Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kostengünstige Composites Automatisierung für kleine Unternehmen

Leichtbau ist der Schlüssel für Energieeffizienz in vielen Anwendungen. Luft- und Raumfahrt und Automobil sind die bekanntesten Anwendungsfelder, aber auch Maschinenbau, Energiegewinnung und Sport zeigen einen wachsenden Bedarf nach Leichtbaulösungen. Faserverbundwerkstoffe (FVK) kombinieren geringes Gewicht mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Sie sind hinsichtlich Leichtbau die vielversprechendste Alternative für Metalle und andere, traditionelle Werkstoffe.

Die Produktion von FVK in Europa steht jedoch unter ständigem Druck aus Niedriglohnregionen. Besonders die Herstellung von Kleinserien mit mittlerer bis hoher Komplexität geschieht überwiegend in arbeitsintensiven Prozessen in Asien. Wo große Unternehmen wie BMW und Airbus Wege gefunden haben, um die Produktion mit spezialisierten, teuren Geräten zu automatisieren, sind derartige Investitionen für KMU, deren Fokus auf Flexibilität in der Produktion und nicht auf Fertigung größerer Serien liegt, oft nicht realisierbar.

In den letzten Jahren nahm bei Unternehmen außerhalb der FVK-Industrie eine neue Art von Robotern, genannt Collaborative Roboter oder Cobots, Einzug. Diese erlauben es den Mitarbeitern, mit dem Roboter zusammenzuarbeiten. Integrierte Sensoren gewährleisten dabei an Stelle von Sicherheitskäfigen und Lichtgittern die Sicherheit. Diese leichten Roboter kosten einen Bruchteil traditioneller Systeme und sind einfacher programmierbar. Diese Vorteile gehen jedoch mit niedrigerer Betriebsgeschwindigkeit und reduzierter Nutzlast einher.

Composites Reloaded zielt darauf ab, KMU in der FVK-Industrie durch die Einführung kollaborativer Roboter und halbautomatisierter Produktionszellen eine flexible Automatisierung ihrer Prozesse zu ermöglichen. Das beinhaltet:

1. Benchmark von off-the-shelf-Systemen

2. Entwicklung von Produktionsstrategien und relevanten Bausteinen

3. Demonstration und Validierung

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden in Zusammenarbeit mit dem belgischen Forschungspartner Sirris flexible Automatisierungslösungen und kollaborierende Roboter (sog. Cobots) für die Branche der Faserverbundkunststoffe (FVK) untersucht und erste grundlegende Erkenntnisse für einen industriellen Einsatz gesammelt. Zu den zentralen Ergebnissen zählt die Einschätzung und Empfehlung von Automatisierungslösungen für die FVK-Produktion in Hinblick auf Kosten, Komplexität, Einführungsaufwand, Flexibilität und Eignung für KMU. Zu diesem Zwecke wurden Produktionsstrategien und Kostenrechnungs-Tools entwickelt, die der Identifizierung geeigneter Automatisierungslösungen dienen. Zudem wurden Automatisierungs-Richtlinien zur Steigerung der Produktivität von KMU, welche FVK-Bauteile produzieren, ausgearbeitet. Für den erstmaligen Aufbau einer kollaborierenden Arbeitsumgebung wurden Leichtbau-Greifer für die Handhabung von Textilien und textilen Halbzeugen mit Cobots entwickelt. Die Automatisierungs-Tools, sowie Greifer wurden interessierten Unternehmen in "Meet-the-Cobots"-Workshops vorgeführt und mit den Unternehmen des Projektbegleitenden Ausschusses gemeinsam validiert.

Im Rahmen von vier industrienahen Use Cases konnten erstmals aktive Tätigkeiten der Mensch-Roboter-Kollaboration in der FVK-Fertigung implementiert werden. Durch die Use Cases konnte den potenziellen Nutzern zudem ein Einblick in mögliche kollaborierende Anwendungen gegeben werden, die über die bekannten Pick- & Plache- oder Teaching-Operationen hinausgehen. Die Ergebnisse der Use-Case-Untersuchungen können unmittelbar in der Industrie angewendet werden. Das in diesem Kontext entwickelte Kostenrechnungs-Tool ermöglicht die Auswahl der wirtschaftlich sinnvollsten Alternative für flexible Automatisierungsvorhaben. Für die generelle Umsetzung von aktiver Mensch-Roboter-Kollaboration bedarf es jedoch weiterer Forschungsbemühungen.