KoMPI: Verrichtungsbasierte, digitale Planung kollaborativer Montagesysteme und Integration in variable Produktionsszenarien

Die Montage industrieller Güter hat in Deutschland einen sehr hohen Wertschöpfungsanteil am Bruttosozialprodukt. Darüber hinaus ist Deutschland im Bereich der Ausrüstung für Montage- und Handhabungstechnik weltweit einer der führenden Anbieter. Aufgrund zunehmend volatiler Märkte, individueller und komplexer Produkte sowie neuer Prozessanforderungen – z. B. durch Industrie 4.0 – ist die Montage besonderen Wandlungsanforderungen ausgesetzt. Wichtig sind deshalb die Entwicklung, Gestaltung und Einführung innovativer Systemlösungen zur Montage komplexer Stückgüter. Dabei stehen die sichere Arbeitsplatzgestaltung und die Kooperation Mensch und Roboter in der Montage im Fokus. Des Weiteren gewinnt die Wandlungsfähigkeit von Montageanlagen zunehmend an Bedeutung, um auf variierende Stückzahlen reagieren zu können und Investitionsrisiken zu minimieren. So wird es zukünftig möglich sein, mit kollaborativen und wandlungsfähigen Montagelösungen, insbesondere klein- und mittelständische Unternehmen Kosten- und Effizienzvorteile zu ermöglichen und die Innovationsführerschaft deutscher Montageanlagenhersteller langfristig zu sichern.

Die Planung eines manuellen Montagearbeitsplatzes in Bezug auf Arbeitsinhalt und Arbeitszeit ist eine komplexe Aufgabe. Aufgrund der Vielfalt der dabei zu berücksichtigenden Daten geschieht dies heute meistens mit dafür speziell entwickelter Software zur Modellierung, Simulation und Optimierung der Arbeitstakte der manuellen Montageprozesse. Erwägt ein Unternehmen heute den Einsatz von Arbeitsplatzsystemen, an denen Menschen und Roboter miteinander kollaborieren, gibt es bislang noch keine digitalen Planungswerkzeuge, welche den Einsatz des Systems im Hinblick auf Automatisierbarkeit, technisch-wirtschaftliche Eignung, Ergonomie und Sicherheit simulieren und bewerten können. Dies ist nicht nur für KMU eine starke Hemmschwelle für den Einsatz von kostengünstigen Robotern in Montagesystemen.

Ziel des Forschungsprojekts KoMPI ist es, eine neue Methode zur integrierten Planung und Realisierung von kollaborativen Arbeitsplatzsystemen in der Montage bei variablen Produktszenarien zu entwickeln. Dies soll sicherstellen, dass auch Unternehmen mit geringer Erfahrung und begrenzten Ressourcen befähigt werden, kollaborative Arbeitssysteme mit Erfolg einzuführen und auch bei stark schwankender Produkt- und Variantenvielfalt dauerhaft wirtschaftlich zu betreiben.

Die neue Methode soll insbesondere die Arbeitsplaner im Planungs- und Gestaltungsprozess unterstützen. Eine Auswahlsystematik wird zunächst die Arbeitsplätze mit Potential für Kollaboration identifizieren. Das Potential wird insbesondere durch die Flexibilität der Roboter begrenzt. Durch die gezielte Verknüpfung optischer Sensorik und Roboter werden die Einsatzbereiche der Robotersysteme erweitert. Die digitale Gestaltung und Bewertung des kollaborativen Arbeitsplatzsystems wird mit einer allgemeingültigen Planungsmethode modelliert. Die Planung wird gemäß der speziellen Montageaufgaben durchgeführt und durch Roboter- und Komponentenbibliotheken unterstützt. Die technische Integration des Roboters und seiner Komponenten kann simuliert werden. Ein Schulungs- und Trainingskonzept für die Mitarbeiter wird die Einführung und Akzeptanz der Lösungen unterstützen. In der laufenden Produktion können die Montagefachkräfte durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen jederzeit das System optimieren.

Durch die Piloterprobung bei drei Anwenderfirmen in den Bereichen Automobilindustrie, Fördertechnik und Schaltersysteme mit ihren typischen variantenreichen Produktspektren werden die Ergebnisse projektbegleitend validiert und erfolgreiche Referenzprojekte geschaffen, die weitere Unternehmen zur Anwendung motivieren. Die Anwendungsszenarien sind so gewählt, dass diese unterschiedliche Industriezweige und Unternehmensgrößen abdecken, so dass eine Übertragbarkeit der Forschungsergebnisse sichergestellt ist.