Kompaktes, modulares Robotersystem als Schreinereiassistent

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1 Die Europäische Robotik-Initiative zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit von KMU in der Produktion Kompaktes, modulares Robotersystem als Schreinereiassistent Dr. Manfred Dresselhaus

2 Schreinereiassistent - Demonstrator D4 Ziele, Partner und Rollen Der Ist-Zustand Demonstrationszelle Integrierte Geräte & Module Aktueller Status Demonstrationsablauf Bewertung und Ausblick Übersicht 2

3 Ziele, Partner & Rollen Ziele des Demonstrators universelles Werkzeug für kleine Schreinereien intuitive Kommandierung & Programmierung schnelle & einfache Umrüstung geeignet für Losgröße 1 & Kleinserien wirtschaftliche Lösung für kleine Schreinereien verbesserte Arbeitsbedingungen & Ergonomie Struktur der Lieferkette Roboterhersteller Systemintegrator Reis Robotics Reis Robotics Anwender Schreinerei Som Demonstrator Schreinereiassistent 3

4 Partnerprofile - Reis Robotics Kernkompetenzen in der Automatisierung - Entwicklung und Produktion von Industrie- Robotern - Entwicklung von Steuerungen für Roboter und Systeme - Einbindung von Sensoren - Entwicklung und Produktion komplexer Roboterwerkzeuge - Projektierung von Großanlagen - Integration von innovativen Technologien 4

5 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) 5

6 Schreinereiassistent - Demonstrator D4 Ziele, Partner und Rollen Der Ist-Zustand Demonstrationszelle Integrierte Geräte & Module Aktueller Status Demonstrationsablauf Bewertung und Ausblick Übersicht 6

7 Der Ist-Zustand Produkte Möbelanfertigung nach Kundenwunsch 7

8 Innen- und Außentüren Der Ist-Zustand Produkte 8

9 Der Ist-Zustand Infrastruktur Arbeitsumgebung und -Abläufe 9

10 Der Ist-Zustand Prozesse Typische Holzbearbeitungsaufgaben Sägen Hobeln Bohren Fräsen Lackieren 10

11 Der Ist-Zustand Maschinen & Werkzeuge Typische Maschinen und Werkzeuge Stationäre Maschinen Handwerkzeuge 11

12 Schreinereiassistent - Demonstrator D4 Ziele, Partner und Rollen Der Ist-Zustand Demonstrationszelle Integrierte Geräte & Module Aktueller Status Demonstrationsablauf Bewertung und Ausblick Übersicht 12

13 Demonstrationszelle - Struktur Zellenausrüstung Handwerkzeuge Werkstücke 3D Modeller Roboter RV20-16 Werkzeug-Adapter 6D Maus Applikationsblätter Skizzen-Editor 3D PMD-Kamera (Sicherheit) Spracheingabe 13

14 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 14

15 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 15

16 Integrierte Geräte - Werkzeugadapter Adapter zum Befestigen von Handwerkzeugen Bohrmaschine Oberfräse Sprühpistole Weitere bewertete Werkzeuge 16

17 Integrierte Geräte - 6D Maus 6D Maus zur intuitiven Roboterführung Am Programmiergerät befestigt (links) Direkt am Roboter/Werkzeug befestigt (rechts) 17

18 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) 18

19 Integrierte Module - Applikationsblätter Bedienschnittstelle für Fräsen, Bohren und Lackieren Beispielhafte Bildschirmdarstellung Bohren Fräsen Lackieren 19

20 Integrierte Module - Skizzen-Editor Benutzer-Schnittstelle des Skizzen-Editors Beispielhafte Bildschirmdarstellung 20

21 Schreinereiassistent - Demonstrator D4 Ziele, Partner und Rollen Der Ist-Zustand Demonstrationszelle Integrierte Geräte & Module Aktueller Status Demonstrationsablauf Bewertung und Ausblick Übersicht 21

22 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 22

23 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 23

24 Demo 3: Sicherheit Arbeitsablauf in der Demonstration 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 24

25 Schreinereiassistent - Demonstrator D4 Ziele, Partner und Rollen Der Ist-Zustand Demonstrationszelle Integrierte Geräte & Module Aktueller Status Demonstrationsablauf Bewertung und Ausblick Übersicht 25

26 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 26

27 Anwender-Bewertung - Workshops D4 Bewertungs-Workshop mit CETIM (28. Jan. 2009) Teilnehmer: Fa. CETIM (Frankreich), Preforme (französisches KMU) 27

28 Anwender-Bewertung - Workshops D4 Abschlusspräsentation & Bewertungs-Workshop (30. Jan. 2009) Teilnehmer: Schreiner und Verbandsvertreter (Deutschland) 28

29 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 Häufigkeit:

30 Qualitatives Feedback - Aussagen der Teilnehmer Positiv Einfache Bedienung Rüstzeiten zu lang Betrieb ohne Schutzzaun Programmierung und Handhabung Programmierung vorteilhaft (Touch- sollte flexibler sein Screen) Eindruck, dass es große Mühe kostet Verwendete Begriffe, Bezeichnungen, um falsche Eingaben zu korrigieren Abkürzungen und Symbole in den Werkzeugwechsel zu kompliziert Menüs gut verständlich Hilfe-Software notwendig Für Anfänger und Experten geeignet Genauigkeit nicht ausreichend Leicht erlernbar Zu teuer Ermutigt, neue Funktionen Wirtschaftliche Vorteile nicht ersichtlich auszuprobieren Scan mit dem 3D-Modeller Gewünschte Verbesserungen Automatischer Werkzeugwechsel Keine Handwerkzeuge verwenden Anwender-Bewertung - Fragebögen Negativ 30

31 Anwender-Bewertung - Sozio-ökonomisch Sozio-ökonomische Auswirkungen - Graphischer Überblick 31

32 Exemplarisch: Vergleich des Kapitalwerts (net present value) Annahmen Kleinserie (Tischplatten) (Los 10) 150 Aufträge / Jahr Roboter arbeitet unabhängig Anwender-Bewertung - Wirtschaftlich Amortisationsdauer (Vergleich manuelle Arbeit) ca. 1,5 Jahre Amortisationsdauer (Investment) weniger als 1 Jahr 32

33 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 33

34 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 34

35 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, Laser- Schneiden, Fertigung von Faserwerkstoffen etc. Wie werden die Ergebnisse für andere zugänglich gemacht? Fließen in Standardprodukte ein; damit in anderen Applikationen verfügbar 35

36 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 36

37 Diskussion Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Beteiligte Projektpartner: 37