Im Zuge des Individualisierungstrends erwarten immer mehr Verbraucher, bei ihren Konsumgütern aus einer breiten Vielfalt von Optionen wählen zu können. Vielerorts haben sie inzwischen sogar die Möglichkeit, das Produkt ihrer Wahl mit wenigen Mausklicks ihren Bedürfnissen und Vorlieben entsprechend konfigurieren zu können – ein Trend, der auch vor der Lebensmittelindustrie nicht haltmacht. Unabhängig von konkreten Branchen führt dieser Trend auf Seiten der Hersteller und Händler dazu, die Produktvarianz explodieren zu lassen. Dies wirkt sich disruptiv auf die Produktions- und Logistik-prozesse sowie auf die Fertigungsarchitektur aus. In der Folge setzen viele Lebensmittelhersteller auf die beiden Säulen Digitalisierung und Automatisierung, um die steigenden Anforderungen auf wirtschaftliche Art und Weise zu adressieren und somit ihre Wettbewerbsfähigkeit in Zeiten sich wandelnder Ernährungstrends zu sichern. Durch eine Modernisierung von Anlagen und Workflows lässt sich die Effizienz und somit die Produktionsgeschwindigkeit steigern, bei gleichzeitiger Senkung des Ressourcen- und Energieaufwands im Sinne einer nachhaltigen Produktion.

Sichere MRK in der Palettierung

Mit ‚SafeMove‘ werden die Sicherheitsfunktionen direkt in die Robotersteuerung integriert. Der Roboter agiert dabei nur innerhalb eines präzise kalkulierten, vordefinierten Bereichs.

© Nestlé / Michelle Tomaz

Auch wenn sich eine moderne Fertigung in einem fortgeschrittenen Automatisierungsstadium befindet, gibt es immer auch Prozessschritte, in denen Mitarbeitende Robotern zur Hand gehen müssen. An solchen Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine müssen Unternehmen Vorkehrungen treffen, um die Sicherheit der Mitarbeitenden zu gewährleisten und Produktionsausfälle zu vermeiden. Bei Robotern verhindern oft räumliche Barrieren wie Käfige, Schutzgitter oder Lichtschranken, dass sich Mensch und Maschine gegenseitig ‚ins Gehege‘ kommen. Aber: Absperrungen dieser Art belegen wertvolle Produktionsfläche und können Prozesse verlangsamen, beispielsweise durch entstehende längere Wege. Hier kann eine sichere, direkte Mensch-Roboter-
Kollaboration helfen, große Effizienzpotenziale zu heben. So lässt sich eine durch den Wegfall von Absperrungen gewonnene Fläche beispielsweise dazu nutzen, die Fertigungsarchitektur zu verdichten, während das Einsparen langer Weg-zeiten die Fertigungsprozesse zusätzlich beschleunigt.

Mit Dutzenden unterschiedlicher ‚KitKat‘-Geschmacksrichtungen ist Nestlé mit dem Anspruch der Konsumenten an Vielfalt vertraut. Ebenso weiß der Lebensmittelkonzern um die Vorteile der Automatisierung, um die maximale Effizienz in der Fertigung zu erreichen, und setzt daher vielerorts auf Mensch-Roboter-Kollaboration. Ein Beispiel dafür ist die Caçapava-Fabrik in Brasilien, wo Nestlé ‚KitKat‘-Schokoriegel für den amerikanischen Kontinent produziert und verpackt. Um den teilautomatisierten Verpackungsprozess in dieser Fertigungsstätte flexibler zu gestalten und die vorhandene Fläche möglichst effizient zu nutzen, setzte Nestlé auf die Zusammenarbeit mit ABB.

Palettierlösungen von ABB kamen in Caçapava bereits zuvor zum Einsatz. Bei dem aktuellen Projekt ging es nun darum, eine kompaktere Roboterzelle zu entwickeln, die anschließend als Prototyp an anderen Standorten nachgebaut werden konnte. Eine zentrale Anforderung an die Lösung war die Möglichkeit einer direkten Mensch-Roboter-Kollaboration, denn gelegentlich greift menschliches Personal in den Palettenwechsel ein. Daher war eine Voraussetzung bei dieser Applikation, dass die eingesetzten Roboter gefahrlos mit ihren menschlichen Kollegen interagieren können.

Sichere Robotersteuerung statt Käfig

Für dieses spezielle Anforderungsprofil entwickelte ABB gemeinsam mit dem Ingenieurteam von Nestlé eine neue, kompakte Roboter-Palettierzelle. In dieser nimmt ein Vierachs-Palettier-Roboter ‚IRB 660‘ gemäß einem definierten Programm mit seinem Sauggreifer die ‚KitKat‘-Kartons am Ende der Produktionslinie auf und stapelt sie akkurat auf die Palette, um die Last ausgewogen zu verteilen. Mit einer Handhabungskapazität von 180 beziehungsweise 250 kg (je nach Variante) und einer Reichweite von 3,15 m eignet sich dieser Industrieroboter gut für die Aufgabenbereiche Palettierung sowie Materialhandling. Zudem ist der ‚IRB 660‘ dank der sicherheitszertifizierten ‚SafeMove‘-Technologie in der Lage, unter Berücksichtigung der Maschinenrichtlinie 2006/47/EG in Verbindung mit der DIN ISO 12100 punktuell mit Menschen zusammenzuarbeiten.

Bei ‚SafeMove‘ werden die Sicherheitsfunktionen direkt in die Robotersteuerung integriert. Der Roboter agiert nur innerhalb eines präzise kalkulierten, vordefinierten Bereichs. Sensoren in der Roboterzelle melden, wenn sich eine Person der Maschine nähert, sodass die Steuerung sofort die Geschwindigkeit der Roboterbewegung drosselt oder den Roboter ganz stoppt. Verlässt der Mensch den Sicherheitsbereich, kann der Roboter seine Bewegung selbstständig wieder aufnehmen. Dieser kollaborative Ansatz macht raumgreifende Schutzzäune und sonstige Absperrungen überflüssig und ermöglicht es Nestlé, auch kleinflächigere Bereiche an der Fertigungslinie zu automatisieren. Insgesamt konnte das Unternehmen dank ‚SafeMove‘ in seinen Fertigungszellen rund 30 bis 40 % Platz gegenüber den Vorgängerzellen einsparen – einzig durch den Wegfall von Schutzgittern.

Dank Simulation zur passenden Zelle

Thomas Reisinger ist Manager Solution Experts bei ABB Robotics in Friedberg.

© ABB

Das Zelldesign wurde mithilfe der Software ‚RobotStudio‘ erstellt, einer virtuellen Umgebung zur Programmierung und Simulation kompletter Roboterinstallationen von ABB. Mit ihr konnte die komplette Roboterzelle bis hin zu den Zykluszeiten simuliert werden. Bei der exakten Simulation wiede-rum hilft der ‚Virtual Controller‘, eine Kopie der Original-Robotersoftware inklusive der Konfigurationen, die in der realen Applikation zum Einsatz kommen. Anhand von Digitalen Zwillingen der jeweiligen Roboterzellen lassen sich mittels ‚RobotStudio‘ Zellendesigns offline erstellen und testen, ohne den laufenden Betrieb unterbrechen zu müssen. Dies verkürzt die Projektzeit signifikant und hilft, das Zellendesign vor dem Bau des physischen Pendants zu optimieren.

Die MRK-geeignete Palettierzelle für Nestlé wurde ihrer Aufgabe als Prototyp vollkommen gerecht: Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme in der Caçapava-Fabrik wurde sie in drei weiteren Nestlé-Fabriken in Brasilien reproduziert. Inzwischen sind 13 solcher Palettierzellen in Betrieb, weitere werden aktuell installiert und in Betrieb genommen.