborierenden Roboter (Cobots) von Universal Robots (UR) kannte Opel bereits durch ihre Verwendung beim Mutterkonzern Groupe PSA. «Wir haben uns auch Produkte anderer Cobot-Hersteller zeigen lassen. Doch: Die UR-Roboter überzeugten uns ganz klar durch ihre einfache Programmierung. Bei vielen anderen Modellen aus dem Bereich der klassischen Industrierobotik muss man sich mit Code in Hochsprache auskennen. Die Bedienoberfläche bei Universal Robots ist hingegen grafisch sehr intuitiv aufgebaut», berichtet Geinitz.

Seit Januar 2019 unterstützt nun ein UR10-Roboter die menschlichen Kollegen bei der Verschraubung von Klimakompressoren an den Motoren. Für seine Aufgabe steht der Cobot zusammen mit den Mitarbeitern an einem Stop-and-Go-Takt. Ihm wird der Motorblock zugeführt, an dem ein Werker zuvor einen Klimakompressor angeheftet hat. Zur finalen Befestigung der Komponente zieht der UR10 drei Schrauben auf exakt 22 Newtonmeter an. Um diese Kraftausübung zu erreichen, findet ein Signalaustausch zwischen dem Cobot und einer Steuerung am Schrauber statt. So wickelt der UR10 im 2-Schicht-Betrieb 30 Motoren von bis zu sieben verschiedenen Motortypen pro Stunde ab. Je nach Motortyp zieht der Cobot die Schrauben an jeweils unterschiedlichen Stellen am Kompressor an. Hierfür gibt die Steuerung des Fliessbands dem Roboter vor, welcher Motortyp gerade vor ihm liegt, wodurch dieser stets das richtige Programm abspielen kann.

Cobot steigert Ergonomie und Schlüsselkompetenzen

«Durch den Cobot von Universal Robots befreien wir unsere Mitarbeiter an der Motorlinie von einer ergonomisch belastenden Tätigkeit. Früher mussten sie beim manuellen Verschrauben stets eine grosse Gegenkraft abfangen. Und auch die Hand- und Schulterbewegung war auf Dauer ermüdend für sie», erklärt Geinitz. Um der Belegschaft mögliche Berührungsängste mit dem UR10 zu nehmen, hat der Fertigungsingenieur den Cobot auf den Namen «Günni» getauft. «Wenn man eine Technik einführt, die sehr ähnliche Arbeit verrichtet wie der Mensch, dann ist eine anfängliche Skepsis natürlich», erzählt er. «Die Namensgebung hat das Verhältnis jedoch von Beginn an aufgelockert. Unsere Mitarbeiter schätzen die Entlastung durch Günni sehr.»

Neben einer verbesserten Ergonomie profitiert Opel vom ganzheitlichen Kompetenzaufbau rund um die kollaborative Robotik. Im Rahmen des Projekts absolvierten einige Mitarbeiter eine Grundschulung zur Bedienung und Programmierung der Cobots bei Willich Elektrotechnik. Als zertifizierter Trainingspartner von UR vermittelt das Unternehmen Anwendern in seinem Schulungszentrum praxisorientiert Kenntnisse für ihre Automatisierungsvorhaben. «Eine solche Möglichkeit zur Weiterbildung in unmittelbarer Nachbarschaft zu haben, war ein wesentlicher Punkt bei der Entscheidung für Universal Robots», berichtet Geinitz. Das Angebot diente dem Autobauer als Ergänzung zum virtuellen Klassenzimmer von Universal Robots – der UR Academy. Mit dem Grundwissen in der Tasche übernahm das Opel-Projektteam die Umsetzung der Applikation schliesslich in Eigenregie – vom End­effektor bis hin zur Implementierung am Band. Die Technologie von UR mit ihren vielfältigen Schnittstellen sowie der einfachen Bedienoberfläche lieferte eine ideale Basis. So entwickelte das Team rund um Geinitz selbst einen mit einer speziellen Federnuss ausgestatteten Schrauber.

UR-Applikation arbeitet ohne Schutzzaun

Als Vorbereitung für den Einsatz in seiner realen Arbeitsumgebung baute Opel den Cobot zunächst in einer Entwicklungswerkstatt auf. Hier wurden die Signale für den Prozess an der Linie mithilfe eines Tastenfelds simuliert. «So haben wir dem Cobot beigebracht, was zu tun ist, wenn zum Beispiel der Motor in seiner Position am Band angekommen oder wenn er mit der ersten Schraube fertig ist», erklärt Geinitz und ergänzt zufrieden: «Die Steuerung der UR-Roboter bringt alle Anschlüsse mit, um eine Einbindung in bestehende Fertigungsabläufe zuverlässig umzusetzen.» Innerhalb weniger Monate schaffte es der UR10 schliesslich aus der Werkstatt an das Band für seinen ersten echten Job.

Hier arbeitet er im laufenden Betrieb ohne Schutzumhausung in unmittelbarer Nähe zu den Mitarbeitern. Dafür führte Opel vor seinem Einsatz eine Risikobeurteilung durch. Die Sicherheits­features des UR-Roboters setzte der Autobauer gezielt ein. So wurden etwa die Kräfte gemessen und Stopp-Werte bei unerwarteten Hindernissen programmiert. Mittels definierter virtueller Ebenen legte der Hersteller weiterhin den sicheren Handlungsraum des Cobots fest. Auf Kopfhöhe der Werker darf er sich beispielsweise nicht bewegen. «Im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern müssen wir bei den Cobots von Universal Robots keine externen Käfige oder Lichtschranken installieren. So benötigt der UR10 gerade einmal einen Quadratmeter Platz am Fliessband», berichtet Geinitz.

Neue Einsatzszenarien in Planung

An die Erfolge der Pilotanwendung will Opel zukünftig anknüpfen. In der Entwicklungswerkstatt steht bereits ein zweiter UR10 bereit. An ihm erprobt der Autobauer neue Applikationen und schult die Belegschaft im Umgang mit der Zukunftstechnologie, die immer mehr zur Realität in den thüringischen Werkshallen wird. Geinitz ist überzeugt davon, dass der zweite Roboterarm bald seinen Platz finden wird: «Seit jeher steht das Eisenacher Werk für Teamgeist und beste Fertigungsqualität. Mit den Cobots von Universal Robots können wir neue Einsatzszenarien zur Unterstützung unserer Mitarbeiter umsetzen.» Gemeinsam mit dem dänischen Roboterpionier wird Opel in Thüringen so auch in Zukunft ein wichtiger Impulsgeber für die moderne Automobilproduktion sein.

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