Experts in Man & Machine
29.05.2019

Start frei für MRK

Roboter-Kollaboration erobert Lebensmittelindustrie

Zusammenfassung

Bei der Bischofszell Nahrungsmittel AG, einem Betrieb der zum Schweizer Migros Konzern gehört, soll das Potenzial neuer Technologien ausgelotet werden. Mit einem wegweisenden MRK-Pilotprojekt auf Zeit verfolgte man zwei Ziele: Sicherstellung einer effizienten Lebensmittel-Produktion sowie Humanisierung der Arbeitswelt.

 

In Bischofszell nahe St. Gallen hat man sich unter anderem auf die Produktion von Convenience Food spezialisiert. Hier werden im Schichtbetrieb leckere Fertiggerichte produziert, die es geschmacklich mit der gehobenen Küche aufnehmen können. Diese Qualität und die schnelle, unkomplizierte Zubereitung sorgen für eine permanent steigende Nachfrage.

Steffen Knoll, Projektleiter Technik bei der Bischofszell Nahrungsmittel AG und engagierter Automatisierungsexperte, ist aber nicht nur aus Kapazitätsgründen ein großer Befürworter des Konzeptes: „Die Mensch-Roboter-Kollaboration bietet völlig neue Möglichkeiten. Natürlich können wir so Kapazitätserweiterung relativ einfach realisieren. Aber wir können auch die Stärken unserer Mitarbeiter hinsichtlich Flexibilität und Intelligenz durch die Robotik gezielt unterstützen und dabei Gesundheitsrisiken und Verletzungsgefahren für den Menschen durch belastende Tätigkeiten erheblich reduzieren.“

Was Knoll damit meint, erklärt sich beim Blick auf die konkrete Applikation. Dabei geht es darum, komplett verpackte Convenience Gerichte direkt im Anschluss an die Produktion in mehreren Lagen auf Blechen in Wagen zu stapeln, auf denen sie dann die Pasteurisation bzw. Sterilisation durchlaufen. Manuell ausgeführt beinhalten die dazu nötigen Arbeitsschritte Verletzungsgefahren und Gesundheitsrisiken für die Mitarbeiter.

 

Arbeitssicherheit maximieren – Verletzungsgefahren minimieren

Während die Verteilung der Fertiggerichte auf den Blechen und die Platzierung von Abstandshaltern zwischen den einzelnen Lagen die angenehmeren Tätigkeiten darstellen, zählen die Handhabung und das Einlegen der großen Blechtafeln in die Wagen zu den ungeliebten Arbeitsschritten. Die Handhabung der Bleche ist aufgrund ihrer Dimensionen von 900 x 900 Millimetern und ihres Gewichtes von immerhin fünf Kilogramm im Schichtbetrieb über acht Stunden hinweg ein anstrengender Job. Die Bleche müssen passgenau in die Wagen eingelegt werden, was mit einer Quetschgefahr der Finger einhergeht.

„Unsere Mitarbeiter sind sehr geübt in diesen Tätigkeiten, dennoch sind Verletzungsgefahren nicht auszuschließen. Was lag da näher als den kompletten Handhabungsprozess zwischen Mensch und Maschine aufzuteilen; und zwar in direkter Zusammenarbeit ohne Schutzzaun an einer kompakten Station: die angenehmen Tätigkeiten für die Mitarbeiter, die kräftezehrenden Arbeitsschritte mit Verletzungsgefahr für den Roboter – dank MRK sollte sich hier eine wirtschaftliche Lösung finden lassen“, so Knoll.

Stäubli industrial robot in food application at Migros Group
Der Stäubli TX2-90L bei der Ablage einer mit Abstandshaltern bestückten Blechtafel im Magazin.

Intelligente Lösung in Eigenregie

Doch die Realisierung der Aufgabenstellung gestaltete sich schwieriger als gedacht. Der Grund: Die angefragten Systemintegratoren äußerten nach eingehender Analyse der Applikation allesamt Bedenken. Risikobewertung, Schnittstellendefinitionen, sensorische Absicherung der Bereiche, Auswahl eines geeigneten Roboters – eine Reihe von Aspekten ließen die verunsicherten Anlagenbauer Abstand nehmen von dem zukunftsweisenden Projekt.

Da sich Steffen Knoll und sein Team keinesfalls von dem Vorhaben abbringen lassen wollten, blieb nur eine Lösung: Das MRK-Konzept musste weitestgehend in Eigenregie erstellt werden. Die Voraussetzungen dafür waren gegeben, da im Unternehmen bereits zahlreiche Roboter in unterschiedlichen Applikationen im Einsatz sind und eine ausgewiesene Expertise gegeben ist – allerdings betrat man mit der MRK-Applikation Neuland.

Bei der Suche nach dem geeigneten Roboterhersteller kam Knoll ein Messeauftritt von Stäubli in den Sinn: „Auf einer Robotik-Fachtagung sah ich die neue TX2-Baureihe. Die Sechsachser seien die schnellsten Safe-Robots der Welt und mit ihren modularen PLe/SIL3 Safetyfunktionen sehr einfach für MRK-Anwendungen zu qualifizieren, verkündete Stäubli 2016 auf der Messe. Schnelle, einfach zu programmierende Roboter für die direkte Mensch-Maschine-Interaktion mit entsprechend hoher Traglast – das könnte die Lösung für unsere Aufgabenstellung sein.“

Seine vielfältigen Safetyfunktionen qualifizieren den Sechsachser für MRK-Applikationen.
TX2-90 industrial robot with safety functions

Perfekter Roboter für die Mensch-Maschine-Interaktion

Sogleich war der Kontakt zur Schweizer Stäubli Niederlassung in Horgen hergestellt und von da an ging alles Weitere schnell. Gemeinsam mit Stäubli war der passende Roboter für die Mensch-Maschine-Interaktion im Handumdrehen gefunden: ein TX2-90L mit CS9 Controller. Dieser kollaborative Sechsachser verfügt im Gegensatz zu klassischen Cobots über die nötige Traglast für die Applikation. Was noch fehlte, war ein passender Universalgreifer, um sowohl Alubleche als auch Abstandshalter handhaben zu können. Um keine Zeit zu verlieren, konstruierten und bauten die Schweizer den Greifer ebenso wie die komplette Anlage in Eigenregie.

Die Applikation besteht insgesamt aus den vier Hauptkomponenten Roboter, Alubleche-Magazin, Abstandshalter-Zuführband und Liftstapler-Wagen. Und so sieht der Arbeitsablauf an der Zelle aus: Während ein Mitarbeiter ein Alublech mit Fertiggerichten bestückt und darauf die Abstandshalter für die nächste Lage platziert, holt der Stäubli Sechsachser in Safe Limited Speed vier Abstandshalter vom Zuführband und legt sie auf dem obersten Alublech im Magazin ab. Danach greift er das Blech samt der Abstandhalter, fährt in Richtung Liftstapler-Wagen und wartet an definierter Position bis sein menschlicher Kollege die Bestückung einer Lage mit Fertiggerichten beendet hat. Hat der Mitarbeiter seinen Job erledigt, quittiert er dies mit einem Knopfdruck, verlässt den Arbeitsbereich und der Roboter legt jetzt in hoher Geschwindigkeit das neue Blech für die nächste Lage im Wagen ab. Ein neuer Zyklus kann beginnen. Sobald der Mitarbeiter wieder den definierten Bereich der Anlage betritt, geht der Roboter automatisch wieder in Safe Limited Speed.

Auszubildender programmiert komplexe MRK-Anwendung

Wer das wegweisende MRK-Konzept in Bischofszell sieht, mag kaum glauben, dass die komplette Anlage inklusive Risikobeurteilung, sensorischer Absicherung, Programmierung etc. ohne Zutun externer Spezialisten in nur vier Monaten entstehen konnte. Intensivschulungen versetzten die Migros-Mannschaft in kürzester Zeit in die Lage, Risikobewertungen in Eigenregie zu erstellen und sich das Know-how für die Programmierung einer komplexen MRK-Aufgabenstellung anzueignen. Besonders aussagekräftig: Raphael Merz, ein automationsbegeisterter Migros-Auszubildender im vierten Lehrjahr, war nach Absolvierung einer viertägigen VAL3-Programmierschulung bei Stäubli in Horgen und einer zweitägigen Safety-Schulung in der Lage, die komplette MRK-Applikation innerhalb weniger Wochen selbst zu programmieren.

Steffen Knoll ist zurecht stolz auf die Leistung seines Teams bei der Konzeption der Anlage. Was den MRK-Verfechter dabei besonders freut, ist die konsequente Einhaltung höchster Sicherheitsstandards: „MRK ist die Zukunft, aber nur dann, wenn die Sicherheit garantiert ist. Aus meiner Sicht sind die kollaborativen Stäubli Roboter die sichersten Maschinen am Markt mit einer so hohen Traglast. Mit dem einzigartigen Set der modularen PLe/SIL3 Sicherheitsfunktionalitäten Safe Limited Speed, Safe Stop, Safe Zone und Safe Tool des Stäubli TX2 Roboters sowie zwei Sick Lasersensoren konnten wir die komplette Bereichsabsicherung darstellen. So konnten unsere Mitarbeiter beruhigt ohne Schutzzaun zusammen mit dem Roboter an einer Station arbeiten“, betont Knoll.

Mit dieser temporären MRK-Testanwendung hat das Bischofszeller Team den Beweis erbracht, dass die Mensch-Roboter-Interaktion für viele Migros-Produktionsbetriebe enormes Potenzial hat. „Natürlich werden noch einige Detailverbesserungen in unser MRK-Pilotprojekt einfließen müssen, um dauerhaft  in der Produktion integriert werden zu können. Aber unser Ziel, mit einer Testanlage die vielen Vorteile aufzuzeigen, konnten wir in vollem Umfang erreichen“, betont Knoll. Und so könnte der Migros Betrieb vielleicht schon in Bälde einer der ersten Lebensmittelhersteller weltweit sein, bei dem MRK-Applikationen zum produktionstechnischen Standard gehören.

Man robot collaboration with Stäubli TX2 robot
Raphael Merz, Auszubildender im vierten Lehrjahr, war nach kurzen Schulungen in der Lage, die komplette MRK-Applikation selbst zu programmieren.

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