viEMA

Scheibenwischer ist nicht gleich Scheibenwischer. Das weiß jeder Autofahrer. Der Ersatz der Wischblätter wird schon beim Kauf zur Wissenschaft. Kein Auto, Lampenschirm oder Fahrradreifen, von dem es nicht mehrere Varianten gibt. Das ändert bei Herstellern und Zulieferern die Anforderungen an Montageeinrichtungen grundlegend. Kleine bzw. wechselnde Stückzahlen machen klassische Automatisierungslösungen unwirtschaftlich. Tätigkeiten wie Bestücken oder Verpacken werden häufig an Handarbeitsplätzen ausgeführt. Diese werden wirtschaftliche Produktion erfordert deshalb neue, flexible Konzepte, die je nach Situation den Wechsel von Handauf Automatenmontage zulassen.

Das Projekt viEMA verfolgt ein skalierbares, roboter- und sensorgestütztes Montagekonzept: Zu Beginn eines Produktanlaufs wird zunächst am Handplatz der Montageprozess manuell und bedarfsgesteuert durchgeführt. Bei Stückzahl-erhöhung wird an diesen Handplatz ein flexibler Montageroboter angedockt, eine Art Montagezelle, und damit die Stückzahl erhöht. Bei Stückzahlrückgang wird dann wieder auf manuelle Montage umgestellt.

Die einfache, für jedes Produkt veränderbare Programmierung solcher flexibler Montagezellen wird durch die Entwicklung von sogenannten Einlern- und Ausführungsstrategien ermöglicht. Dafür müssen mehrere Teilprobleme gelöst werden: Grundsätzlich muss ein Robotersystem in der Lage sein, Werkstücke selbstständig zu erkennen, von einer Ablage zu greifen und in eine andere Ablage bzw. einen Werkstückträger an einer vorgegebenen Position einzufügen. Dafür wird eine leistungsfähige Objekt- und Skilldatenbank mitgeführt. Gleichzeitig muss es dem Roboter möglich sein, neue Fähigkeiten zu erlernen. Ein Arbeiter muss den Roboter "an die Hand" nehmen, um ihn für neue Abläufe zu trainieren. Da nicht an jedem Arbeitsplatz Spezialisten stehen, müssen auch normale Benutzer dazu in der Lage sein. Jeder Roboter kann nicht nur autonom arbeiten, sondern kann auch selbständig Informationen aus Datenbanken bzw. anderen Montagesystemen über die Netzwerk- und Internetanbindung abrufen, über die auch die Ferndiagnose und Fernwartung erfolgen kann.

Die neuen Verfahren der Montageassistenz sind durch die Modularität und Skalierbarkeit besonders für KMUs ausgelegt. Der Aufwand für die Inbetriebnahme ist durch die technischen Ansätze (intuitive Bedienerschnittstelle, 3D-Objekterkennung, Skill-Datenbank) deutlich geringer als bei herkömmlichen Systemen. Die durch viEMA verringerten Produktionskosten und durch im Projekt zu entwickelnde Geschäftsmodelle, die auch das Leasing einschließen, wird das Konzept besonders für KMU wirtschaftlich attraktiv.

Konsortialführer: Forschungszentrum Informatik an der Universität Karlsruhe (FZI) - IDS Interaktive Diagnose- und Servicesysteme

Konsortialpartner: FAUDE Produktionsanlagen GmbH, ISRA VISION AG, Robert Bosch GmbH, Technische Universität München

Projektergebnisse

Use Case und Wege zur Anwendung

Im Projekt viEMA wurde ein roboter- und sensorgestütztes Montagekonzept entwickelt, das sich flexibel an Veränderungen in der Produktion anpassen lässt. Die einfache, für jedes Produkt veränderbare Programmierung einer solchen flexiblen Montagezelle wird durch sogenannte Einlern- und Ausführungsstrategien ermöglicht. Dazu ist das viEMA-Robotersystem in der Lage, Werkstücke selbstständig zu erkennen und zu lokalisieren, von einer Ablage zu greifen und in eine andere Ablage bzw. einen Werkstückträger an einer vorgegebenen Position einzufügen. Dafür wird eine leistungsfähige Objekt- und Skilldatenbank mitgeführt. Die Programmierung erfolgt intuitiv über ein grafisches Benutzerinterface direkt am Roboter. Weil hochspezialisierte Programmierkenntnisse nicht erforderlich sind, kann der Roboter von einem normalen Werker bedient werden.

Durch den speziellen, sehr anwendungsorientierten Aufbau der viEMA-Zelle ist es dem Konsortium gelungen, ein marktrelevantes Alleinstellungsmerkmal zu generieren. Endanwendern wird ermöglicht, auf engstem Raum, mit maximaler Reichweite und größtmöglicher Geschwindigkeit Handlingsaufgaben zu lösen. Das Sicherheitskonzept wurde in Abstimmung mit der Berufsgenossenschaft und dem Sicherheitsbeauftragten des Industriepartners entwickelt .

Dabei wurden beim Aufbau der viEMA-Zelle alle Richtlinien und Normen, wie die EG Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, die Norm EN ISO 13855 (Norm für Sicherheitsabstand - Annäherung), die Norm EN ISO 13857 (Norm für Sicherheitsabstand – Gliedmaße) und die Norm EN ISO 13849 (Norm für funktionale Sicherheit) eingehalten. Um die vorgegebenen Sicherheitsabstände der Richtlinien bzw . die entsprechenden Warn- und Abschaltzonen einzuhalten, wurde ein zugelassener Sick – Laserscanner integriert.

Die neuen Verfahren der Montageassistenz sind durch die Modularität und Skalierbarkeit besonders für KMUs ausgelegt. Der Aufwand für die Inbetriebnahme ist durch die technischen Ansätze (intuitive Bedienerschnittstelle, 3D-Objekterkennung und -Umwelterfassung, Skill-Datenbank sowie auch die Einlern- und Ausführungsstrategien) deutlich geringer als bei herkömmlichen Systemen. Diese Funktionalitäten wurden durch eine Werkserprobung unter echten Produkti-onsbedingungen beim Projektpartner Bosch evaluiert. Die positiven Ergebnisse unterstreichen die praktische Einsetzbarkeit des viEMA Konzeptes.

Das Gesamtsystem wird zukünftig durch den Konsortialpartner Faude vermarktet.

Ansprechpartner viEMA

Projektleitung
FZI Forschungszentrum Informatik
Abteilung Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (IDS)
Haid-und-Neu-Str. 10–14
76131 Karlsruhe

Zhixing Xue
Tel.: +49 (0)721 9654-204
E-Mail 

Weiterführende Informationen

Vorgaben der Berufsgenossenschaft zum Sicherheitssystem

Folgende Richtlinien und Normen gelten und werden eingehalten:

• EG Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
• Norm EN ISO 13855 (Norm für Sicherheitsabstand – Annäherung)
• Norm EN ISO 13857 (Norm für Sicherheitsabstand – Gliedmaße)
• Norm EN ISO 13849 (Norm für funktionale Sicherheit)

(Erfüllt durch die Integration eines Sick – Laserscanners)

Weitere Informationen zum Projekt viEMA und seinen Ergebnissen finden Sie in den Leitfäden, hier insbesondere in

Band 1, Autonome und simulationsbasierte Systeme für den Mittelstand

Band 5, Multimediale Sensorik-Konzepte der Umwelterkennung/-modellierung.