Text: Franz Roiderer (Redaktion) und J. Schmalz GmbH

KMU haben bei Automatisierung Nachholbedarf

Aber vor allem kleine und mittlere Unternehmen (KMU; Jahresumsatz von bis zu 50 Millionen Euro, weniger als 250 Mitarbeitende) scheuen sich davor, Prozesse zu automatisieren. Dabei sind 99 Prozent der Unternehmen in Deutschland KMU, insgesamt rund 2,5 Millionen Unternehmen. 700.000 davon sind im produzierenden Gewerbe tätig. Aber nur fünf bis sieben Prozent der Arbeitsplätze in diesen Unternehmen sind automatisiert, denn KMU sorgen sich oft, dass sich Automatisierung nicht lohnen würde, dass sie unflexibel sei und dass sie mit den steigenden Anforderungen an die Produktion nicht mitwachsen könnte. Den geringen Automatisierungsgrad von KMU verdeutlicht auch ein Vergleich mit der Automobilindustrie, dem Vorreiter der Industrie 4.0. Während dieser Wirtschaftszweig mittlerweile einen Automationsgrad von rund 90 Prozent aufweist, setzen viele kleine und mittelständische Betriebe immer noch auf manuelle Prozesse.

Das „Solution Kit ivOS Sheet Metal“ der J. Schmalz GmbH soll Unternehmen diese Sorgen nehmen: Laut dem Hersteller ist es wirtschaftlich einsetzbar, nimmt den Mitarbeitenden körperlich belastende Arbeiten ab und lässt sich sehr einfach in das Produktionsumfeld von kleinen und mittleren Blech verarbeitenden Betrieben integrieren.

Erkennen, greifen, ablegen

Metall bearbeitende Betriebe stehen vor mehreren Herausforderungen: Die Werkstücke unterscheiden sich häufig sehr stark und die Losgrößen sind nur klein. Die Betriebe stehen unter hohem Kostendruck und finden immer weniger Personal, das die anstrengenden und nicht selten monotonen Tätigkeiten in der Blechbearbeitung übernehmen will. Der Einsatz von Robotern könnte hier Abhilfe schaffen und nachhaltig für eine Verbesserung sorgen. Doch die klassischen Robotersysteme und Bin-Picking-Lösungen haben sich oft als wenig erfolgreich erwiesen. Die bislang eingesetzten Roboter haben meist die Aufgabe, ein Werkstück mit immer derselben Bewegung von Position A nach Position B zu transportieren. Für eine Vielzahl von praktischen Anwendungen aber reichen diese starren Bewegungsmuster nicht aus.

Somit ist die menschliche Arbeitskraft für das anstrengende und zugleich monotone Be- und Entladen von Blechbearbeitungsmaschinen weiterhin unverzichtbar. Aber auch das Einlernen neuer Werkstücke ist aufwendig und erfordert meist zwei Spezialisten: zum einen die Fachkraft für Bildverarbeitung beziehungsweise 3-D-Sensorik und zum anderen den Roboter-Profi für die Programmierung, denn auch die Greifer müssen je nach Bedarf gewechselt und die Steuerung angepasst werden.

Eigenes Betriebssystem steuert die Komponenten

Die Schmalz GmbH will mit ihrem „Solution Kit ivOS Sheet Metal“ das Blechteile-Handling automatisieren. Das „Solution Kit“ der Vakuum-Experten aus dem Schwarzwald besteht aus neuester 3-D-Kamera-Technik, dem Vision-Operating-System ivOS sowie einem hochflexiblen Matrixgreifer. „ivOS“ ist ein eigens entwickeltes Betriebssystem, mit dem verschiedene Komponenten wie Greifer, Kameras, Pick-Software und Roboter unterschiedlicher Hersteller einfach verbunden und gesteuert werden können. Das Betriebssystem verfügt über Schnittstellen, die einen effizienten Datenaustausch in Echtzeit beispielsweise mit Lagerverwaltungssystemen ermöglichen.

Der adaptive Matrixgreifer besteht aus sieben Modulen mit jeweils zwölf Saugern, die zu einem flexiblen Flächengreifer verblockt sind. Die insgesamt 84 Saugstellen passen sich automatisch an wechselnde Geometrien der Werkstücke an, jede Saugstelle wird dabei einzeln angesteuert. Das bietet Anwendern maximale Flexibilität beim Handling von unterschiedlichen Blechen, aufwendige Greiferwechsel lassen sich auf ein Minimum reduzieren. Die Software übernimmt die komplette Prozessplanung, berechnet den nächstbesten Greifpunkt und steuert den Roboter kollisionsfrei vom Greifen des Werkstücks bis zum Ablegen am Zielort.

Der Anwendungsbereich des Systems umfasst das automatisierte Be- und Entladen von Schleif-, Entgrat- und Richtmaschinen mit Blechteilen nahezu jeglicher Form. Bis zu 500 Blechteile können pro Stunde bewegt werden bei einem Werkstückgewicht bis zu 24 Kilogramm und einer Werkstückdicke von 0,8 bis 20 Millimeter. Das Größenspektrum reicht von der Visitenkarte bis hin zur Europalette.

Ein lernendes System

Da die Ansteuerung dieses universell einsetzbaren Greifsystems komplex ist, übernimmt eine lernende KI (Künstliche Intelligenz) die Aufgabe. Sie erkennt über ein Kamerasystem die unbekannten Werkstücke und steuert den Greifer so an, dass er das Blech bestmöglich aufnehmen kann. Anschließend überwacht das Betriebssystem ivOS die Griffqualität während des Handhabungszyklus und navigiert den Roboter mit dem Produkt kollisionsfrei an die Zielablage. Das alles passiert autonom, ohne dass die Nutzerinnen und Nutzer Fachkenntnisse zur Bedienung der Anlage benötigen.

Die Software-Plattform ivOS arbeitet dabei mit Greifern, Kameras, Pick-Software und Robotern unterschiedlicher Hersteller zusammen, die sich so einfach verbinden und in Echtzeit steuern lassen. Damit können zukünftig auch weitere Anwendungen leichter automatisiert werden. Einzelne Softwaremodule wie beispielsweise die Pick-Software können zur kontinuierlichen Verbesserung – auch nachträglich – ausgetauscht werden.

Laut Schmalz amortisiert sich die Investition in „ivOS Sheet Metal“ innerhalb von zwei Jahren bei einer Steigerung der Produktivität um 90 Prozent, da statt zwei Personen nur noch eine zur Bedienung und Beladung der Maschine erforderlich ist. 85 Prozent des Teilespektrums seien automatisierbar, dadurch dass unbekannte Blechteile ohne vorheriges Anlernen der Maschine erkannt werden könnten. Nicht zuletzt kann die Automatisierung die Beladungsprozesse auch sicherer machen. „ivOS Sheet Metal“ scannt kontinuierlich die Umgebung, nimmt jedes Bauteil zuverlässig auf und legt es sicher und kollisionsfrei auf der Maschine ab.