Fertigungsautomation: Roboter passen sich den Menschen an

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In der Fertigung ist die Arbeitsteilung zwischen Menschen und Robotern derzeit ziemlich klar definiert: Große, üblicherweise in Metallkäfigen untergebrachte Roboter betätigen schwere Maschinen und führen sich wiederholende Arbeitsabläufe aus, während die Menschen in weniger gefährlichen Umgebungen detailliertere Aufgaben verrichten.


Aber folgt man Julie Shah, Boeing Career Development Assistant Professor für Aeronautik und Astronautik am MIT, so könnten in zukünftigen Fertigungsstätten Menschen und Roboter Seite an Seite arbeiten und sich bei den anfallenden Arbeiten unterstützen. Shah stellt sich robotische Assistenten vor, die sich mit Aufgaben beschäftigen, die andernfalls die menschliche Effizienz beeinträchtigen würden, besonders in der Flugzeugfertigung.


Shah, die die Interactive Robotics Group an MITs Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) leitet, erklärt: „Wenn der Roboter Werkzeuge und Materialien bereitstellen kann, so dass die Person sich die Teile nicht mehr holen und dann wieder zum Flugzeug zurücklaufen muss, kann man die unproduktive Zeit der Person erheblich reduzieren  Es ist wirklich mühsam, Roboter dazu zu bringen, sorgfältige Nacharbeiten zu übernehmen, die von Menschen sehr gut ausgeführt werden. Aber indem man assistierende Roboter bereitstellt, die unproduktive Tätigkeiten ausführen, kann man tatsächlich die Produktivität der gesamten Fabrikanlage verbessern.“


Ein Roboter, der isoliert arbeitet, hat einfach nur einem Satz programmierter Befehle Folge zu leisten, um sich wiederholende Abläufe zu verrichten. Aber die Zusammenarbeit mit Menschen ist etwas anderes. So kann die Mechaniker, die an derselben Station einer Flugzeugfertigung arbeitet, jeweils eine unterschiedliche Arbeitsweise bevorzugen, und Shah sagt, dass sich ein robotischer Assistent  mühelos an den besonderen Stil des einzelnen Werkers anpassen müsste, um überhaupt einen praktischen Nutzen zu haben.


Jetzt haben Shah und ihre Mitarbeiter am MIT einen Algorithmus entwickelt, der es einem Roboter ermöglicht, schnell die individuellen Präferenzen bei einer bestimmten Aufgabe zu erkennen und sich entsprechend anzupassen und dabei zu helfen, die Aufgabe zu Ende zu bringen. Die Gruppe nutzt diesen Algorithmus in Simulationen, die auf das Zusammenspiel von Menschen und Robotern vorbereiten. Sie wird die Ergebnisse ihrer wissenschaftlichen an der Robotics: Science and Systems Conference in Sydney im Juli präsentieren.


Das Konzept wurde in der Praxis am Zusammenbau des wichtigsten Strukturbauteils am Flugzeugflügel getestet. Im üblichen Fertigungsprozess werden zwei Teile des Flügels eingefluchtet. Dann füllt der Mechaniker Dichtmasse in die schon angebrachten Bohrungen, schlägt Niete hinein, um die beiden Teile zu sichern und beseitigt überflüssige Dichtmasse. Der ganze Ablauf kann in hohem Maße individualisiert sein. So kann ein Mechaniker jedes Bohrloch mit Dichtmasse versehen, bevor er die Niete einschlägt, während ein anderer vielleicht erst einmal eine Bohrung komplett bearbeiten will, bevor er sich der nächsten widmet. Die einzige Einschränkung gebietet die Dichtmasse, die innerhalb von drei Minuten abtrocknet.


Die Wissenschaftler sagen, dass Roboter wie FRIDA von ABB so programmiert werden könnten, dass sie diesen Prozess unterstützen. FRIDA ist ein flexibler Roboter mit zwei Armen, die eine große Reichweite bieten. Er lasse sich so steuern, so Shah, dass er die Nieten einschlägt oder die Dichtmasse anbringt, je nach den persönlichen Vorlieben des Werkers.


Damit der Roboter die menschlichen Aktionen antizipiert, haben die Wissenschaftler ein digitales Modell in Form eines Entscheidungsbaums entwickelt. Jede Verzweigung am Baum repräsentiert eine Auswahlmöglichkeit für den Werker, etwa nach dem Einbringen des Dichtmittels weiter zu nieten oder die nächste Bohrung zu dichten.


Mithilfe des Modells unternahm die Gruppe Experimente, indem sie einem Laborroboter beibrachte, die individuelle Kette der Präferenzen zu beobachten. Hatte dann der Roboter die bevorzugte Abfolge erkannt, konnte er sich schnell anpassen, also entweder das Dichtmittel verwenden oder die Bauteile mit den Nieten zu befestigen entsprechend den jeweiligen Vorlieben.


In einer realen Fertigungsumgebung imaginiert Shah Roboter und Menschen, die sich abseits der Fertigungsablage einem ersten Training unterziehen. Wenn die Roboter einmal über die Gewohnheiten der Menschen bescheid wissen, lassen sie sich so programmieren, dass sie diese Person erkennen und den passenden Aufgabenplan in Gang setzen. Shah führt weiter aus, dass viele Werker bereits RFID-Tags tragen, eine Möglichkeit für die Roboter, Individuen zu erkennen.


Bild: Professor Julie Shah mit Studenten Ron Wilcox (links) und Matthew Gombolay beim Koordinieren des Zusammenspiels von Roboter und Mensch. Photo: William Litant/MIT

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