Fallstudie: Individuelle Palettierung mittels Cobot

Vor einigen Wochen wurde hier das Thema “Leuchturm-Projekte” behandelt. Inhalt: Cobots erhalten dann mehr Akzeptanz, wenn im ländlichen Raum ein in der Region anerkanntes Unternehmenn automatisiert. Integrator bei diesem Fall war die Firma Bayer Automatisation aus Franken. Bayer hat nun eine neue interessante Fallstudie. Hier die Pressemitteilung. Bedient wurde erneut ein vermeintlicher Hidden-Champion. In diesem Fall der Kerzenhersteller Gala-Group.

Individuell programmierter Cobot automatisiert den Palettierprozess und die sicherheitsbedingten Stopps, wodurch sich das Produktionstempo erhöht

Die Rentabilität bei der Kerzenproduktion ist nur durch eine hohe Stückzahl mit vollautomatisierter Produktion möglich. „Standard-Cobot-Anwendungen liefert jeder“, sagt Christian Ehrmann, Investment & Process Engineering Manager, von der Gala Group. „Für uns ist nur ein für unsere Produktionssituation spezifizierter vollautomatisierter Cobot praktikabel, um die Stückzahl zu halten.“

Ausgangssituation: vollautomatisierte Kerzenproduktion

Die Gala Germany GmbH mit Standort Wörnitz ist Teil der internationalen Gala Group. Die Gruppe hat etwa 4.800 Mitarbeiter an Produktionsstandorten in Europa, Nordamerika und Indien. Das Portfolio umfasst ein umfangreiches Sortiment an hochwertigen Kerzen, Raumdüften und Wohndekor. Christian Ehrmann ist als Investment & Process Engineering Manager für Technik und neue Projekte der Gruppe verantwortlich. Zuvor leitete er 26 Jahre die Produktion des damaligen Familienunternehmens.  Die Kerzenproduktion am Standort Wörnitz in Mittelfranken ist weitgehend vollautomatisiert. Nur so kann das Unternehmen rentabel produzieren. „Die Kerzenproduktion wird unterschätzt“, sagt Christian

Ehrmann, „es ist mehr als Wachs und Stoff.“ Bei Gala Germany gibt es 15 Roboter, die weit über dem Durchschnitt vollautomatisiert fertigen. Pro Anlage gibt es einen Maschinenführer und jeweils ein bis zwei Bediener oder Packkräfte. Eine Anlage stellt ca. 30.000 Teelichter in einer Stunde her. Die Geschwindigkeit liegt bei 1.000 Päckchen pro Stunde oder einem Päckchen pro 3,5 Sekunden. Bei 12 Päckchen hat der Paketierer ca. 40 Sekunden Zeit für einen Karton, bei VE6 sind es etwa 20 Sekunden. Ein Mitarbeiter ist für das Packen und die Qualitätskontrolle zuständig. Für die letzte Station, die Päckchen auf die Palette stapeln, wäre ein Mitarbeiter nicht ausgelastet. Ein Cobot sollte den Palettierprozess übernehmen. Bei der Einrichtung eines Cobots, der mit Menschen kollaboriert, ist die Sicherheit ein zentrales Thema.

Die Anforderung: vollautomatisierter Palettier-Cobot, um Produktionstempo zu halten

„Wir waren daher auf der Suche nach einem vollautomatisierten Cobot, der gleichzeitig die notwendige Stückzahl und eine hohe Sicherheit garantiert. Als Anforderung haben wir definiert, dass der Cobot die Geschwindigkeit nach einem sicherheitsbedingten Stopp automatisch wieder hochfahren muss, damit das Produktionstempo gehalten wird. So ein Standard-Cobot war auf dem Markt nicht verfügbar, denn Sicherheit ist aufwendig. „Wir haben den Markt erkundet, waren auf Messen wie z.B. der Fachpack und sind nirgends fündig geworden. Die Anwendungen sehen alle toll aus, waren jedoch für unsere Herausforderung nicht geeignet“, erklärt Christian Ehrmann.

Die Herausforderung: Standard-Lösungen für Cobots sind nicht praktikabel

Für den Einsatz eines Cobots bei Gala braucht dieser kollaborierende Roboter einen Sicherheitsraum. Tritt ein Mensch oder Gegenstand in den Sicherheitsraum, dann drosselt der Cobot automatisch das Tempo. Ein Maschinenführer muss dann den Bereich überprüfen und den Cobot manuell wieder hochfahren. Das ist bei Gala nicht praktikabel. Das Ziel war daher ein vollautomatisch gesteuerter Cobot.

Individuelle Lösung für Gala steuert den Cobot vollautomatisch nach intensiver Analyse der Situation und Abläufe

Im Frühjahr 2020 hat die Firma Bayer aus Wörnitz bei Gala Germany ihren Cobot Klaus präsentiert. Bayer ist ein mittelständisches Unternehmen mit einem Experten-Team, das langjährige Erfahrung in der Automatisierung mit allen namhaften Automobilfirmen hat und individuelle Automatisierungslösungen für mittelständische Produktionsunternehmen entwickelt. Denn so individuell wie die Produkte und Produktionen sind, so spezifisch müssen auch die Automatisierungen sein.

Die Ingenieure von Bayer haben ihren Cobot Klaus speziell für den Einsatz bei Gala vollautomatisiert. Der Projektleiter Timo Herrmann hat mit seinem Team die Situation und die Abläufe bis ins Detail vor Ort analysiert und u.a. erkannt, dass das Sicherheitsproblem der Cobots durch die statischen Laser ausgelöst wird, die nur einen Winkel von 270 Grad überblicken. Aufgabe der Sensoren ist es, den Bereich um die Palette zu erfassen. Weil die Pakete beim Palettieren Schatten im Sicherheitsraum werfen, melden sie einen Fremdkörper und der Cobot fährt aus Sicherheitsgründen die Geschwindigkeit herunter. Die statischen Sensoren erkennen jedoch nicht, wann das Objekt den Sicherheitsraum wieder verlassen hat. Daraufhin hat das Team von Bayer die Lösung für diese spezielle Situation entwickelt: ein zweiter Radarsensor prüft die Bewegung in dem Sicherheitsbereich. Wenn der Sensor vier Sekunden lang keine Bewegung erkennt, meldet er an den Cobot, das Tempo wieder hochzufahren. Durch diese individuelle Lösung und gezielte Programmierung des Cobots konnte die Palettierung bei Gala Germany vollautomatisiert und das Produktionstempo bei gleich hoher Sicherheit gehalten werden.

Mehr als eine Anforderung gelöst: Blick von außen und Erfahrung hat zu weiteren Optimierungen geführt

„Das Team von Bayer hat von Anfang an mit seinem Ansatz, die Ursache zu erkennen, die Situation zunächst gründlich analysiert, Abläufe hinterfragt und dadurch Zusammenhänge erkannt, an die wir vorher nicht gedacht haben. Dies hat zu mehreren Optimierungen geführt. Ein Beispiel ist die Programmierung des Palettier-Cobots für unterschiedliche Verpackungsgrößen und -einheiten, die auf dem Monitor mit einem Klick ausgewählt werden können. Dadurch kann der mobile Cobot in unserer Produktion sehr schnell an drei verschiedenen Palettier-Anlagen für unterschiedliche Produkte eingesetzt werden, wodurch eine hohe Flexibilität bei gleichzeitig hoher Effizienz gewährleistet ist. Man sieht schon, dass diese langjährige Erfahrung in der Produktionsautomation zu effektiven Ergebnissen führt. Das hat uns überzeugt und dazu bewogen einen weiteren Cobot bei Bayer in Auftrag zu geben“, erläutert Christian Ehrmann.

Zusammenarbeit: das Ergebnis hat überzeugt, die Erwartungen wurden übertroffen, der Bayer-Cobot ist mehrfach einsetzbar. Die Investition in einen 3. Cobot wird geprüft

Die Zusammenarbeit verlief durch die räumliche Nähe und die guten Absprachen reibungslos. Rückfragen wurden kurzfristig geklärt. Das Timing der Implementierung war zügig, Bayer hat den versprochenen Zeitplan und das Budget eingehalten: Im Juni 2020 hat Bayer der Fima Gala ein Angebot gemacht. Nach der Situationsanalyse im September wurden Konzept und Budget verabschiedet. Nur drei Monate später, im Januar 2021, war die Abnahme. „Durch die sorgfältige Analyse war der Cobot nach der Implementierung sofort einsatzbereit und hat sich perfekt in die Abläufe eingefügt. Das hat uns dazu bewogen, einen weiteren Cobot bei Bayer in Auftrag zu geben”, erläutert Christian Ehrmann. Überzeugt hat der Cobot Klaus auch dadurch, dass er in der Produktion von Gala flexibel an drei verschiedenen Anlagen für unterschiedliche Produkte eingesetzt werden kann. Im Oktober 2021 wurde der zweite Bayer-Cobot geliefert. Beide Cobots packen Kartons, die die Mitarbeiter befüllen. Die Packkraft übernimmt die Qualitätskontrolle. Derzeit prüft der Kerzenhersteller die Investition in einen dritten Cobot.

Projektleiter Timo Herrmann erklärt den Bayer-Ansatz: „Durch unsere vielen Automatisierungsprojekte für völlig unterschiedliche Produktionsabläufe haben wir festgestellt, dass sich Standard-Lösungen in vielen Fällen nicht eignen, um eine effektive und effiziente vollautomatisierte Produktion zu erzielen. Das kostet die meisten Firmen Zeit und Geld. Denn jede Produktion ist so individuell wie das Produkt und der Betrieb. Welche Funktionen und Eigenschaften ein automatisierter Cobot haben muss, hängt immer von der individuellen Situation ab. Erst wenn wir die Ist-Situation vor Ort komplett erfasst, eine 360-Analyse durchgeführt und dadurch die Herausforderungen erkannt haben, können wir eine funktionierende Lösung entwickeln, die dem Unternehmen Mehrwerte bringen und den Prozess vollautomatisieren. Automatisierung ist mehr, als eine Tätigkeit von einem Cobot ausführen zu lassen.”

Fazit:

„Durch die Ist-Analyse und den unvoreingenommenen Blick von außen haben die Experten von Bayer die Ursache des Problems erkannt und konnten dadurch den Cobot speziell für unsere Palettier-Anwendung ausstatten und implementieren. Mit einem zusätzlichen Radar und der Freigabe an den Cobot hat Bayer den Systembruch zwischen dem Sicherheitsstopp und dem manuellen Hochfahren gelöst. Dadurch haben wir einen Cobot, der in unsere vollautomatisierte Produktion passt und nach einer Fremdkörpermeldung ohne manuelles Eingreifen in den Prozess das Produktionstempo sicher wieder hochfährt. Durch die Zusammenarbeit haben wir Optimierungen für einen langfristig effektiven Produktionsprozess erzielt, dabei unsere Zeit und das Budget effizient eingesetzt“, fasst Christian Ehrmann die Lösung zusammen.

(Quelle Fotos: Bayer GmbH & Co. KG)

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