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Mission Ressourceneffizienz … … der Mensch gibt den Takt an

: Profactor GmbH


Beim Gedanken Ressourceneffizienz bezieht sich die herkömmliche Vorstellung meist nur auf die Bereiche Energie- und Rohstoffverbrauch. Die Ressourcen Mensch/Arbeitskraft, Zeit, Platz, Materialien oder einem Bedarf angepasste technische Dimensionierungen werden gerne vernachlässigt oder gar übersehen. Die in Steyr beheimatete Forschungsschmiede PROFACTOR hat es sich zur Aufgabe gemacht, für produzierende Unternehmen Ressourcenpotentiale aufzuspüren und hinsichtlich ihrer Effizienz zu entfalten – ganz zum Nutzen für den Menschen und mehr Wirtschaftlichkeit.

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Dr. Andreas Pichler, Geschäftsführer von PROFACTOR

Dr. Andreas Pichler, Geschäftsführer von PROFACTOR

Im Gespräch mit Dr. Andreas Pichler, Geschäftsführer von PROFACTOR und Dipl.-HTL-Ing. Manfred Reiter, Leiter des Geschäftsbereiches Innovative Energiesysteme bei PROFACTOR, erörtert Luzia Haunschmidt, Leiterin der x-technik-AUTOMATION, die Missionen des Unternehmens für mehr Wettbewerbsfähigkeit unter der Prämisse Ressourceneffizienz.

Herr Dr. Pichler, wo sehen Sie als Robotik-Experte beim Faktor Mensch/Arbeitskraft in nächster Zukunft Ressourcen schonende Neuentwicklungen? Und wie würden Sie deren Auswirkungen auf die Industrie bewerten?

Dr. Pichler:
In der Produktion sieht PROFACTOR den Trend des immer größer werdenden Variantenreichtums von Produkten, d. h. stetig sich kleiner gestaltender Losgrößen stehen komplex entwickelte Produkte gegenüber. Um dieses Szenario bewältigen zu können, wird ständig größer werdende Flexibilität in der Produktion verlangt. Flexibilität bedeutet Wandlungsfähigkeit – flexibel eine Maschine auf verschiedene Bedarfe rasch umstellen zu können. Um wandlungsfähig bzw. flexibel zu werden, setzt man auf Automatisierung und auf den Faktor Mensch. Da es die Vollautomatisierung eines derart flexiblen Produktionsequipments noch nicht gibt, benötigt man für etliche Teilaspekte der Fertigung das menschliche Arbeitsvermögen. Dem gegenüber stehen allerdings zwei Aspekte: Der Eine ist, dass – laut demografischen Erkenntnissen - der junge, kräftige, gesunde und stressresistente Industriearbeiter bald so selten sein wird wie das Erdöl. Der andere Punkt sind die Stückkosten
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Dipl.-HTL-Ing. Manfred Reiter, Leiter des Geschäftsbereiches Innovative Energiesysteme bei PROFACTOR

Dipl.-HTL-Ing. Manfred Reiter, Leiter des Geschäftsbereiches Innovative Energiesysteme...

aus rein manueller Arbeit – diese haben ihren Preis. An dieser Stelle beginnt sich die Arbeit eines assistierenden Roboters in mehrerer Hinsicht zu rechnen, wenn man es schafft, kleinere Stückzahlen kosteneffizient zu produzieren, indem man den Menschen mit der Maschine „verbindet“.

Dazu gibt es Ansätze im Bereich der Assistenzrobotik, d. h. die menschliche Arbeitskraft mit der Maschine zu koppeln. PROFACTOR entwickelt dazu Assistenzsysteme, die Menschen und Roboter als Kollegen kooperieren lassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Automatisierungslösungen gibt der Mensch den Takt an, nicht die Maschine. Also, der Mensch mit seiner Intelligenz und Problemlösungskapazität übernimmt filigrane und wertschöpfungsrelevante Tätigkeiten – der Roboter assistiert ihm mit Kraft und Genauigkeit. Somit wird der Arbeiter, der sich um schwere Teile in der Schütte bückt, in der Fabrik der Zukunft obsolet. In dieser Hinsicht kommt das Thema der Ergonomie zu tragen. Denn auf diese Weise wird der Mensch in seiner Tätigkeit unterstützt, was seiner Rüstigkeit und Einsetzbarkeit bis ins höhere Alter entgegenkommt.

Eines unserer aktuellen Beispiele dazu ist unser Projekt „LOCOBOT“ – hier forscht PROFACTOR mit Partnern an der Entwicklung eines „Low Cost Robot Co-Workers“. Dieser kostengünstige Roboter-Mitarbeiter wird ein „Baukasten“ von Plug & Produce-Modulen sein. Intelligente Aktuatoren und Sensoren werden nicht nur eine sichere und effiziente Mensch-Maschine Kooperation ermöglichen. Die Nebeneffekte des intelligenten und adaptiv lernfähigen Systems sind höhere Flexibilität, Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit. Das ermöglicht eine qualitativ höherwertige und kundenspezifischere Produktion – nicht nur für
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PROFACTOR entwickelt gemeinsam mit FerRobotics Assistenzsysteme, die Menschen und Roboter als Kollegen kooperieren lassen.

PROFACTOR entwickelt gemeinsam mit FerRobotics Assistenzsysteme, die Menschen...

große Unternehmungen, auch kleinen Manufakturen mit geringen Produktvolumina und hoher Kundenspezifität bietet der Robot Co-Worker eine gute Chance effizienter und kostengünstiger zu produzieren.

Güter mit ressourceschonenden Eigenschaften zu entwickeln sollte zur Prämisse werden. Schon bei den ersten Schritten einer Produktidee, sollte ja dieser Gedanke in der Umsetzung zu Tragen kommen …

Dr. Pichler:
Dem stimme ich absolut zu. Dahingehend ist eine der Grundlagen für die Erstellung nachhaltiger Erzeugnisse die Bereitstellung bzw. der Wissenstransfer von Kenntnissen und Informationen über ein Unternehmen und dessen zu produzierende Güter in ihrem gesamten Variantenreichtum. Mehrere Fragen eröffnen sich dazu, nämlich, wie man die dazu vorhandenen Informationen in das gesamte Unternehmen übertragen, wie man Wissen spezifischer Unternehmensbereiche „modellieren“ und vor allem, wie man Wissen darstellen kann, damit übergreifende Produktion möglich ist. D.h., dass man sich nicht mehr nur lokal auf bestimmte Fertigungsprozesse alleine konzentriert, sondern dass die Auswirkungen einer Änderung sofort in nachfolgende Prozesse ersichtlich sind.

Die Generierung dieser Wissenstransparenz ermöglicht eine Produktion in ihrer Gesamtheit darzustellen, was nicht nur enorme Material-, Raum-, Zeit- oder Ausstattungs-Ressourcen frei macht, sondern sich natürlich auch
in der Reduzierung der Kosten niederschlägt.

Nun, dazu werden ja klassische Wissensmanagement-Methoden per Software von großen Anbietern bereits geboten, wie beispielsweise ERP-Software zur Einsatzplanung der in einem Unternehmen vorhandenen Ressourcen sowie PLM-Software als strategisches Konzept zum Management von Entwicklung und Produktion eines Produktes über seinen gesamten Lebenszyklus. Inwieweit ist dazu außerdem mit der Unterstützung von PROFACTOR auf diesem Gebiet zu rechnen?

Dr. Pichler:
PROFACTOR beschäftigt sich hierzu einerseits mit der Modellierung und Visualisierung von Prozesswissen mittels intuitiver Darstellung. Das kann die Simulation und daraus folgende Optimierung eines Produktionsvorganges samt der dafür notwendigen logistischen Planung oder auch den nachfolgenden Transport betreffen. Aber auch für die Optimierung sämtlicher Supply-Chain-Management-Vorgänge bieten wir Planungstools an. Mittels einer Prozesssimulierung – für welche Bereiche auch immer – ist man in der Lage, Anlagen noch in ihrer Experimentier- und Konstruktionsphase auf ihre Wirtschaftlichkeit hin in jeder Hinsicht zu testen und gegebenenfalls ohne Kosten- und mit minimalem Zeitaufwand zu ändern.

Dipl.-HTL-Ing. Reiter:
Ein Großteil der Kostenersparnis kann auch durch die optimierte Planung des Zusammenspiels der einzelnen Stationen eines Fertigungsprozesses gewonnen werden. Sieht man sich dazu die Kette vom Produktdesign – wo der größte Kosten-Hebel sitzt – durchgehend bis zur Qualitätskontrolle an, so ergeben sich enorme Einsparungspotenziale, die sich massiv auf die Kostenstruktur auswirken. PROFACTOR setzt auch am Beginn der Kette, also dem Produktdesign an, und prüft mittels Finite Elemente Berechnung Einsparungsmöglichkeiten an Materialen z. B. bei Werkzeugen. Auch ganze Maschinenkonzepte für
die Mikrozerspanung werden bei uns mittels Finite Elemente Berechnung weiterentwickelt um beispielsweise eine Gewichtsreduktion der Bauteile bei gleichzeitiger Steifigkeitserhöhung zu erreichen.

Dr. Pichler:
Andererseits befassen wir uns bei PROFACTOR ebenso mit dem Lernen von Inspektionsaufgaben in der Qualitätsprüfung. D.h. wird eine Qualitätsprüfung durchgeführt, wird der menschliche Entscheider selbst sich sicher im Bereich eines „Grenzmusterkataloges“ halten – was für eine perfekte Prüfung nicht ausreichend ist, da die Entscheidungsregeln sehr individuell vom Einzelnen abhängig sind.

Was PROFACTOR dazu bietet sind Systeme, welche parallel „mitlernen“ – sie bilden das menschliche Wissen in einem mathematischen Modell ab. D. h. das letztendlich das Wissen per Daten hinterlegt ist, worauf z. B. bei einem Variantenwechsel ein Mitarbeiter zurückgreifen kann und darauf aufbauend die Maschine mit neuen Mitarbeitern ohne Zeitverlust bedienen kann.

Für welche Inspektionsbereiche ist diese Software verfügbar?

Dr. Pichler:
Die Software kann klassischerweise für Oberflächeninspektionen eingesetzt werden, aber auch für thermografische Überprüfungen oder andere Prozesserhebungen wie die einer Vollständigkeitskontrolle.

Ein weiteres Thema der Ressourceneffizienz ist der Energieverbrauch. Welche Möglichkeiten sieht PROFACTOR beispielsweise um den Energiekonsum von Industrierobotern zu senken?

Dr. Pichler:
Um z. B. Maschinen effizienter gestalten zu können, gibt es gute Ansätze in der Planung von Roboterprozessen um weniger Energie zu verbrauchen. PROFACTOR testet hierzu Roboterprozesse in Offline-Simulationen. Der Energieverbrauch ist dadurch aber nur marginal zu senken. Interessanter wird es beim Einsatz neuer Robotertechnologien, die über weniger Masse verfügen und somit weniger Energie für Ihre Bewegungsabläufe benötigen. Hierzu arbeiten wir mit Leichtbau-Roboterherstellern wie FerRobotics zusammen – diese Unternehmen liefern die Hardware, während wir auf der Software-Ebene operieren.

Bekannt ist auch, dass mittels Einsatz neuer Materialien Ressourcen geschont werden können. Dem Thema Nanotechnologie widmet sich PROFACTOR bereits etliche Jahre – mit welchen Entwicklungen können Sie in dieser Hinsicht auf der Material-Ebene der Industrie zu mehr Ressourceneffizienz verhelfen?

Dr. Pichler:
Das ist richtig, dem Thema Materialbeschichtungen – spezifisch der Nanobeschichtung – widmet sich PROFACTOR schon einige Jahr. Zum Beispiel für den Bereich der Werkzeugbeschichtungen. Fakt ist, dass eine derartige Beschichtung an Werkzeugen deren Reinigung wesentlich erleichtert, d. h. eine Säuberung der im Produktionsprozess verwendeten Werkzeuge kann nun in viel größeren Abständen bzw. unter Einsatz von weniger Reinigungsmittel erfolgen. Dazu verwendet PROFACTOR primär die Sol-Gel-Technologie, die es erlaubt, maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften mit sehr dünnen Beschichtungen zu realisieren.

Oft ist auch der Einbau von Nanopartikeln oder die Kombination mit organischen Verbindungen hilfreich. Damit kann man nahezu alle in der Chemie verfügbaren Eigenschaften auf Oberflächen übertragen. Setzt man
beispielsweise teflonartige Substanzen zu, erhält man hydrophobe Eigenschaften, und kann dadurch – wie bereits erwähnt – eine sogenannte Easy-to-Clean-Beschichtung erreichen. Taucht man nun beispielsweise ein Werkzeug in die maßgeschneiderte Sol-Gel-Chemie ein, dann bleibt die Lösung auf der Werkzeugoberfläche haften, trocknet aus und es bildet sich eine Schicht, die die gewünschte Oberflächeneigenschaft erzeugt.

Die Sol-Gel-Technologie lässt sich auf sämtlichen Oberflächen aus Metall, Kunststoff, Holz oder auch Holz-Kunststoff-Verbindungen anwenden.

Können auch noch andere Eigenschaften neben dem Lotus-Effekt durch die Sol-Gel-Chemie erreicht werden?

Dipl.-HTL-Ing. Reiter:
Durchaus – wir können mit dieser Technologie auch Oberflächenbeschaffenheiten wie Kratzfestigkeiten oder höhere Widerstandsfähigkeiten erzielen. Das hat zur Folge, dass z. B. Werkzeuge oder Platten aus einem weniger hochwertigem Material erzeugt werden können und trotzdem keine Qualitätseinbußen aufweisen. Das ergibt auf der Materialebene ressourcenschonende Effekte und auch die Kostenseite fällt günstiger aus.

Das weltweit zunehmende wirtschaftliche Wachstum steht im krassen Gegensatz zur zunehmenden Verknappung der vorhandenen Rohstoffe. Ist dies ein Thema, mit dem sich Ihre Forschungsschmiede auseinandersetzt?

Dipl.-HTL-Ing. Reiter:
Auch diesem Bereich widmet PROFACTOR seine Aufmerksamkeit und geht in verschiedenen Projekten der Rohstofferhaltung bzw. -wiederverwendung nach.

Viele Rohstoffe – wie sämtliche bekannten Metalle
– befinden sich in Gütern des täglichen Bedarfes im Umlauf eines Wirtschaftssystems. Denken wir an Mobiltelefone, TV-Geräte, Automobile, sämtliche elektrische Haushaltsgeräte etc. Sind diese nicht mehr zu gebrauchen oder wollen durch eine bessere Technologie ersetzt werden, werden sie entsorgt – auf welche Weise auch immer. Die Kunst liegt nun darin, die in den entsorgten Geräten enthaltenen Rohstoffe dem Wirtschaftskreislauf zu erhalten und dafür entsprechende Recyclingmethoden zu entwickeln. Die gängigen Recyclingmethoden sind allerdings teilweise problematisch, da sie sehr Energie belastend arbeiten und sich somit wirtschaftlich nicht rechnen.
Hier setzt PROFACTOR an und bedient sich Erkenntnissen aus der Biotechnologie um Wertstoffe aus vermeintlichen „Müllstoffen“ zu generieren. Ein Beispiel ist die Rückgewinnung von Metall in geringer Konzentration aus großen Mengen „tauben“ Reststoffmaterials.

Dr. Pichler:
Ein anderes Beispiel hierzu ist das Thema Remanufacturing. Am Ende der Lebensdauer eines Produktes wird dieses nicht verschrottet, sondern bestimmte Wertteile werden davon wiederverwendet. D. h. dass man Teile ausbaut, aufbereitet und entweder als Ersatzteil verkauft oder in ein neues Produkt wieder einbaut – die Automotiv-Industrie macht das z. B. schon lange höchst professionell. Sie haben eigene Fabriken, wo ganze Aggregate wie Starter, Lichtgeneratoren etc. zurückgeführt, aufbereitet und dem Kreislauf wieder zugeführt werden. Interessant ist, dass in diesen Fabriken nicht im Takt gearbeitet wird, sondern dass Mitarbeiter im Einsatz sind, die ein physiologisches Defizit haben. Hier erfolgt Ressourceneffizienz nicht nur auf der Materialebene sondern erfreulicherweise auch im Hinblick auf die menschliche Arbeitskraft.

Diese Art der Ressourceneffizienz geht aber mittlerweile noch einen Schritt weiter, indem man bei der Erstkonstruktion von Gütern bereits darauf achtet, dass bestimmte Teile in einer späteren zweiten Produktentwicklung wieder einsetzbar gemacht werden. Hier setzt PROFACTOR auf dem Gebiet der Assistenzrobotik an und bietet entsprechende Hilfen für Mitarbeiter an, die physiologische
oder psychologischen Defizite haben, damit sie ergonomisch uneingeschränkt z. B. mit Wiederaufbereitungsprozess-Anlagen arbeiten können. Hierzu haben wir bereits Unternehmensanfragen und sind auch bereits in der Konkretisierung von Projektideen. Dies ist somit ein schönes Beispiel, dass Roboter Arbeitsplätze nicht vernichten, sondern unterstützen und schaffen können.

Herzlichen Dank für das informative Gespräch!
Dr. Andreas Pichler, Geschäftsführer von PROFACTOR
Dipl.-HTL-Ing. Manfred Reiter, Leiter des Geschäftsbereiches Innovative Energiesysteme bei PROFACTOR
PROFACTOR entwickelt gemeinsam mit FerRobotics Assistenzsysteme, die Menschen und Roboter als Kollegen kooperieren lassen.


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