Dynamic Group steigert Produktionskapazität mit kollaborierenden Roboter um 400 Prozent

Hier programmiert der CEO

Joe McGillivray, Miteigentümer der Dynamic Group, programmiert den UR10 Roboter mittels intuitivem Touch Screen. Bild: Universal Robots
Der Roboter leitet nach Beendigung des Arbeitsvorgangs durch Druck auf den Startknopf diesen erneut.
Helmut Schmid, GM Western Europe & CEO Universal Robots /

Weil die Dynamic Group keine geeigneten Mitarbeiter für ihre Spritzgussproduktion finden konnte, übernehmen in dieser nun drei kollaborierende Roboterarme viele der repetitiven und manuellen Aufgaben. Diese Investition machte sich bereits innerhalb zweier Monate bezahlt, steigerte diese doch die Produktionskapazität um bis zu 400 Prozent.

Bei der Dynamic Group, Vertragsherstellerin aus Minnesota, kommen kollaborierende Roboter in drei verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Der erste Roboter bedient einen kompletten Maschinenzyklus; er nimmt Buchrücken mit Teilen auf, die in der Spritzgussmaschine gegossen werden sollen. Diese Einheiten transportiert er weiter zu einer Entgratungsvorrichtung, platziert die Werkstücke vor einem Bediener zur weiteren Bearbeitung und drückt abschliessend einen Knopf, der den Vorgang von neuem startet. Bei diesem Vorgang sind einheitliche Taktzeiten ausschlaggebend, da die zu fertigenden Teile hitzeempfindlich sind. «Wir hatten Schwierigkeiten, ein einwandfreies Teil handwerklich herzustellen, alleine schon wegen der Schichtarbeit und den verschiedenen Schichten, die den Arbeitsschritt unterschiedlich handhaben», erklärt CEO Joe McGillivray.

Die Mobilität der UR-Roboter steht im Gegensatz zu den starren Industrierobotern, die innerhalb einer Schutzumhausung am Boden festgenietet werden müssen. Sie können nach durchgeführter Risikobeurteilung kollaborierend in nächster Nähe zu Menschen arbeiten. Dies wird durch einen integrierten Sicherheitsmechanismus erreicht, der die Roboter automatisch in ihrer Bewegung stoppt, falls sich in ihrem Arbeitsbereich Hindernisse befinden. Bei der Dynamic Group führt dies zu grossen Einsparungen da die Mitarbeiter Hand in Hand mit den Robotern arbeiten können und von diesen nicht durch einen Zaun getrennt sind. Zudem sparen die mobilen Roboter Produktionsraum, da sie viel weniger Stellfläche benötigen.

Mit dem Roboterarm UR10 von Universal Robots erübrigt sich dieses Problem, da er vollkommen konstante Taktzeiten erreicht. Zudem wurden in der Vergangenheit für diese Anwendung drei Maschinenbediener pro Schicht benötigt, heute laufen die drei Schichten mit je nur einem Mitarbeiter. Dadurch liess sich die Produktionskapazität praktisch vervierfachen und der Ausschuss von deutlich zu hoch auf beinahe Null reduzieren.

Ausschussquote massiv reduziert

In der zweiten Spritzgussanwendung lässt ein kartesischer Roboter ein gegossenes Werkstück auf eine Rutsche fallen, welches am Rutschbahnende von einem UR-Roboter aufgenommen wird. Dieser platziert es in einer Angussentfernungsvorrichtung und palettiert es auf einem Tisch vor dem Werker, der es kontrolliert.

In der Vergangenheit fielen die Teile auf ein Förderband, wodurch sie oft beschädigt wurden. «Für den Maschinenbediener war es herausfordernd, mit der Maschine Schritt zu halten. Er musste sicherstellen, dass die Teile nicht herunterfielen, während er sie gleichzeitig entgraten musste», beschreibt Joe McGillivray. Das Ergebnis waren viele defekte Teile. Heute wird diese Tätigkeit zwar noch immer von einem Mitarbeitenden vorgenommen, aber im Vergleich zu vorher benötigt er dafür nur noch ein Viertel der Zeit und arbeitet unter deutlich angenehmeren Bedingungen.

Roboter-Amortisationszeit bei zwei Monaten

Der dritte Roboter arbeitet in einer Anwendung, die Sets zusammenstellt. Mittels Vakuumgreifer nimmt der UR10 den unteren Teil einer Plastik-Box (Muschelschale) auf und platziert in dieser sterile Tücher und Kochsalzlösungen. Abschliessend schiebt er die befüllten Schalen auf ein Förderband. Vor dem UR10 benötigte die Dynamic Group sechs bis sieben Mitarbeiter gleichzeitig, um diese Zusammenstellung durchzuführen. «Die Anwendung war nicht effizient. Jetzt benötigen wir dafür nur noch zwei Mitarbeiter. In nicht einmal zwei Monaten zahlte sich diese Investition aus und wir sind nun sogar in der Lage, die Roboter schnell auf andere Produkte umzustellen», so der Geschäftsführer.

Zu Beginn war Joe McGillivray der Meinung, die Dynamic Group könne sich solch eine flexible und leistungsfähige Automatisierungslösung nicht leisten: «Als ich mit der Suche anfing, rechnete ich mit einigen hunderttausend Dollar pro Installation und ging davon aus, dass ich für die Inbetriebnahme einen Programmierer oder Ingenieur benötige.» Diese Sorge war unbegründet. Der CEO, selbst kein Ingenieur, baute den Roboter innerhalb einer Stunde auf und liess in dieser Zeit bereits erste Testaufgaben durchführen. Unterstützt wurde er dabei durch die Benutzeroberfläche, die ihm die Inbetriebnahme extrem erleichterte.

Integrierter Sicherheitsstopp

Innerhalb kürzester Zeit konnte das Spritzgussunternehmen aus Minneapolis seine UR-Roboter komplett neuen Aufgaben zuweisen. «Alle Roboter stehen auf Sockeln, die wir auf Rollen herumfahren und so von Presse zu Presse beziehungsweise von Applikation zu Applikation schieben können», sagt Joe McGillivray. Dank der einfachen Programmierbarkeit lassen sie sich zudem schnell und flexibel an ihre neuen Tätigkeiten anpassen, wodurch sich der volatilen Nachfrage effektiv begegnen lässt.

Alle drei Robotermodelle von Universal Robots (UR3, UR5 und UR10) verwenden eine patentierte Technologie, welche die elektrischen Ströme in den Gelenken misst und so die Kraft und die Bewegung feststellt. Nimmt der Roboter eine Kraft ausserhalb der festgelegten Grenzen wahr, stoppt er automatisch. Diese Grenzwerte können je nach Modell auf eine Krafteinwirkung von bis zu 50 Newton heruntergesetzt werden. Wenn der Roboter einen Sicherheitsstopp durchführt, können ihn die Bediener ohne jegliche Unterstützung durch einen Programmierer oder Ingenieur mit zwei Knopfdrücken auf dem Touchscreen neu starten.

Anwendungen der Zukunft

Obwohl die Dynamic Group mit Hilfe der Roboter aufwendige Prozesse stark vereinfachen konnte, kam es zu keinem Stellenabbau. «Mit ihnen können wir die zur Verfügung stehende Arbeitskraft besser ausschöpfen und erst noch von unserer Kreativität Gebrauch machen», erklärt ein Mitarbeiter im Spritzguss, der nun für die Mitarbeiterschulungen im Umgang mit UR-Robotern verantwortlich ist.

Joe McGillivray und sein Team arbeiten daran, weitere UR-Roboter in ihrer Produktion zu implementieren. Der nächste Schritt: das kleinere Modell, der kollaborierende Tischroboter UR3, soll direkt auf den Pressen installiert werden. «Die Anzahl der Anschlüsse und deren leichte Erreichbarkeit erleichtert uns das. Mit schnellen Werkzeugwechseln sollten wir in der Lage sein, auch starke Mengen-Mix-Schwankungen gut zu bedienen. Zudem wollen wir einen Roboterarm mit strukturiertem Lichtsystem integrieren, mit dem wir die Teile einer 360 Grad Kontrolle auf mikroskopischer Ebene unterziehen können», beschreibt der CEO bereits die nächste Anschaffung.