Peter Härtel und Jörg Lang programmieren die Roboter bei Beyerdynamic im „Teach Modus“. Dank diesem kann ein Anwender den Roboterarm greifen und ihm neue Aufgaben beibringen, indem er ihn per Hand von Wegpunkt zu Wegpunkt führt.

Bild: Beyerdynamic / Universal Robots

Produktionssteigerung mit Cobots Roboter für den optimalen Klang

14.09.2018

Seine Audio-Produkte fertigt Beyerdynamic fast ausschließlich am heimischen Standort. Um trotz globaler Konkurrenz wettbewerbsfähig zu bleiben, setzt das Unternehmen auf kollaborative Robotik. Die Teilautomatisierung der Fertigung sorgt unter anderem für eine 50-prozentige Steigerung der Produktivität.

Beyerdynamic ist einer der wenigen Premium-Hersteller von Audiogeräten, der seine Produkte fast ausschließlich in Deutschland fertigt und das größtenteils in Handarbeit. Was bei Kunden weltweit Ansehen und Vertrauen genießt, ist in der Fertigung sehr kostspielig. Während Konkurrenten Teile ihrer Produktion mittlerweile nach Asien verlegt haben, suchte der 1924 gegründete Traditionsbetrieb eine Möglichkeit, auch zukünftig rentabel am heimischen Standort zu produzieren.

Hierfür hat sich Beyerdynamic, ein in der Herstellung von Kopfhörern, Mikrofonen und Konferenzsystemen führendes Unternehmen, vor kurzem ein ambitioniertes Ziel gesetzt: die Produktivität bei gleichbleibenden Kapazitäten um 50 Prozent zu steigern, ohne seine hohen Qualitätsstandards zu vernachlässigen. Im Rahmen eines 4-Jahres-Plans wird diese Strategie aktuell umgesetzt. Herzstück sind zwei kollaborierende Roboter von Universal Robots (UR), welche Mitarbeiter an verschiedenen Stationen im Fertigungsprozess sukzessive unterstützen sollen.

Automatisierung des Beschichtungsprozesses

In der Produktion hochwertiger Audiogeräte ist die Prozessstabilität einer der entscheidenden Faktoren – speziell, wenn es um Präzisionsarbeiten geht. Jedoch konnte diese für bestimmte, filigrane Tätigkeiten in der Kopfhörerproduktion in traditionsgemäßer Handarbeit nicht gewährleistet werden: An einer Stelle innerhalb der Produktionsabfolge müssen die Membranen der Lautsprecher durch die Beschichtung mit einem Dispersionsmedium verfeinert werden.

Vor der Automatisierung dieses Schrittes waren bei Beyerdynamic drei Mitarbeiter für die Beschichtung verantwortlich. Mit einem Pinsel trugen sie das Medium per Hand auf die Membran auf. „Natürlich ist es für den Menschen unmöglich, über lange Zeit hinweg immer gleichmäßig zu pinseln. Irgendwann wird ein Strich nun mal dicker und ein anderer dünner. Entsprechend wiesen unsere Membranen starke qualitative Schwankungen auf“, erklärt Jörg Lang, Produktionstechniker bei Beyerdynamic. Genau hier sah der Hersteller einen geeigneten Ansatzpunkt, um seine Fertigung durch den Einsatz kollaborierender Roboter zu optimieren: Mittels einer Teil­automatisierung sollten zum einen die Qualitätsschwankungen reduziert und zum anderen die Produktivität des Vorgangs erhöht werden.

Klassische Industrieroboter zu teuer und groß

Traditionelle Industrieroboter erschienen dem Unternehmen als ungeeignet. Denn deren Anschaffung und Implementierung ist mit vergleichsweise hohen Kosten verbundenen und sie benötigen viel Platz. Hingegen hatte der Betrieb bereits gute Erfahrungen mit den Robotern von Universal Robots gemacht. Peter Härtel, Head of Strategic Operations and Quality bei Beyerdynamic, erzählt: „Die UR-Roboter haben wir ursprünglich für unsere Qualitätstests angeschafft. Sie sind sicher, flexibel einsetzbar und lassen sich leicht für immer neue Aufgaben programmieren, so dass wir alle erdenklichen Tests mit ihnen machen können. Das brachte uns auf die Idee, die Roboter direkt neben unseren Mitarbeitern auch in der Fertigung einzusetzen.“

Mittlerweile unterstützen ein UR3 und ein UR5, benannt nach ihrer Traglast in Kilogramm, drei Mitarbeiter in der Membranbeschichtung. Im Ergebnis läuft der Fertigungsprozess nun stabil und mit konstant hoher Qualität ab – und während die Roboterkollegen die repetitiven Aufgaben übernehmen, können sich die Arbeiter stärker anderen, wertschöpfenden Tätigkeiten widmen. Allein bei dieser ersten Applikation steigerte die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern die Produktivität innerhalb des Anwendungsbereichs um 50 Prozent bei einer gleichzeitigen Qualitätszunahme der Premium-Kopfhörer.

Cobots übernehmen Handling und Spraying

Um die Beschichtung der Lautsprechermembranen mit den beiden UR-Robotern zu automatisieren, wurde der Prozess zunächst in zwei Aufgabenbereiche unterteilt: Handling und Spraying. Für den Arbeitsschritt Handling ist ein UR5-Roboterarm mit einer integrierten Robotiq Wrist Camera sowie einem Robotiq-2-Finger-Greifer ausgestattet. Für die Mem­branbeschichtung platziert ein Arbeiter im ersten Schritt einen geschweißten Kopfhörerlautsprecher auf einer vordefinierten grünen Fläche, die das Sehfeld, der in der Applikation integrierten Kamera repräsentiert. Der Handling-Roboter erfasst so das Werkstück und nimmt den Lautsprecher auf. Anschließend legt er diesen auf einen Drehmotor.

Von dort übernimmt ein UR3 mit einer integrierten Sprühpistole den Spraying-Prozess und beschichtet die Membran durch Aufsprühen des Dispersionsmediums. Im Anschluss legt dann der UR5 den beschichteten Lautsprecher wieder auf einem Tablett ab. Sobald dieses vollständig mit Werkstücken beladen ist, schiebt er es selbstständig weiter, um Platz für neue Teile zu schaffen. Für eine nahtlose Zusammenarbeit kommunizieren die Roboter per Datenaustausch miteinander und geben sich so eigenständig die Freigaben für den nächsten Arbeitsschritt.

Die Leichtbauroboter von Universal Robots überzeugten Beyerdynamic in vielerlei Hinsicht: „Besonders dass die Roboter extrem einfach zu programmieren sind, war für uns das ausschlaggebende Argument für Universal Robots. So können wir unsere Applikationen selbst programmieren, ohne auf externe Dienstleister angewiesen zu sein“, sagt Peter Härtel und ergänzt: „Dank der intuitiven Steuerung können unsere Mitarbeiter außerdem den Umgang mit den Robotern schnell selbst erlernen.“ Jörg Lang fügt hinzu: „Auch die Kamera und der Greifer von Robotiq waren schnell installiert und nahtlos über die Software- und Programmierumgebung verwendbar. Dank dieser Plug&Play-Integration zwischen dem UR-Roboterarm und dem Robotiq-Zubehör ließ sich unser Pilotprojekt in kürzester Zeit umsetzen.“

Mitarbeiter lernen Roboter kennen

Nicht nur vor dem technischen Hintergrund, sondern auch mit Blick auf die Belegschaft waren die neuen Roboterkollegen in kürzester Zeit bei Beyerdynamic vollkommen integriert. Unlängst wurden sie auf die Spitznamen „Jonathan“ und „Fritzchen“ getauft. „Anfangs standen unsere Mitarbeiter den Robotern noch etwas skeptisch gegenüber. Mit den UR-Robotern innerhalb der Produktion betraten wir Neuland. Entsprechend konnte sich keiner vorstellen, wie Mensch-Roboter-Kollaboration in der Praxis aussieht und welche Änderungen in der Prozesskette mit ihr einhergehen“, berichtet Jörg Lang über die anfängliche Zurückhaltung.

„Daher legten wir vom Start weg Wert auf eine offene Kommunikation, um potenzielle Bedenken zu zerstreuen. Außerdem haben wir die Zusammenarbeit mit den Robotern unseren Mitarbeitern freiwillig zur Wahl gestellt und abgefragt, wer im Team Interesse hat, gerne in das Projekt miteinbezogen zu werden“, erklärt Lang die Umsetzung. Gülhan Boz, eine Arbeiterin, meldete sich zuerst. Sie ist mit den neuen Roboterkollegen rundum zufrieden: „Mit ‚Jonathan‘ und unserem ‚Fritzchen‘ kommen wir sehr gut klar. Es war für uns einfach, zu lernen, wie wir die Roboter richtig bedienen. Selbst wenn einmal eine Störung auftritt, können wir diese leicht selbst beheben.“

Cocktail mixender Roboter

Um mögliche Berührungsängste hinsichtlich der UR-­Roboter abzubauen, bevor sie überhaupt im Werk ihre Arbeit aufnahmen, wurde einer der Roboter für ein Sommerfest des Unternehmens kurzerhand zum Cocktail mixen programmiert. „Diese ‚Just for fun‘-Applikation hat allen gezeigt, wie unmittelbar und sicher die UR-Roboter sich in ein menschliches Umfeld einfügen“, lacht Härtel. „Sehr schnell hat die Neugierde unserer Mitarbeiter überwogen und sie sind mit den Robotern direkt warm geworden.“

Beyerdynamic steht für deutsche Wertarbeit und Qualität in der Audio-Elektronik – dank der MRK-Applikation und der mit ihr einhergehenden Produktivitäts- und Qualitätssteigerung sieht sich die Traditionsmarke in der Lage, auch in Zukunft vollständig in Deutschland produzieren zu können. Laut Peter Härtel markieren die bislang mittels Automatisierung erreichten Erfolge lediglich den Anfang: „Natürlich setzen wir für die Zukunft auf Wachstum und somit auch auf einen weiteren Anstieg unserer Produktivität und einen noch nie erreichten Qualitätsindex im Hinblick auf unsere Produkte. Hierbei handelt es sich natürlich um einen langfristigen und dynamischen Prozess, für den wir aber auf jeden Fall fest mit dem Einsatz von weiteren Robotern in zusätzlichen Bereichen unserer Fertigung planen.“

Bildergalerie

  • Für die Membranbeschichtung platziert ein Arbeiter einen geschweißten Kopfhörerlautsprecher auf einer vordefinierten Fläche, sodass die integrierte Kamera das Werkstück erkennt und der UR-­Roboter es aufnehmen kann.

    Bild: Beyerdynamic / Universal Robots

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