Fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung in der direkten Mensch-Roboter-Kooperation

Abstract

Ein neu entwickeltes Montagekonzept, bei dem Mensch und Roboter ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten und das zu einer „angepassten Automatisierung“ führt, ist die direkte Mensch-Roboter-Kooperation. Sie ermöglicht eine flexible Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter, durch die beide entsprechend ihrer spezifischen Fähigkeiten optimal „zusammenarbeitend“ eingesetzt werden können. Um ein solches System Herstellkosten senkend einzusetzen, wird ein an die Fähigkeiten und Prozesszeiten angepasster Montageablauf mit einer entsprechenden Arbeitsteilung benötigt. Die Entwicklung von fähigkeitsorientierten Montageabläufen für die direkte Mensch-Roboter-Kooperation stellt eine komplexe, von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängige Aufgabe dar. Innerhalb des Entwicklungsprozesses für solche Montageabläufe sind dabei insbesondere durch die gewünschte Fähigkeitsorientierung, die die Nutzung der Mensch-Roboter-Kooperationszelle erst sinnvoll möglich macht, und den enormen Kostendruck in der Montage eine Vielzahl von Zielkriterien und Randbedingungen zu beachten. Da bisher bei den Entwicklungswerkzeugen für Montageabläufe in hybriden Montagesystemen ein deutliches Defizit hinsichtlich der Fähigkeitsorientierung besteht und es keine Möglichkeit zur Berücksichtigung kooperativer Montageschritte bei der Montageablaufplanung gibt, wird in dieser Arbeit die Entwicklung eines Verfahrens und die Implementierung eines Programmsystems formuliert, welches die diesbezüglichen Anforderungen erfüllt und dem Anwender die fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung für die Mensch-Roboter-Kooperationszelle ermöglicht.

To meet the requirements of today’s production a new kind of semi automated assembly system has been developed. In this system man and robot are working together in the same assembly station without safety constructions which separate them. The appearing question is how this ‘cooperation-cell’ should be planned: What is the best allocation of the assembly processes to man and robot? How can be decided which processes should be done by whom and when? What is the optimised operating sequence? In this thesis a method and a software tool have been developed for the planning of an operating sequence for a cooperation-cell which is optimised in terms of skills of humans, technical skills of robots and the cycle time. The target of the developed method is a skill oriented, multi criteria planning of an operating sequence. The method has been integrated into a software tool which enables the planner of assembly systems to schedule the assembly processes and distribute them among robot and human according to their skills and with an optimised cycle time. The developed method comprises two parts. In the first part, two so called ‘skill levels’ are calculated for each assembly process: One for the man and one for the robot. These ‘skill levels’ are quantitative factors which determine the suitability for performing the assembly process by a robot or by a human. Within the second part of the method a multi criteria planning of the operating sequence is done. With the help of a genetic algorithm an operating sequence is created with a high skill level on the one hand and a low cycle time on the other hand.