Entwicklung einer Methodik zur Planung von Arbeitssystemen in Mensch-Roboter-Kooperation

摘要

Eine hybride Automatisierung mit einer direkten Kooperation von Mensch und Roboter bietet im Vergleich zu konventionellen Produktionslösungen Verbesserungspotential hinsichtlich Ergonomie, Flexibilität und Kosten. Obwohl technische Lösungen zur Umsetzung von hybriden Arbeitssystemen bestehen, wurden bisher nur wenige Applikationen in der industriellen Serienfertigung umgesetzt. Neben mangelnder praktischer Erfahrung mit dieser neuen Technologie ist ein wesentlicher Grund hierfür, dass in bestehenden Methoden der Montageplanung Mensch-Roboter- Kooperation nur unzureichend berücksichtigt wird. Diese Arbeit stellt eine Methodik zur Planung von Arbeitssystemen in Mensch-Roboter-Kooperation vor. Basierend auf bestehenden Forschungsarbeiten wird ein Konzept zur fähigkeitsorientierten Zuordnung von Montagetätigkeiten entwickelt, das darüber hinaus die Identifikation von Montageschritten mit einer hohen Eignung für eine Kooperation von Mensch und Roboter ermöglicht. Die Umsetzung einer Applikation mit einer direkten Interaktion zwischen Mensch und Roboter erfordert spezielle Sicherheitskonzepte, die unmittelbare Auswirkungen auf die Produktivität des Arbeitssystems haben. Auf Basis aktueller Normen werden formelbasierte Zusammenhänge aufgestellt, um die maximal zulässige Geschwindigkeit von Roboterbewegungen und den Mindestabstand zu Gefahrenstellen zu berechnen. Weiterhin werden Prozessbausteine zur Beschreibung roboterbasierter Montagevorgänge definiert, die eine direkte Berechnung von Sollzeiten ermöglichen. In Kombination mit bestehenden Prozessbausteinsystemen zur Planung manueller Arbeitsvorgänge ist es möglich, Arbeitsabläufe von Mensch und Roboter in einer gemeinsamen Prozesssprache zu beschreiben und aufeinander abzustimmen. Abschließend wird die Methodik in ein softwarebasiertes Planungswerkzeug umgesetzt und anhand von zwei Anwendungsbeispielen aus der Automobilproduktion validiert.