Schwerpunkte

Adaptive Fabrik

Industrie 4.0 - die Konsequenzen für die Robotik

24. April 2014, 14:09 Uhr   |  Peter Klüger


Fortsetzung des Artikels von Teil 3 .

Die mobilen Produktions­einheiten

Adaptive Produktionskonzepte basieren auf einer flexiblen Prozesstechnik, die sich dynamisch den benötigten Füge­sequenzen anpasst. Da der individuelle Produktionsfluss des Bauteils entlang des Entstehungsprozesses durch das Produkt selbst definiert wird, müssen benötigte Fügeprozesse zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung stehen. Während Standard-Fügeprozesse, die für die meisten Produkte nötig sind, von jeder Produktionseinheit angeboten werden, lassen sich Nischen-Prozesse in parallel ausgelagerten, speziellen Produktionseinheiten zur Verfügung stellen. Diese Vorgehensweise verlängert jedoch den Entstehungsfluss des Produktes zum Teil erheblich, da 'Umwege' zu diesen Sonderstationen in Kauf genommen werden müssen. Deshalb sollten in Zukunft alle Prozesse mobil und flexibel an allen Produktionseinheiten zur Verfügung gestellt werden können.

Prozess-Roboter, Kuka
© Kuka

Beispiel für einen Prozess-Roboter mit einer Traglast von 120 kg und einer Reichweite von 2700 mm auf einer autonom navigierenden Plattform. Die Batteriekapazität erlaubt einen autonomen Betrieb von etwa acht Stunden.

Das intelligente Bauteil übermittelt in einem derartigen Szenario Informationen über die benötigten Prozesse, die Fügefolgen, den Produktionsort und die Produktionszeit an die Produktionseinheiten. Diese überprüfen, ob die benötigten Prozesse zur Verfügung stehen. Sollte dies nicht der Fall sein, beauftragt die Produktionseinheit selbstständig mobile Prozess-Roboter, die zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort die erforderlichen Prozesse umsetzen können. Die mobilen Roboter fahren daraufhin zum angegebenen Ort, integrieren sich selbstständig in die Robotergruppe der Produktionseinheit und nehmen die geforderten Fügeprozesse vor. Die hierfür benötigten Medien – etwa Stromversorgung, Druckluft oder Kühlwasser – werden vor Ort zur Verfügung gestellt und automatisch an die mobilen Prozess-Roboter angedockt.

Sollte innerhalb der Produktionsplanung die Möglichkeit bestehen, statt Losgröße 1 größere Chargen eines Produktes mit gleicher Fügefolge und gleichen Prozessen zu produzieren, könnte man sogar auf statische Produktionseinheiten verzichten. Mit anderen Worten: Stationäre Prozess- und Logistik-Roboter werden komplett durch mobile Roboter ersetzt. Entsprechend der einzelnen Folgen im Entstehungsprozess der Produkt-Charge gruppieren sich stattdessen mobile Prozess- und Logistik-Roboter spontan und selbstständig zu individuellen Bearbeitungszentren. Prozessausrüstung und Prozessmaterial können vorher dynamisch und entsprechend der Anforderungen des Produktes gewechselt und ausgetauscht werden.

Diese Selbst-Organisation von Robotergruppen wird auf der Makro-Ebene durch das intelligente Produkt selbst angestoßen. Sie bildet den Materialfluss, die Fügesequenzen und die logistischen Anforderungen des Entstehungsprozesses ab. Damit ist das 'Was ist das Ziel?' inhaltlich eindeutig definiert. Die Aufgabe der roboter-basierten Produktionseinheiten ist es dann, das 'Wie erreichen wir das Ziel?' selbstständig organisatorisch umzusetzen. Auf der Micro-Ebene der Produktionseinheit können in diesem Zuge neue Methoden der Selbst-Organisation von Robotergruppen zum Einsatz kommen, die auf 'biologisch inspirierten' Konzepten beruhen. So könnten auf dieser Ebene beispielsweise Ergebnisse aus den Untersuchungen zum 'Schwarmverhalten' und der kollektiven Zusammenarbeit zum Beispiel von Termiten einfließen. Letztere sind in der Lage, im Kollektiv große Bauten herzustellen, die die Möglichkeiten eines einzelnen Individuums bei weitem übersteigen. Ohne eine „zentrale Organisationseinheit“ folgen die einzelnen Individuen einem „gemeinsamen Plan“ und arbeiten daraufhin produktiv zusammen. Das Indivi­duum scheint dabei über kein Wissen des Gesamtkonzeptes zu verfügen. Wie Forschungen an der Havard Universität in USA zeigen, ließen sich solche Organisationsstrukturen in Zukunft durchaus auch auf Robotergruppen anwenden.

Die selbstorganisierende Robotergruppe der Zukunft benötigt am Ende keine Programmierung oder Konfiguration mehr. Auf den Punkt gebracht: Angestoßen durch das intelligente Produkt, organisieren sich die Roboter selbstständig und flexibel zu einer Gruppe, tauschen automatisch benötigte Informationen untereinander und mit der Prozess-Peripherie aus und setzen dann den benötigten Produktionsschritt um.

In der kommenden Ausgabe der Computer&AUTOMATION beschreibt der Autor unter anderem, welche neue Art der 'Sensitivität' von Robotern im Kontext von Industrie 4.0 gefordert sein wird, oder wie sich die In­tralogistik verändert. Schlussendlich geht er der Frage nach, welche Aspekte beziehungsweise Hindernisse einer konkreten Einführung von Industrie 4.0 in der Praxis derzeit noch im Wege stehen.

Autor: Peter Klüger ist bei Kuka Roboter für die strategische Produktentwicklung im Bereich Automobil-Industrie verantwortlich.

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1. Industrie 4.0 - die Konsequenzen für die Robotik
2. Adaptiver Produktionsfluss durch kooperierende Roboter
3. Die Greifer und Spannsysteme von morgen
4. Die mobilen Produktions­einheiten

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