Echtzeitsteuerung: Flexibel automatisieren dank KI

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Montage-Anwendungen zu automatisieren ermöglicht Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil. Allerdings kann die gewünschte Flexibilität durch Roboter in der Montage ausbleiben, weil die Produktion nach ihnen ausgerichtet werden muss. Viele KMU können sich daher eine Automatisierung kaum leisten. Neue Steuerungsstrategien versprechen ein hohes Maß an Flexibilität für Montage­systeme – mithilfe von künstlicher Intelligenz.

Automatisierung ist längst in der wirtschaftlichen Realität angekommen. Doch nicht allen Fertigungsbetrieben gelingt es auf Anhieb, schnell und kostengünstig Tätigkeiten von Roboterhand mit Echtzeitsteuerung erledigen zu lassen. Dieser Umstand liegt weniger im Modernisierungswillen eines Unternehmens als in dessen Größe und Tätigkeitsbereich begründet – und den damit verbundenen Anforderungen an die Fertigung. Diese Beobachtung trifft vor allem auf kleine Unternehmen zu, die zahlreiche manuelle Tätigkeiten verrichten müssen – wie sie typisch für die Montage sind.

Planungssicherheit durch Echtzeitsteuerung

Dabei zahlt sich der Einsatz von Robotern in der Montage aus: Geht ein kleines Unternehmen diesen Schritt und automatisiert die meist mühevolle, monotone und dadurch fehleranfällige Handarbeit, profitiert es dauerhaft von konsistenter Produktqualität. Mitarbeitende werden von ergonomisch ungünstigen Arbeiten befreit und haben mehr Zeit für wertschöpfende Tätigkeiten. Die frei gewordenen Ressourcen sorgen so für mehr Flexibilität und Planungssicherheit.

Nicht die Produktion, sondern der Roboter muss intelligent sein

Das Ziel der Automatisierung, absolute Flexibilität, ist damit aber noch nicht erreicht: Arbeitsbereiche in der Montage lassen sich lediglich bis zu einem gewissen Grad automatisieren. Es gibt Trolleys für das Material und die Vorprodukte haben Fertigungstoleranzen, die menschliche Mitarbeiter nicht wahrnehmen, für Roboter aber ein unüberwindliches Hindernis darstellen. Es wäre äußerst kostspielig, die Materialzuführung so genau festzulegen, dass Roboter damit zurechtkämen. Werkstückträger und präzise gefertigte Vorrichtungen müssten gebaut oder konstruktive Veränderungen an Vorprodukten vorgenommen werden.

Ändert sich ein Parameter, ist die Montage-Anwendung hinfällig. Gemeint sind millimetergenaue Positionsabweichungen eines bestimmten Werkstücks oder gänzlich neue Werkstücke, die eingeführt werden – Varianzen, mit denen eine klassische Roboteranwendung überfordert ist. Im Umkehrschluss bedeutet dies, nicht die Montageproduktion intelligent zu gestalten, sondern den Robotereinsatz.

Cobots erleichtern Automatisierung

Gerade bei Montageanwendungen erweisen sich kollaborierende Roboter, kurz Cobots, als eine vorteilhafte Wahl, da sie weitaus flexibler sind als herkömmliche Industrieroboter. Cobots mit Nutzlasten bis zu 12,5 Kilogramm sind erschwinglich und vergleichsweise einfach zu programmieren. Das Problem mit der Präzision bleibt allerdings: Wird das Material mit Toleranzen in Form oder Position zugeführt, oder muss es in eine Maschine eingelegt werden, die nicht immer gleich stehen bleibt, hilft es nicht, dass der Roboter einfach zu programmieren ist. Im Zweifelsfall wird dann eine Kamera benötigt, die das Werkstück einmisst.

KI-getriebene Echtzeitsteuerung

Eine Alternative zum Vermessen einer Situation oder eines Werkstücks ist eine KI-getriebene Echtzeitsteuerung, so wie sie die selbstlernende KI-Software Mirai bietet. Dabei wird nicht versucht, einer Kamera ein festes Muster vorzugeben, das sie im Bild bei der Messung einmalig finden soll. Ein neuronales Netz sucht die für die Bewegung relevanten Merkmale selbst und steuert den Roboter anhand dieser Merkmale kontinuierlich durch seine Bahn. Das funktioniert in der Ausführung robuster als das Einmessen und erfordert kein Engineering mehr.

Das Erzeugen der eigentlichen Positionierungsfähigkeit gelingt Mitarbeitern so auch ohne KI-Kenntnisse. Der Kamera muss das Werkstück einige Male in typischerweise vorkommenden Varianten gezeigt werden. Ein Machine-Learning-Verfahren leitet dann aus Kamerabildern und gezeigten Positionen eine Art Bewegungsintuition für den Roboter ab, die ihm den Umgang auch mit unbekannten Situationen ermöglicht. Eine solche KI kann mühelos verschiedene Fähigkeiten lernen und in Echtzeit wieder abrufen.

Mobile Applikationen bieten zusätzliche Flexibilität

Mit der KI-Option wird die Automatisierung von Montagetätigkeiten auch für kleinere Betriebe praktisch umsetzbar. Zugleich bleiben die Kosten für Roboter, Werkzeug und KI-Steuerung überschaubar. Hierbei muss nicht die ganze Produktion roboterfähig gemacht werden. Zusätzliche Flexibilität bieten mobile Applikationen, bei denen ein Leichtbauroboter auf Rädern steht und an verschiedenen Montageplätzen eingesetzt werden kann.

Installiert werden derartige Systeme heute vor allem für Handling-, Montage- oder Testaufgaben, beispielsweise das Einlegen von Spritzgussteilen in Vorrichtungen für das Bedrucken und Einhängen von Federn. Bei diesen Anwendungen kommen spezielle Werkzeuge am Roboter zum Einsatz. Die Maschine und die KI-Steuerung werden vom Bediener vor Ort für die jeweiligen Aufgaben und Werkzeuge konfiguriert. Das übergeordnete Ziel liegt darin, größtmögliche Flexibilität in der Fertigung zu erlangen.

KI ist die Zukunft der Montage

KI-getriebene Anwendungen sind perfekt, weil sie nicht perfekt, sondern flexibel sind. Sie treffen Entscheidungen in Echtzeit. Diese Eigenschaft prädestiniert sie für die Automatisierung komplexer Montageanwendungen, bei denen das jeweilige Szenario nicht mehr in allen Schritten durchgeplant werden muss.

Der Einsatz dieser Schlüsseltechnologie in der Industrierobotik steht noch ganz am Anfang. So wird es in nicht allzu ferner Zukunft noch leichter möglich sein, Bewegungs-Know-how von Menschen auf Roboter zu übertragen. Eine Roboterhand wird wohl niemals die sensorische und haptische Präzision einer Menschenhand erreichen, doch mithilfe von KI-Anwendungen rückt dieses Ziel immer näher. Mitarbeitende können davon nur profitieren.

Der Autor Maximilian Mutschler ist Vice President Sales bei Micropsi Industries.

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