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07.08.1987

Eine "Revolution der Roboter" hat nicht stattgefunden

Der alte Traum von "menschenleeren" Fabrikhallen scheint sich nicht zu erfüllen. Nachdem Anfang der 80er Jahre eine gewisse Euphorie bei den Unternehmen hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten von Robotern vorhanden war, zweifelt heute mancher Anwender an er Universalität dieser Technologie. Denn die Einführung von Robotern kann ein sehr riskantes Unterfangen sein. Mit der Zeit haben nämlich die Unternehmen und Hersteller erkannt, daß Roboter keineswegs in der Lage sind, so ohne weiteres einfach den Job beispielsweise eines Fließbandarbeiters oder eines Lackierers zu übernehmen. Zum flexiblen "Alleskönner" wird der Roboter erst durch sein Umfeld, seine Peripherie und seine Software. Er muß haargenau in bestehende Arbeitsabläufe integriert werden. Dieser Aspekt wurde zunächst oft nicht berücksichtigt, und der zusätzliche Aufwand an Zeit und Kosten verurteilte viele Projekte zum Scheitern. "Die sogenannte Revolution der Roboter blieb aus", meint hierzu Professor Schraft, stellvertretender Institutsleiter des Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart. In COMPUTERWOCHE Nr. 33/87 wird das Thema "Robotics" schwerpunktmäßig behandelt.

Anfang der 80er Jahre wurde in Deutschland die Frage des Einsatzes von Robotern in Industrieunternehmen vermehrt diskutiert. Viele Firmen standen vor der Situation, sich mit dieser neueren Technologie zu beschäftigen, um deren Möglichkeiten und Grenzen abzuschätzen. Daß mit diesem Automationsbaustein neben einer Erleichterung der Arbeit ein Rationalisierungseffekt erzielt werden sollte, ist aus Gründen der Wettbewerbsfähigkeit auf nationalen und internationalen Märkten selbstverständlich.

Da die zunächst installierten Anlagen sich in bestehende Produktionsabläufe integrieren lassen mußten, waren sie als autarke Fertigungszellen konzipiert. Dies war deshalb notwendig, um Erfahrungswerte mit der Technologie zu bekommen, ohne zu starke Abhängigkeiten für vor- und nachgelagerte Arbeitsplätze zu schaffen. Um einen maximalen Erfolg sicherzustellen, werden bei einem neuen Projekt zunächst die Anforderungen des Arbeitsplatzes genau analysiert. Dann geben notwendige Versuche Aufschluß über die einzuhaltenden Bedingungen für das spätere Funktionieren des Systems. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß Miele derzeit die Fertigung vieler und die Abstimmung aller Komponenten selbst übernimmt. Der Roboter wird natürlich als Standardmaschine vom Hersteller bezogen.

Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Industrieroboters ist neben Kinematik, mechanischer Ausführung etc. die Steuerung mit ihren Merkmalen für Hardware und; Betriebssystem, da hierdurch die Möglichkeiten, zum Beispiel die der Programmedition und des Informationsaustauschs festgelegt sind. Schon von der Planungsseite her müssen Roboter und andere Fertigungseinrichtungen vom Material- und Informationsfluß aufeinander abgestimmt sein. Zukünftig wird es nicht nur darum gehen, bestimmte Arbeitsinhalte zu automatisieren, sondern langfristig gesehen auch darum, Insellösungen in der Produktion hinsichtlich des Informationsflusses zu verknüpfen. Die Funktionsumfänge der Robotersteuerungen verschiedener Hersteller gleichen sich mehr und mehr an, die Schnittstellen zum Informationsaustausch sind jedoch uneinheitlich definiert; hier muß der Anwender auf Standardisierung und Netzfähigkeit - Stichwort MAP - noch etwas warten.

Miele setzt Roboter vorwiegend für Handhabungs- und Montageaufgaben ein. Ähnlich wie bei anderen Firmen beziehungsweise Branchen wird zukünftig der Montage eine größere Bedeutung zukommen. Hier ist die Automation aufgrund der großen Teilevielfalt und komplexen Arbeitsinhalte meist wesentlich vielschichtiger als zum Beispiel bei Handhabungs- oder Schweißaufgaben. Allein die Werkstückbereitstellung der zu montierenden Teile macht oft Kopfzerbrechen und erfordert unter Umständen einen hohen Investitionsaufwand zu technisch zuverlässigen Lösungen. Trotzdem kann es hier zu Störungen kommen: Damit ein Produktionsstillstand vermieden wird, sollte das Fertigungssystem diese Ausnahmesituation selbständig zu überwinden versuchen. Der Roboter als flexibles, das heißt vom Bewegungsablauf frei programmierbares Gerät bietet dazu Ansatzpunkte. Er benötigt jedoch Informationen, die die augenblickliche Prozeßsituation kennzeichnen, um dann auf die ermittelten Abweichungen korrigierend in den Programmablauf eingreifen zu können. In vielen Fällen läßt sich eine solche Forderung nur mit Hilfe teurer Sensorsysteme abdecken. Daher besteht zur Zeit noch die Notwendigkeit, Lösungen für einen Kompromiß zwischen Technik und Wirtschaftlichkeit zu suchen, um die angestrebte Verfügbarkeit des Fertigungssystems zu erreichen. Dies läuft dann auf eine Lösung hinaus, in der mechanische und steuerungstechnische Merkmale in Verbindung mit vergleichsweise preiswerten binären Schaltelementen und der Roboterkinematik kombiniert werden.

Um insbesondere Montagevorgänge robotergerecht zu gestalten, sind entsprechende Aktivitäten weit im Vorfeld des eigentlichen Prozesses auf unterschiedlichen Tätigkeitsgebieten notwendig, aber nicht nur etwa in der Konzeption von Einzelteilen oder Baugruppen. Die Automatisierbarkeit von Arbeitsvorgängen setzt generell und auch für den Montagebereich entsprechend konstruierte Werkstücke voraus; insofern muß bei einer Neukonstruktion dieser Aspekt berücksichtigt werden. Die bisher installierten Anlagen waren allerdings ohne Umkonstruktion, allenfalls mit kleinen Änderungen zu automatisieren.

In der Produktion bedarf es mehr und mehr an qualifiziertem Personal, das in der Lage ist, ein Fertigungssystem zu beherrschen, Störungen schnell zu erkennen, um sich dann folgerichtig bei der Störungsbeseitigung zu verhalten. Die Mitarbeiterqualifikation muß deshalb weiter ansteigen. Auf der anderen Seite - zumindest in unserem Unternehmen - wächst das Bedürfnis, sich weiterzubilden. Dies gilt auch für angelernte Hilfskräfte, die durch Schulungen in die Lage versetzt werden, Fertigungssysteme mit Roboter zu bedienen. Wartungs- und Programmiertätigkeiten sind allerdings Fachkräften vorbehalten.

Professor Rolf D. Schraft

stellvertretender Institutsleiter, Fraunhofer-lnstitut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart

Der Industrieroboter ist eine Komponente der Automatisierung in der Industrie und muß daher im Verbund mit anderen Maschinen als Gesamtlösung gesehen werden. Nicht er allein ist für eine flexiblere Fertigung verantwortlich, sondern auch zu 50 Prozent die Peripherie. Der Anwender muß sich darüber im klaren sein, daß mit dem Roboterkauf nur die Hälfte der Investitionsmittel ausgegeben worden sind; der Rest entfällt auf die Peripherie. Auch muß die Planung, die Ingenieurleistung und die Pilotinstallation miteinbezogen werden.

Wie zeit- und kostenaufwendig der Einsatz von Robotern ist, wurde bis vor kurzem noch sehr oft verkannt, und die Projekte waren teilweise zum Scheitern verurteilt. Heute stehen die Anwender dieser Technik nicht mehr ganz so euphorisch gegenüber: die sogenannte Revolution der Roboter, die so oft prognostiziert wurde, blieb aus.

Von dieser Problematik sind nicht allein die Fertigungsunternehmen betroffen, auch die Hersteller werden sich in Zukunft immer mehr auf die Bedürfnisse der Anwender einstellen. Mit dem Verkauf der Roboter ist das Projekt auch für sie noch nicht abgeschlossen. So muß in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen ein schlüsselfertiges System geplant und realisiert sowie das Personal, das die Roboter später bedient und wartet, geschult werden. Mit dem Einsatz von flexiblen Fertigungsmaschinen, sprich: Robotern, verschiebt sich natürlich auch die Mitarbeiterqualifikation in der Produktion.

Man kann aber nicht davon ausgehen, daß mit dem Einsatz von Robotern die Arbeitslosenrate ansteigt. Sicherlich führt eine Rationalisierung der Produktion kurzfristig gesehen zu Freisetzungen; auf der anderen Seite entstehen durch neue Techniken wieder Arbeitsplätze.

1986 veröffentlichte das internationale Arbeitsamt in Genf auch eine Studie, derzufolge Roboter anscheinend keinen Einfluß auf die Beschäftigtenzahl haben. Man denke an Westeuropa mit seinen verhältnismäßig wenigen Robotern und einer sehr hohen Arbeitslosigkeit und vergleiche damit Japan, wo der Roboterbestand am größten, die Arbeitslosigkeit aber am niedrigsten ist.

Bei Robotern handelt es sich im Gegensatz zu Sonder-Maschinen um flexible Geräte, die nach Produktionsende einer Serie nicht verschrottet werden müssen. Man kann davon ausgehen, daß bei einer Investition von einer halben Milliarde Mark - ungefähr diese Summe steckte VW in die Halle 54 - achtzig Prozent wiederverwendbar sind. Von Amortisationszeiten im alten Sinne kann daher nicht die Rede sein.

Automatisieren bedeutet auch, eine Aufgabe, die von Maschinen durchgeführt werden muß, so zu vereinfachen, daß mit möglichst wenig Aufwand kosteneffizient gearbeitet werden kann. Gerade in der Montage stellt sich die Frage, ob es überhaupt sinnvoll ist, Roboter, die von ihrer Beweglichkeit ähnlich wie der Mensch konstruiert sind, zu verwenden.

Die technische Entwicklung ist auch noch nicht so weit fortgeschritten, wird es meines Erachtens auch in den nächsten zehn Jahren nicht sein. Dennoch muß auf die Automatisierung nicht verzichtet werden - vorausgesetzt, das zu montierende Produkt wird bereits in der Konstruktion "robotergerecht" gestaltet. Beispielhaft ist hier die Pionierarbeit von VW. Dabei muß aber garantiert sein, daß die zu montierenden Teile absolut einwandfrei sind. Fehler akzeptiert der Roboter nicht: eine falsche Schraube kann die ganze Produktion stoppen.

Kurzfristig gesehen werden auch Sensoren, speziell die Bildverarbeitungssensoren, in der Montage nichts verändern. Zum einen stimmt das Preis/ Leistungs-Verhältnis heute noch nicht, zum anderen ist die Entwicklung nicht so weit fortgeschritten, daß mit dieser Technik ausgestattete Industrieroboter in größeren Stückzahlen eingesetzt werden können.

Der Trend geht eher dahin, die Mikroelektronik in der Peripherie weiterzuentwickeln und Systeme zu standardisieren. Hier spielen die CIM-Diskussionen eine große Rolle. Die in den meisten Fällen noch autonom arbeiteten Fertigungsinseln müssen über Schnittstellen verbunden werden. Nach einer VWD-Statistik sind jedoch deutsche Werkzeugmaschinen durchschnittlich 13 Jahre alt und deshalb nur schwer integrierbar. Nicht jedes Unternehmen kann es sich leisten, auf der "grünen Wiese" neu zu beginnen.

Manfred Bartl

Leiter des Bereiches Produktionsplanung, Volkswagen AG, Wolfsburg

Zum Ende des Jahres 1986 befanden sich bereits über 2000 Roboter bei VW im Einsatz. Stand dabei in den ersten Jahren mehr die Möglichkeit zur Rationalisierung im Vordergrund, verschiebt sich heute das Schwergewicht in der Konzeption moderner Fertigungsanlagen merklich auf die Sicherstellung ausreichender Flexibilität, die oft erst durch Roboter im Vergleich zu konventionell mechanisierten Anlagen möglich wurde.

Die Flexibilität bezieht sich nicht nur auf die Fertigung mehrerer Varianten eines Modells, sondern auch auf die Nutzung der Fertigungsanlagen über einen Modellwechsel hinaus. Auch der wirtschaftliche Gewinn erwächst nicht nur durch hohe Teileausbringung, sondern auch durch eine insgesamt höhere Verfügbarkeit der Anlagen. Die wirtschaftlichen Grenzen des Robotereinsatzes ergeben sich vorwiegend aus den erforderlichen Investitionen für die Entwicklung seines Umfelds, besonders des elektronischen Bereiches.

Um frühzeitige Erfahrungen im Umgang mit Robotern zu gewinnen, die Grenzen und Möglichkeiten - auch in Wechselwirkung zum Umfeld - besser beurteilen zu können, beschloß Volkswagen Anfang der siebziger Jahre, eigene Roboter zu entwickeln. Dabei stand zunächst die Einführung von Schweißrobotern im Karosserie-Rohbau im Vordergrund, später erstreckte sie sich auf das Handling von Karosserie-Teilen. Heute stellt die Robotereinführung in der Montage einen der Schwerpunkte dar.

Bei der Planung und dem Einsatz von Industrierobotern ist es eine grundsätzliche Forderung, die damit verbundenen sozialen Auswirkungen zu berücksichtigen, damit technischer Wandel und sozialer Fortschritt gleichrangig und gleichzeitig verwirklicht werden. Aufgabe aller Beteiligten - der Unternehmensleitung und der Betriebsräte - ist da bei, die neue Technologie zur weiteren Humanisierung der Arbeitswelt sozial zu beherrschen. Erfahrungen bei Volkswagen haben gezeigt, daß ein Industrieroboter etwa vier Arbeitsplätze mit einfachen Arbeiten verdrängt und einen neuen, hochqualifizierten Arbeitsplatz schafft. Diese Feststellung trifft jedoch nur auf etwa 40 Prozent der insgesamt eingesetzten Systeme zu. Die übrigen 60 Prozent haben vorhandene mechanisierte Betriebsmittel abgelöst.

Der Bedarf an Robotern ist nach wie vor gegeben, und die Einsatzmöglichkeiten heutiger Gerate sind dabei keineswegs ausgeschöpft. Die Zukunft ist von der Einführung neuer, verbesserter Steuerungen und deren Verknüpfung mit zunehmend intelligenten Sensoren bestimmt. Mit der Fähigkeit zur Offline-Programmierung der Steuerung können die für die Programmierung benötigten Belegungszeiten des Roboters drastisch gesenkt werden. Schließlich werden diese Entwicklungen sorgfältig mit der Vernetzung zu anderen rechnergestützten Systemen abgestimmt (ClM-Fertigung).

Dipl.-lng. Jürgen P. Quanz

Leiter Bearbeitung Kokillenguß/Druckguß und NC-Fertigung, Honsel-Werke AG, Meschede

Sicherlich verrichten Roboter Arbeiten, die auch Menschen erbringen können, aber mehr als 50 Prozent dieser Aufgaben sind einem Menschen wegen zu hoher Handlingsgewichte, ungünstiger Körperhaltung, gefährlicher Umwelteinflüsse wie Gase, Dämpfe, Hitze etc. nicht mehr zuzumuten. So auch bei der Honsel-Werke AG, die größtenteils die Automobilindustrie mit Getriebe-, Lenk- und Steuergehäusen sowie anderen Gußteilen aus Aluminium beliefert. Roboter kommen vorwiegend in der Gießerei zum Einsatz, in der die Teile in einem relativ heißen Zustand aus der Gießform gehoben werden. Sie übernehmen auch das Einsprühen der Gießformen mit dem entsprechenden Trennmittel. Diese Aufgabe wird im Vergleich zum Menschen kontinuierlicher durchgeführt; der Gießprozeß selbst ist dadurch gleichmäßiger und die Qualität der zu produzierenden Teile konstant.

Durch die Automation mußten, obwohl der Gießprozeß an sich derselbe blieb, die Gießanlagen robotergerecht angelegt sowie Schnittstellen zu den anderen Maschinen und Aggregaten gefunden werden. Neben Gießmaschine und Roboter sind zusätzliche Handling-Geräte, die das Flüssigmetall aus den Öfen der Gießmaschine zuführen, installiert. Dadurch war mit dem Kauf eines Roboters das Projekt noch lange nicht abgeschlossen. Die größten Investitionen, sei es Geld oder Zeit, stecken in der Peripherie und in der Planung - darüber sollte sich heutzutage jeder Unternehmer im klaren sein. Und so wurden zunächst einmal mit dem Hersteller und den hier verantwortlichen Projektingenieuren die gestellten Anforderungen vor Ort gemeinsam ausgearbeitet und analysiert. Die Honsel-Werke brachten das für eine Gießerei notwendige Know-how ein, der Hersteller konstruierte anhand dieser Vorgaben ein maßgeschneidertes System.

Von der Automation ist der Gießer nicht unmittelbar betroffen, vom Roboter als Job-

Killer kann daher bei der Honsel-Werke AG keine Rede sein. Nach unseren bisherigen Erfahrungen bilden sich eher neue Arbeitsplätze, da mit dem Robotereinsatz auch Mitarbeiter kommen vorwiegend aus den eigenen Reihen und werden von dem jeweiligen Hersteller auf ihre neue Tätigkeit umgeschult.

Die Honsel-Werke AG arbeitet mit Robotern nach Teach-in-Verfahren. Man kann deshalb von Robotern der zweiten Generation sprechen, da sie die Informationen nicht von allein auswerten und entsprechend darauf reagieren können. Ob die Sensortechnik - die dritte Generation - gerade im Gießereisektor die große Wende bringt, wage ich zu bezweifeln, schon allein aufgrund der großen Belastungen wie Hitze und Staub, denen diese sensiblen Aggregate standhalten müssen.

Für das Verputzen der Gußteile käme allerdings ein sensorgeführter Roboter in Frage nur werden auf diesem Gebiet noch keine zufriedenstellenden Lösungen auf dem Markt angeboten. Wir sind seit etwa sechs Jahren intensiv auf der Suche, müssen leider aber immer wieder feststellen, daß mit den uns vorgestellten Systemen wohl kaum eine Wirtschaftlichkeit zu erzielen ist. Gerade beim Verputzen muß berücksichtigt werden, daß es um während einer Serie sich verändernde Voraussetzungen geht, die bis heute noch am besten vom Menschen beurteilt werden können. Dieses Beurteilungsvermögen fehlt den Sensorapplikationen, und so sind mangelnde Betriebssicherheit sowie hohe Kosten oft ein Argument gegen den Roboter mit Sensor. In den nächsten fünfzehn Jahren wird hier sicherlich der Mensch noch überlegen sein.