Die Europäische Robotik-Initiative zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit von KMU in der Produktion

Kompaktes, modulares Robotersystem als Schreinereiassistent

Abschluss-Präsentation Stuttgart, 07./08. Mai 2009

Dr. Manfred Dresselhaus

Übersicht • Schreinereiassistent - Demonstrator D4 – Ziele, Partner und Rollen – Der Ist-Zustand – Demonstrationszelle

• Integrierte Geräte & Module • Aktueller Status

– Demonstrationsablauf – Bewertung und Ausblick

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Ziele, Partner & Rollen Ziele des Demonstrators

Struktur der Lieferkette

• universelles Werkzeug für kleine Schreinereien • intuitive Kommandierung & Programmierung • schnelle & einfache Umrüstung • geeignet für Losgröße 1 & Kleinserien • wirtschaftliche Lösung für kleine Schreinereien • verbesserte Arbeitsbedingungen & Ergonomie Roboterhersteller

Reis Robotics

Systemintegrator

Reis Robotics

Anwender

Demonstrator

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Schreinerei Som

Schreinereiassistent

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Partnerprofile - Reis Robotics • Kernkompetenzen in der Automatisierung - Entwicklung und Produktion von IndustrieRobotern - Entwicklung von Steuerungen für Roboter und Systeme - Einbindung von Sensoren - Entwicklung und Produktion komplexer Roboterwerkzeuge - Projektierung von Großanlagen - Integration von innovativen Technologien

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Partnerprofile - Schreinerei Som • Gründung in 1975 • Ansässig in Michelstadt (Odenwald) • Geschäftstätigkeiten – – – – –

Holzarbeiten: Schwerpunkt Innenausbau Möbel Baubereich: Fenster, Türen, Holzdecken, Fußböden Automatisierungsgrad sehr gering - keine Serienfertigung Arbeiten erfolgen vorwiegend in manueller Tätigkeit

• 5 Beschäftigte (2 Schreinermeister, 1 Geselle und 2 Auszubildende)

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Übersicht • Schreinereiassistent - Demonstrator D4 – Ziele, Partner und Rollen – Der Ist-Zustand – Demonstrationszelle

• Integrierte Geräte & Module • Aktueller Status

– Demonstrationsablauf – Bewertung und Ausblick

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Der Ist-Zustand – Produkte • Möbelanfertigung nach Kundenwunsch

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Der Ist-Zustand – Produkte • Innen- und Außentüren

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Der Ist-Zustand – Infrastruktur • Arbeitsumgebung und -Abläufe

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Der Ist-Zustand – Prozesse • Typische Holzbearbeitungsaufgaben Sägen

Bohren

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Fräsen

Hobeln

Lackieren

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Der Ist-Zustand – Maschinen & Werkzeuge • Typische Maschinen und Werkzeuge

Stationäre Maschinen

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Handwerkzeuge

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Übersicht • Schreinereiassistent - Demonstrator D4 – Ziele, Partner und Rollen – Der Ist-Zustand – Demonstrationszelle

• Integrierte Geräte & Module • Aktueller Status

– Demonstrationsablauf – Bewertung und Ausblick

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Demonstrationszelle - Struktur

• Zellenausrüstung • Handwerkzeuge • Werkstücke

• • • • •

Roboter RV20-16 Werkzeug-Adapter 6D Maus Applikationsblätter Skizzen-Editor

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• 3D Modeller

• 3D PMD-Kamera (Sicherheit) • Spracheingabe

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Demonstrationszelle - Aktivitäten • Demonstratorzelle in der Schreinerei Som – Zellenaufbau im April 2007 – Automatica Exponat im Juni 2008 (Teilfunktion) – Integration von Geräten und Modulen bis Ende 2008 – Workshops mit Anwendern Ende Januar 2009 – Bewertung und Optimierung noch bis Projektende

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Demonstrationszelle - Endzustand Endzustand der Demonstratorzelle (30. Jan. 2009) • In Schreinerei Som: Komplett-Version des Demonstrators

• Am Fraunhofer IPA: Reduzierte Version des Demonstrators zur Präsentation eines Teils der Funktionalitäten

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Integrierte Geräte - Werkzeugadapter • Adapter zum Befestigen von Handwerkzeugen • Bohrmaschine

• Oberfräse

• Sprühpistole

Weitere bewertete Werkzeuge

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Integrierte Geräte - 6D Maus • 6D Maus zur intuitiven Roboterführung – Am Programmiergerät befestigt (links) – Direkt am Roboter/Werkzeug befestigt (rechts)

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Integrierte Geräte - 3D Modeller • 3D Modeller zum Einscannen nicht digitalisierter Teile – Per Werkzeugadapter am Roboter befestigt – Durch den Bediener per 6D Maus manuell geführt (links) – Durch den Roboter automatisch geführt (rechts)

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Integrierte Module - Applikationsblätter • Bedienschnittstelle für Fräsen, Bohren und Lackieren – Beispielhafte Bildschirmdarstellung

Bohren

Fräsen

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Lackieren

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Integrierte Module - Skizzen-Editor • Benutzer-Schnittstelle des Skizzen-Editors – Beispielhafte Bildschirmdarstellung

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Übersicht • Schreinereiassistent - Demonstrator D4 – Ziele, Partner und Rollen – Der Ist-Zustand – Demonstrationszelle

• Integrierte Geräte & Module • Aktueller Status

– Demonstrationsablauf – Bewertung und Ausblick

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Arbeitsablauf in der Demonstration • Demo 1: Herstellung einer Tischplatte – Erzeugen einer Handskizze mit Papier und Stift – Einscannen & Nachbearbeitung mit Grafikprogramm am PC – Werkzeugwechsel auf Oberfräse – Erzeugen des Roboter-Fräsprogramms – Fräsen des Rohteils durch den Roboter – Werkzeugwechsel auf Bohrmaschine – Erzeugen des Roboter-Bohrprogramms – Bohren der Löcher für die Befestigung der Tischfüße – Werkzeugwechsel auf Sprühpistole – Erzeugen des Roboter-Lackierprogramms – Lackieren der Tischplatte mit erzeugtem Sprühmuster Abschluss-Präsentation Stuttgart, 07./08. Mai 2009

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Arbeitsablauf in der Demonstration • Demo 2: Reproduktion eines nicht digitalisierten Bauteils (Herstellung eines Bettfußes) – Einscannen des Bauteils mit 3D-Modeller – Programmierung der Fräskontur mit Skizzen-Editor – Projektion der Kontur auf das Bauteil – Reproduktion des eingescannten Teils durch Fräsen mit Oberfräse am Roboter

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Arbeitsablauf in der Demonstration • Demo 3: Sicherheit – Roboter läuft normalerweise mit nomineller (programmierter) Geschwindigkeit (z.B. beim Bohren eines Werkstücks) – eine Person betritt den Arbeitsraum • Roboter fährt langsamer / hält an

– die Person verlässt den Arbeitsraum • Roboter fährt mit nomineller Geschwindigkeit

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Übersicht • Schreinereiassistent - Demonstrator D4 – Ziele, Partner und Rollen – Der Ist-Zustand – Demonstrationszelle

• Integrierte Geräte & Module • Aktueller Status

– Demonstrationsablauf – Bewertung und Ausblick

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Bewertungsprozess Bewertungs-Prozess des Schreinerei-Assistenten • Anwender-Bewertung bei Präsentationen und Workshops – Ausgefüllte Fragebögen durch die Teilnehmer

• Sozio-ökonomische & wirtschaftliche Bewertung durch Schreinerei Som – Sozio-ökonomisches Interview – Wirtschaftliche Bewertung durch LCC-Tool

(LCC=Life Cycle Costing; Bewertung der Kosten über die gesamte Benutzungszeit)

• Technische Bewertung durch Anwender – Metriken, Bewertung durch Schreinerei Som

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Anwender-Bewertung - Workshops • D4 Bewertungs-Workshop mit CETIM (28. Jan. 2009)

• Teilnehmer: Fa. CETIM (Frankreich), Preforme (französisches KMU)

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Anwender-Bewertung - Workshops • D4 Abschlusspräsentation & Bewertungs-Workshop (30. Jan. 2009) • Teilnehmer: Schreiner und Verbandsvertreter (Deutschland)

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Anwender-Bewertung - Fragebögen Insgesamt 20 Bewertungen, davon 11 aus holzverarbeitenden Unternehmen: „

Ladenbau: 2

„

Innenausbau, Möbelbau: 8

„

Wohnungsbau: 3

„

Treppenbau: 1

„

Schiffbau (Produktion von Formen aus Holz): 1

Betriebsgrößen: Anzahl Beschäftigte:

keine Angabe

1 - 10

11 - 20

21 - 50

51 -120

700

1

6

1

2

4

6

Häufigkeit:

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Anwender-Bewertung - Fragebögen Qualitatives Feedback - Aussagen der Teilnehmer Positiv

Negativ

• Einfache Bedienung • Betrieb ohne Schutzzaun • Programmierung vorteilhaft (TouchScreen) • Verwendete Begriffe, Bezeichnungen, Abkürzungen und Symbole in den Menüs gut verständlich • Für Anfänger und Experten geeignet • Leicht erlernbar • Ermutigt, neue Funktionen auszuprobieren • Scan mit dem 3D-Modeller

• Rüstzeiten zu lang • Programmierung und Handhabung sollte flexibler sein • Eindruck, dass es große Mühe kostet um falsche Eingaben zu korrigieren • Werkzeugwechsel zu kompliziert • Hilfe-Software notwendig • Genauigkeit nicht ausreichend • Zu teuer • Wirtschaftliche Vorteile nicht ersichtlich

Gewünschte Gewünschte Verbesserungen Verbesserungen •• Automatischer Automatischer Werkzeugwechsel Werkzeugwechsel •• Keine Keine Handwerkzeuge Handwerkzeuge verwenden verwenden Abschluss-Präsentation Stuttgart, 07./08. Mai 2009

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Anwender-Bewertung - Sozio-ökonomisch Sozio-ökonomische Auswirkungen - Graphischer Überblick

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Anwender-Bewertung - Wirtschaftlich Exemplarisch: Vergleich des Kapitalwerts

(net present value)

Annahmen • Kleinserie (Tischplatten) (Los 10) • 150 Aufträge / Jahr • Roboter arbeitet unabhängig

Amortisationsdauer (Vergleich manuelle Arbeit) ca. 1,5 Jahre Amortisationsdauer (Investment) weniger als 1 Jahr Abschluss-Präsentation Stuttgart, 07./08. Mai 2009

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Ausblick Kern-Aussagen für den Schreinerei-Assistenten • Welches ist die grundlegende Aussage des Schreinerei-Assistenten? – Roboter als vielseitiges Werkzeug in einer handwerklichen Schreinerei

• Anwendungen: Was wurde gezeigt, Relevanz zur Praxis? – Produktionsschritte im normalen Arbeitsablauf einer Schreinerei: Fräsen, Bohren und Lackieren

• Welches sind die Haupt-Innovationen des Schreinerei-Assistenten? – Flexibler Werkzeugadapter – Neue Eingabegeräte (Touchscreen, Sprache) – intuitive Benutzer-Schnittstellen

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Ausblick Kern-Aussagen für den Schreinerei-Assistenten • Wichtige Ergebnisse anhand von Metriken, durch Vergleiche? – Produktionszeiten: geringfügig schneller (< 10%), aber Verbesserungen bzgl. Arbeitsbelastung und Ergonomie (bei Losgröße 1) – Genauigkeit: vergleichbar mit manueller Arbeit; höhere Wiederholgenauigkeit – Kosten: schnelle Amortisation (1,5 Jahre) bei Kleinserien-Fertigung – Kosten: Gebrauch des Roboters für mehrere Aufgaben macht Roboter erschwinglich

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Ausblick Kern-Aussagen für den Schreinerei-Assistenten • Künftiger Nutzen für KMU? – – – –

Vergleichbare Genauigkeit (bezogen auf manuelle Arbeit) Verbesserte Arbeitsbedingungen (Staub & Sprühnebel) Verbesserte Wiederholgenauigkeit (bei Serienproduktion) Erhöhte Vielseitigkeit (schnelle und einfache Umrüstung)

• Nutzen für andere? – Übertragung auf andere Anwendungsbereiche, z.B. auf Schweißen, LaserSchneiden, Fertigung von Faserwerkstoffen etc.

• Wie werden die Ergebnisse für andere zugänglich gemacht? – Fließen in Standardprodukte ein; damit in anderen Applikationen verfügbar

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Ausblick • Realistischer künftiger Anwender-Nutzen

• Roboter als vielseitiges und flexibles Werkzeug in holzverarbeiteten KMU • Roboter wird KEIN Ersatz für CNC-Maschinen sein

• Mögliche Vermarktungsstrategien für die Projektergebnisse - kurzfristig (1+ Jahre)

- Teil der Funktionalitäten wird in die Reis Robotersteuerung integriert

- mittelfristig

(5+ Jahre)

- Erste KMU-Pilotanlagen könnten an Pilot-Kunden ausgeliefert werden

- langfristig (8+ Jahre)

- Roboter für KMU könnten sich zu gängigen Produkten entwickeln

• Transfer in andere Industrien

• Integration in Standardprodukte; damit in anderen Industrien verfügbar

• Erreichen von KMU, Kampagnen zur Verbreitung

• KMU-Netzwerke, Abschluss-Video, Messen (z.B. Automatica), Homepage

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Diskussion

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Beteiligte Projektpartner:

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