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Teachen versus Offline-Programmierung

27. Oktober 2022, 8:11 Uhr | Guido Bruch
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Mit Fastsuite von Cenit lassen sich verschiedene Cobot-Applikationen offline programmieren und simulieren – vom Schweißen über Schleifen bis hin zum Lackieren von Bauteilen.
© Cenit

Cobots sind nicht zum Programmieren da, oder doch? Hersteller der kollaborierenden Roboter werben damit, dass sich die mechanischen Helfer einfach mittels Handführung »teachen« lassen.  Über das Für und Wider von Teachen und Offline-Programmierung.

Cobots, die für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen gedachten Leichtbauroboter, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Da es nur in den wenigsten Fällen eine echte Kollaboration zwischen Mensch und Cobot gibt, dürfte der Hauptgrund für die Anschaffung die intuitive Handhabung sein: Vielen Cobots kann mittels Handführung, dem »Teachen«, gezeigt werden, was sie tun sollen. Zudem sind sie preislich attraktiver und flexibler einsetzbar als die in Geschwindigkeit und Genauigkeit überlegenen Industrieroboter, die in der Regel Schutzmaßnahmen wie Lichtgitter oder Schutzzäune erfordern.

Ersetzt das Teachen eines Cobots also die Programmierung eines Roboters? Jens Fetzer, VP Business Development bei Cenit, nennt verschiedene Gründe, warum das Teachen bei zu automatisierenden Tätigkeiten wie dem Schweißen, Kleben, Polieren bzw. Schleifen klare Nachteile zum Programmieren aufweist. Bei der Qualität unterscheidet Fetzer die Bahnenart. Gilt es beispielsweise zwei kleinere Blechteile einfach anhand einer Linie zusammenzuschweißen, sollte bei ruhiger Hand nichts gegen das Teachen sprechen.

Dies ändert sich aber schlagartig, wenn die Anzahl der Schweißnähte zunimmt und vor allem die Geometrien anspruchsvoller werden – da wird der Mitarbeiter nicht immer die beste Performance aufweisen. Bei der Programmierung ist hingegen höchste Präzision möglich, da die CAD-Daten einfach eingespielt, die Bahnen am Bildschirm festgelegt und gegebenenfalls wieder korrigiert werden können. Auch können am Bildschirm Fragen wie »Was ist die beste Schweißreihenfolge?« oder »Muss ich eventuell noch irgendwelche zusätzlichen Operationen durchführen?« leichter und in Ruhe durchdacht werden als in der unruhigen Fertigungshalle. 

Schweißzellen als Lockvögel

Schweißzellen auf Cobot-Basis Sie erhöhen die Bereitschaft zur Automatisierung merklich und sind gerade bei einfachen Geometrien nützlich. Dennoch sieht Fetzer diese Zellen kritisch: Sie suggerieren nicht nur Einfachheit, sondern auch Qualität auf höchstem Niveau und gute Rentabilität. Der Mittelständler sieht mittels der Schweißzellen die vermeintliche Möglichkeit, auf Augenhöhe mit einem größeren Unternehmen zu konkurrieren. Tut er aber nicht, so Fetzer. Die durch das einfache Teachen der Cobots versprochene Flexibilität beeinflusst die Rentabilität: Bei jeder neuen Programmierung steht der Cobot still, da er per Hand »angelernt« wird.

Je kleiner die Losgröße, desto häufiger muss der Cobot neu mit der Hand geführt werden, umso höher sind die Nebenzeiten. Hinzu kommt, dass die Fertigungsqualität auch von der Erfahrung und Tagesform des teachenden Werkers abhängt. Zudem ist der Roboterstillstand nur dann kurz, wenn der teachende Mitarbeitende kurzfristig zur Verfügung steht und dafür keine andere Aufgabe unterbrechen muss. Fetzer weist darauf hin, dass die bisweilen schlechtere Performance teuer bezahlt wird.

Neben den Investitionskosten sind Folgekosten wie Betriebs- und Programmierkosten zu berücksichtigen: Eine komplette Schweißzelle liegt schnell bei 60.000 bis über 100.000 Euro; bei guter Auslastung sind Stillstandzeiten als Folge des Teachens oder des Wartens auf den zuständigen Mitarbeitenden umso schmerzlicher. Grundsätzlich lässt sich festhalten: Je komplexer die Geometrien, desto größer der Aufwand des Teachens, und je höher der Qualitätsanspruch, desto unkalkulierbarer der Zeitaufwand.

Die Offline-Programmierung am Bildschirm erfolgt losgelöst vom laufenden Betrieb und bietet den Vorteil der Entzerrung: Kommenden Aufträge können nach Plan programmiert werden. Bei komplexeren Bauteilen sowie häufigen Stillständen durch Teachen ist als Upgrade eine Offline-Programmiersoftware wie die Fastsuite E2 von Cenit also zu empfehlen.

Die Sache mit den Varianten

Mit jeder Variante erfolgt der gesamte Teaching-Prozess von Neuem. Erfolgt ein Modell- beziehungswesie Variantenwechsel erst nach einiger Zeit, kann es vorkommen, dass der qualifizierte Mitarbeitende im Urlaub, Krankstand oder ausgeschieden ist und somit nicht mehr zur Verfügung steht. Bei einer hohen Variantenvielfalt und Personalfluktuation liegt der Vorteil klar bei der Offline-Programmierung: Programmteile können kopiert und modifiziert werden. Ähnliches gilt für die Verwendung unterschiedlicher Roboter: Wird ein bestehender ersetzt, lassen sich die gespeicherten Programme leichter auf das neue Modell anpassen; allenfalls muss die Kinematik des anderen Roboters berücksichtigt werden.

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Jens Fetzer ist Vice President Business and Partner Management, Digital Factory Solutions, bei Cenit in Stuttgart.
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Vorteile der Offline-Programmierung

Neben fachlichen Argumenten für die Effizienz der Offline-Programmierung dürfen auch monetäre Vergleichszahlen nicht fehlen. Mit der Software von Cenit können neue Schweißbahn schnell und mit wenigen Maus-Clicks an den CAD-Daten des Bauteils erstellt werden. Bei einer hohen Bauteilevielfalt kann somit viel Zeit eingespart werden. »Und das ist das Thema, was wir mit der Software lösen. Die Software kostet mit Installation, Schulung und so weiter grob 20.000 bis 30.000 Euro. Und diese Summe muss ich durch Effizienzgewinne in der Fertigung und bei den Neuprogrammierungen wieder reinholen, egal, was meine Anlage gekostet hat. Habe ich die nach einem Jahr amortisiert – ja oder nein«, ist laut Fetzer die zentrale Frage.

Die Software muss sich unabhängig der Anlageninvestition über die gesparten Maschinenstillstandszeiten, die Anlagenrentabilität sowie die Steigerung der Fertigungsqualität rechnen. Bei einem Serienteil, das über Jahre hinweg ohne Anpassungen gefertigt wird, ist das natürlich schwieriger als bei einer Fertigung mit häufig wechselnden Aufträgen. Zu den Vorteilen der Offline-Programmierung zählt, dass Kollisionsgefahren besser erkannt und Unfälle vermieden werden können. Denn selbst bei einer einfachen Bahn kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein Mitarbeiter beim Teachen etwas im Bewegungsradius des Cobots übersieht.

Fetzer kennt solche Fälle: »Von der Zugänglichkeit wird es vor allem bei komplexen Bauteilen schwierig. Der Teacher fokussiert sich auf den Schweißbrenner und die Schweißnaht, und da ist alles gut. Was er bei der Programmierung eventuell nicht im Blick hat, sind beispielsweise die Verbindungswege zwischen den einzelnen Operationen. In einer Software-Simulation erkennt man eine Kollision sofort. Nicht so in der Wertstatt: Fährt der Roboter dann ohne Korrekturen rein, ist es oft zu spät.«

Ein Programm, verschiedene Applikationen

Neben dem Schweißen lassen sich insbesondere geometrielastige Applikationen mit Fastsuite vereinfachen. Dazu gehört unter anderem Schleifen, Kleben, das Nahtabdichten sowie das Lackieren von Bauteilen. Auch das Be- und Entladen von Maschinen sind typische Anwendungsfälle. Jens Fetzer sieht eine Analogie zwischen dem Fräsen und dem Teachen: Vor 15 Jahren wurden die Bearbeitungszentren noch direkt an der Steuerung programmiert.

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Guido Bruch ist Blogger zum Thema Mensch-Roboter-Kollaboration.
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Die Mitarbeitenden gingen nur selten ins Büro zum Programmieren. Heute jedoch wird fast ausschließlich im Büro und dank der verwendeten CAM-Software vor allem Offline programmiert. So ähnlich sieht er das Verhältnis vom Teachen zur Offline-Programmierung bei Robotern. Letzteres werde schon in wenigen Jahren genauso selbstverständlich wie heute das CNC-Programmieren im Büro. Damit stellt sich für Unternehmen nicht die Frage ob, sondern wann sie auf den Offline-Zug aufspringen.
Kam das Teachen zu spät?

Jens Fetzer geht so weit zu sagen, dass Mitarbeitende unter 50 Jahre derart gewohnt sind, mit Software umzugehen, dass sie den einfachen Nutzen des Teachens gar nicht schätzen. Sie wollen häufig lieber programmieren. Dies gilt umso mehr, wenn sie 3D-Dartstellungen gewohnt sind. Diese sind die Domäne der Offline-Programmierungssoftware.


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