Abb. 1: Realität und Virtualität verschmelzen in der CAVE

IPL-Magazin 40 | Juli 2017 | Autor: Prof. Dr. Klaus-Jürgen Meier

- wenn er denn nur endlich eingestellt wird

Mit zunehmendem Durchschnittsalter der Belegschaft sinkt deren Belastbarkeit.

Prof. Dr. Klaus-Jürgen Meier

Das Heben schwerer Lasten, hohe Fingerfertigkeit oder das Arbeiten unter außergewöhnlichen Umweltbedingungen während des gesamten Arbeitstags stellen damit eine zunehmende Belastung für den Mitarbeiter dar. Grund genug, um über neue Lösungen nachzudenken.

Die digitale Fabrik stellt zu diesem Zweck einen neuen Kollegen vor: den Roboter. Die VDI-Richtlinie 2860 bezeichnet Roboter als „ (…) universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen bzw. menschlichen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“


Roboter in Industriebetrieben sind nicht neu und prägen das Bild vieler Produktionsanlagen schon seit Jahrzehnten. Waren die Roboter bislang immer in speziellen Einhausungen eingesperrt, so sollen ihnen nun aber der Sprung in die Freiheit gestattet werden. Wenn es nach der Meinung vieler Experten geht, bietet die Sensorik inzwischen das Potenzial, den Roboter Hand in Hand mit dem menschlichen Kollegen arbeiten zu lassen. Dies ist nicht ungefährlich, da Beschleunigungen, Bewegungsgeschwindigkeiten und damit auch die resultierenden Kräfte vieler Roboters enorm sind. Gemäß Zahlen der Deutschen gesetzlichen Unfallversicherung aus dem Jahr 2012 registrierte man bei knapp 164.000 installierten Robotern in Deutschland 72 Arbeitsunfälle – trotz einer bis dahin strikten Trennung der Arbeitsplätze. Was passiert also, führt man eine sogenannte Mensch-Roboter-Kollaboration ein? Die meisten Sicherheitsbeauftragten in den Betrieben sind so verunsichert, dass sie diesem Experiment in der operativen Umgebung die Zustimmung verweigern. Gemäß gültiger Gesetzeslage tragen sie im Falle eines Unfalles das Haftungsrisiko für ihre Entscheidung. Und zu unkalkulierbar ist das Risiko – trotz aller Zusicherungen der Roboterhersteller, welche immer ausgereiftere Konzepte anbieten.


Ein Ausweg aus dieser Situation kann der Einsatz virtueller Werkzeuge bieten. Die Hochschule München und das IPL betreiben eine 3D-Cave, welche sich zum gefahrenfreien Testen des innovativen Partnermodells eignet. Cave steht für Cave Automatic Virtual Environment.

In diesem Fall besteht die ‚Höhle‘ aus einem Zylinder mit einem Durchmesser von etwas mehr als drei Metern und einer Höhe von ca. 2,5 Metern. Auf den Mantel projizieren 8 Beamer von außen ein zusammengesetztes Bild, sodass ein Betrachter im Inneren des Zylinders virtuell in jede beliebige Umgebung versetzt werden kann – also auch an einen Arbeitsplatz in unmittelbarer Nähe zu einem Roboter. Bewegt sich ein virtueller Roboterarm unkontrolliert auf den (realen) Menschen zu, so wird die Kollision zwar erkannt, endet für den Menschen jedoch ohne jegliche Verletzungen. Arbeitsplatzergonomie und Kollaborationsregeln lassen sich gefahrenlos sowie aufwandsarm verändern und optimieren. Mithilfe von Sensoren gelingt es, eine Kommunikation mit dem virtuellen Kollegen aufzubauen. Die Reaktion des Roboters kann auf der Grundlage der Steuerungssoftware simuliert und dargestellt werden. Es entsteht ein geschlossenes System. Erfahrungen lassen sich problemlos gewinnen und für die Programmverbesserung nutzen.

 

Die Abbildung 1 gewährt einen Einblick in die beispielhafte Abbildung eines Kollaborationsarbeitsplatzes in der Cave. Zu erkennen ist die Übergabe eines Bauteils an einen Mitarbeiter, dessen Arbeitsplatz sich innerhalb des eingezäunten Roboter-Wirkbereichs befindet. Der gesamte Kollaborationsprozess kann durchlaufen werden. U.a. Gestensteuerung und ‚Not-aus‘-Konzepte lassen sich erproben. Kennt man den resultierenden Prozessablauf, lassen sich aufgrund der dann bekannten Prozessdaten exakte Investitionsrechnungen ableiten. Die Vorteilhaftigkeit einer Investitionsentscheidung kann damit für einen Betrieb zweifelsfrei nachgewiesen werden, ohne bereits in finanzielle Vorleistungen gehen zu müssen. Langzeitstudien liefern Aussagen über das potenzielle Gefahrenpotenzial und entlasten damit die Sicherheitsbeauftragten bei ihrer Entscheidung.

Damit tragen die Werkzeuge der sogenannten ‚virtual reality‘ wesentlich zur Absicherung einer modernen Arbeitsplatzgestaltung bei. Die Zukunft der Industrie 4.0 rückt wieder ein Stück näher.