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teilautomatisierte HandarbeitsplätzeTitelstory

Der Martinshof, Werkstatt für Menschen mit Behinderung, arbeitet bevorzugt mit Handarbeitsplätzen, da sie sich perfekt zur Integration von Menschen mit körperlichen oder kognitiven Einschränkungen ins Arbeitsleben eignen. Das japanische „Poka-Yoke“-Prinzip und die Guided Operator Solutions (geführte Fertigungslösungen) von Mitsubishi Electric sichern die hohe Qualität.

Der Martinshof ist eine Abteilung der Werkstatt Bremen, die mit 2200 Arbeitsplätzen eine der ältesten und größten Fertigung für Werker mit und ohne Handicap in Deutschland und zugleich einer der größten Arbeitgeber der Stadt ist. Neben Lohn- und Auftragsfertigung in den Bereichen Metall- und Holzbearbeitung, Elektromontage, Abfüllen und Verpacken beschäftigt Werkstatt Bremen 500 Werker allein im Geschäftsfeld Automotive und beliefert seit mehr als 30 Jahren unter anderem einen ortsansässigen Automobilhersteller.

Handke Industrie-Technik, langjähriger Lieferant der Werkstatt Bremen für die Einrichtung vom Handarbeitsplatz und Premium Solution Partner von Mitsubishi Electric, erkannte das besondere Potenzial. Gemeinsam mit Mitsubishi Electric entwickelten sie diese Poka-Yoke-Lösung im Bereich der angepassten Arbeit. Das japanische Poka-Yoke-Prinzip hat den systematischen Ausschluss menschlicher Fehler am Arbeitsplatz zur Grundlage. Der Prototyp vom fehlerfreien Handarbeitsplatz überzeugte den Kunden auf ganzer Linie und wurde in die Produktion übernommen. Seit Mai dieses Jahres wird an insgesamt vier baugleichen Null-Fehler-Arbeitsplätzen für die hoehn Losgrößen in der Automobilproduktion produziert.

Benutzerführung schließt Verwechselungen aus

HandarbeitsplätzeAm Montage Arbeitsplatz werden im Dreischichtbetrieb Drehstäbe (Fahrwerkskomponenten) in fünf Varianten, in hohen Losgrößen vormontiert, in ein Pufferlager überführt und von dort Just-in-Sequence an das Montageband des Autobauers geliefert. Im Montageprozess werden jeweils rechts und links am Drehstab kleinere Stabilisatoren verschraubt, die sehr ähnlich ausschauen, aber keinesfalls vertauscht werden dürfen.

„Früher mussten wir immer eine sehr aufwändige manuelle Endkontrolle in Handarbeit durchführen, um Vertauschung zu vermeiden. Jetzt haben wir von vornherein die Gewissheit, dass wir keine falschen Bauteile ausliefern und können den manuellen Prozessschritt einsparen“, sagt Miriam Berger, Arbeitsvorbereitung Werkstatt Bremen.

Aufbau und Funktion der Handarbeitsplätze

Die neuen Handarbeitsplätze bestehen jeweils aus einem Gestell aus Aluminiumprofilen mit einer hydraulischen Höhenverstellbarkeit zur Anpassung an ergonomische Bedürfnisse sowie einer Beleuchtung und Werkstückaufnahme. Die in Gitterboxen angelieferten Drehstäbe werden in die Aufnahme eingelegt, und ihr Barcode wird mit einem WLAN-fähigen, intelligenten Drehmomentschrauber abgescannt. Die Aufnahme verriegelt daraufhin.

Im nächsten Schritt öffnet sich ein Teilebehälter, der die Komponenten für die rechte Seite enthält. Die physische Barriere zu den Teilebehältern ist durch eine intelligente Klappentürentechnik realisiert. Zugleich fordert ein Leuchttaster am Behälter zur Entnahme auf, welche durch Betätigung des Tasters quittiert wird (Pick-to-Light). Anschließend muss das entnommene Teil vor eine Kamera gehalten werden, um es noch einmal zu verifizieren. Auf diese Weise werden Kennzeichnungsfehler seitens des Zulieferers ebenso ausgeschlossen wie Bestückungsfehler der Anlage. Nach Freigabe durch die Kamera kann das Bauteil montiert werden.

Es folgt ein weiterer Prüfschritt durch Einstecken in einen Sensor. Erst bei dessen OK wird das Schraubwerkzeug freigegeben und ermöglicht das Anziehen der Verbindung auf exakt 100 Nm. Alle Einzelschritte müssen vollzogen und das Drehmoment muss korrekt angezogen sein, bevor der zweite Behälter freigegeben wird und der Prozess für die linke Seite wiederholt werden kann. Nach fehlerfreiem Abschluss gibt die Aufnahme das fertige Werkstück frei, damit es in die Sequenzierung gebracht werden kann.

Einbindung kundenseitiger Technik in den Handarbeitsplätzen

Handarbeitsplätze„Die Herausforderung dieses Projekts bestand darin, die vorhandene Technik in den fehlerfreien Ablauf zu integrieren. Dank der Schnittstellenausstattung unseres Poka-Yoke-Controllers war diese Vorgabe aber kein Problem“, sagt Nils Knepper, Senior Product Manager Modular PLC/Software bei Mitsubishi Electric. Die in einem kleinen Schaltschrank am Platz verbaute SPS der Serie „Melsec iQ-F“ ist die intelligente, individuell konfigurierbare und erweiterbare Zentrale der Lösung, welche die Entnahme- und Montagesequenzen organisiert.

Neben den eigenen Komponenten können auch Sensorik und Aktorik von Fremdanbietern integriert werden. Im vorliegenden Fall ist dies, neben dem digitalen Drehmomentschlüssel, ein System zur industriellen Bildverarbeitung. Die Anbindung eines Barcode-Druckers ist in der Umsetzung; dank vorhandener gängiger Schnittstellen ist dies auf der Steuerungsseite gut zu realisieren.

„Bei der Gestaltung der Benutzeroberfläche war man sehr flexibel und ist auf unsere Wünsche eingegangen. Weil viele unsere Mitarbeiter nicht gut lesen können, benutzen wir hier Smileys und andere Symbole“, berichtet Miriam Berger. „Außer der Prozesssicherheit haben die Poka-Yoke-Arbeitsplätze für uns den großen Vorteil, dass wir im Gegensatz zu früher fast jeden Mitarbeiter für die Aufgabe einsetzen können.“ Im Hintergrund wird die unterstützende Visualisierung vom Poka-Yoke-Controller an das 10-Zoll-Touchscreen-Terminal kommuniziert.

Die Hard- und Software von Handke und Mitsubishi Electric bieten einfache Skalierbarkeit, komfortable Konfiguration, Programmierung und Inbetriebnahme sowie umfassende Anbindungsmöglichkeiten (einschließlich MES und ERP). Nachdem die Fehlerfreiheit gegeben und das technische Potenzial vorhanden ist, wird bei Werkstatt Bremen nun geprüft, ob in Zukunft auf das Pufferlager verzichtet und direkt in Sequenz für das Automobilwerk vormontiert werden kann.

Große Komponentenauswahl für Individualisierung

Handarbeitsplätze„Der Bedarf an Fehlervermeidung besteht in der Montage und Produktion überall. Wichtig ist die schnelle und flexible Anpassbarkeit an die Bedürfnisse der dort arbeitenden Person und die Anforderungen des Prozesses“, kommentiert Andreas Kebbel, Geschäftsführer bei Handke Industrie-Technik.

Aus diesem Grund bieten Mitsubishi Electric und Handke ihre Lösung in Form eines Systembaukastens mit einer großen Auswahl an Komponenten und Schnittstellen für die Benutzerführung an. Diese umfassen u. a. Mechanismen zur korrekten Teileentnahme wie Lichtschranken, Pick-to-Light-Drucktaster (alternativ: Pick-to-Voice), Barcode-Scanner und proprietäre Pick-to-Door-Mechanismen mit Hubschaltern. Zudem gibt es Kontrollmechanismen wie Elektroschrauber mit Drehmoment- und Winkelerkennung und Visionsysteme, sowie Möglichkeiten zur Roboter-Kollaboration.

Zur Darstellung der individuellen Produktionsschritte stehen Bediengeräte der GOT2000-Serie von Mitsubishi Electric zur Verfügung. Sie bieten nahtlose Konnektivität zum Poka-Yoke-Controller und erfüllen jeden Darstellungsbedarf von Text über Bildsymbole bis hin zu Animationen und Augmented Reality. Als Controller der geführten Fertigungslösungen kommt, je nach Anforderung, eine SPS der neuesten Steuerungsgenerationen iQ-R oder iQ-F zum Einsatz. Die Guided Operator Solutions lassen sich in Produktionsleitsysteme einbinden, sodass Arbeitsplätze vernetzt und Ressourcen in Echtzeit gesteuert und überwacht werden können.

„Werkstatt Bremen ist ein vollwertiger Zulieferer in der Wirtschaft, der Fehlerfreiheit garantieren und Termine einhalten muss. Dabei helfen uns die neuen Arbeitsplätze ganz enorm“, bestätigt Miriam Berger. Die positiven Erfahrungen in Bremen haben sich schnell herumgesprochen. Bundesweite Anfragen integrativer Werkstätten liegen laut Andreas Kebbel bereits vor.

Die Poka-Yoke Erfolgsgeschichte

 


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