Die Planung, Realisierung, Inbetriebnahme und der Betrieb von MRK sowie die Einhaltung aller Normen und die Gewährleistung der Systemsicherheit stellen einen komplexen Sachverhalt dar, da durch das Zusammenspiel von Mensch und Roboter komplexe Wirkzusammenhänge bestehen. Sie können kaum ohne digitale Hilfsmittel in allen Facetten betrachtet werden. Deshalb sind Simulationen gerade für die MRK wesentlich.
Die Simulation macht das Systemverhalten begreifbar, ohne das hierfür reale Experimente nötig sind. Somit werden Kosten für die Anschaffung physischer Objekte sowie das Risiko schadenverursachender realer Experimente und somit Schaden am Menschen sowie finanzieller Schaden vermieden. Simulation verlagert den Prozess der Systemoptimierung bereits in die Planungsphase und kann so die reale Inbetriebnahme bis zur Serienreife wesentlich beschleunigen. Sie ermöglicht Demonstrationen und veranschaulicht komplexe MRK-Systeme und deren Prozesse durch Animation.
Ausgehend von einem bereits bestehenden manuellen Arbeitsplatz, der zu einem MRK-Arbeitsplatz transformiert werden soll, unterteilt sich die Simulationsaufgabe in die Simulation des Menschen, des Roboters sowie der Peripherie. Wesentliche Zielgrößen sind Bahnbewegungen und auftretende Kräfte, um die Umsetzungsfähigkeit eines Prozesses und die Sicherheit zu gewährleisten. Außerdem spielt in diesem Zusammenhang auch die Peripherie, z.B. Greifer und Sensorik eine bedeutende Rolle.
Die Abbildung zeigt die Hauptbestandteile einer MRK-Simulation.
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Die Auswahl der Simulationssoftware stellt sich bei MRK als besonders schwierig heraus, da bisherige Software sich entweder auf Robotik oder auf den Menschen konzentrierte. Erste neuere Entwicklungen sorgen für eine Integration des jeweils anderen Bereichs in die Software. Das hat zur Folge, dass für eine umfängliche Simulation oftmals mehrere Softwareprodukte benötigt werden. Inwieweit die Anschaffung von Simulationssoftware für die Planung von MRK für KMU wirtschaftlich ist, ist im Einzelfall zu prüfen. Gegebenenfalls lohnt es sich für solche Unternehmen auf externe Dienstleister zurückzugreifen. Für die Bewertung potentieller Simulationssoftware empfehlen sich folgende Kriterien:
Unter OLP oder Offline-Programmierung wird die virtuelle Roboterprogrammierung mittels einer Software am Computer verstanden. Der Roboter in physischer Form wird dabei virtuell simuliert. Im Gegensatz dazu findet die Online-Programmierung direkt am Roboter statt. Das OLP-Verfahren ist besonders geeignet, wenn sehr aufwendige Bahnen untersucht werden sollen. Außerdem lassen sich Änderungen sehr einfach, schnell und kostengünstig durchführen. Nachfolgend werden unterschiedliche Möglichkeiten zur softwaregesteuerten Robotersimulation vorgestellt.
Für eine zuverlässige Evaluation der MRK-Applikation ist eine realitätsnahe Simulation der Automatisierungskomponenten notwendig. ROS ermöglicht in diesem Zusammenhang die Ansteuerung von Robotern, Endeffektoren und Sensoren unter Berücksichtigung der jeweiligen Umgebung. Hierbei stehen herstellerübergreifende Treiber und Pakete sowie zahlreiche Algorithmen aus den Bereichen der Bahnplanung, Datenverarbeitung und Kollisionsprüfung zur Verfügung. Zur Realisierung der Daten- und Kommunikationsschnittelle zwischen ema und ROS wurde u.a. eine entsprechende Prozessbeschreibung für automatisierungstechnische Verrichtungen (Prozessbausteine) implementiert. Durch die Kopplung des ema Work Designers mit der ROS-basierten Roboter- und Peripheriesimulation ist es im Rahmen des Projektes gelungen, dem Anwender eine ganzheitliche Simulationsumgebung für die Planung individueller MRK-Applikationen zur Verfügung zu stellen.
Hauptschwerpunkt bei der Simulation von MRK-Arbeitsplätzen stellt die Kombination von bereits am Markt existierenden Lösungen zur Menschsimulation mit einer validen Robotersimulation dar. Hierbei erfolgt die Integration von Planungs- und Bewertungsfunktionen der Automatisierungstechnik, basierend auf dem Robot Operating System (ROS), in das Planungssystem ema Work Designer der Firma imk automotive GmbH. Mit Hilfe des digitalen Planungssystems ema Work Designer können Arbeitsprozess und Produkte bereits im Planungsprozess virtuell abgebildet und nach ergonomischen sowie wirtschaftlichen Kriterien bewertet und gestaltet werden.
Weiterführende Literatur