Industrieroboter werden heute vermehrt eingesetzt, um die Produktivität und Präzision in der Fertigung zu steigern. Zudem nehmen sie den Menschen lästige, repetitive Aufgaben ab. Cobots bzw. kollaborative, auch kollaborierende Roboter gehen hier noch einen Schritt weiter. Sie arbeiten mit dem Menschen tatsächlich zusammen. Der Beitrag gibt Einblicke in das kollaborative Roboter Know-how und Cobot Portfolio von Mitsubishi Electric.

Mitsubishi Electric Cobots

 

Inhalt


Stirbt der Industrieroboter aus?

Wird der traditionelle Industrie-Roboter bald nicht mehr benötigt, weil die Vorteile von Cobots ihn überflüssig machen? Die Antwort ist natürlich "Nein". Ist Geschwindigkeit gefordert, zeigt er sich nach wie vor als erste Wahl.

Die Technologie der Cobots nimmt jedoch Einfluss auf die Entwicklung der Industrieroboter. Viele der Sicherheitsfunktionen, die zunächst bei kollaborativen Robotern zu sehen waren, sind jetzt Standard bei den industriellen Versionen. Cobots werden oft in denselben Produktionslinien eingesetzt wie Industrieroboter. Daher ist es ein Vorteil, einen Anbieter zu wählen, der wie Mitsubishi Electric beides anbieten kann.

Anwender sollten auf folgende Features bei der richtigen Wahl des Roboters achten: Er sollte die bereits beschriebene Einfachheit der Programmierung bieten, aber auch anspruchsvollere Funktionen, wie eine fortgeschrittene Skriptsprache. Nur so können die vom Roboter zu bewältigenden Anwendungen mit zunehmenden Kenntnissen des Anwenders immer anspruchsvoller werden.

Fünf Gründe, die für Cobots sprechen

26.11.2021 | Cobots spielen eine zunehmend größere Rolle bei der Einführung von Zukunftstechnologien. Sie entlasten nicht nur die menschlichen Kollegen in der Fertigung, Verarbeitung und Montage, sondern steigern zudem Produktivität und Flexibilität. Cobots können direkt neben den Menschen arbeiten und denselben Arbeitsbereich nutzen. Damit eröffnen sie viele Anwendungen, die bisher undenkbar waren. Barry Weller, Robot Product Manager bei Mitsubishi Electric zeigt fünf weitere Gründe auf, die für einen Einsatz von Cobots sprechen: 

Erstens: Cobots sind fortschrittlich

Kommt eine neue Technologie auf den Markt, verändert sie entweder grundlegend die etablierten Denkweisen oder sie entfacht das Interesse an einem Bereich neu, der eventuell aus dem Blickfeld der Menschen geraten war.


Industrieroboter für Handhabung, Montage und Industrie 4.0


Integrierte Bilderkennung, visuelle Programmierung, direktes Teachen, Kollisionserkennung und erweiterte Sicherheitsfunktionen zählen zu den Schlüsselelementen, die dieses Interesse wecken. Dazu zählt auch der Einsatz eines Cobots ohne physische Schutzvorrichtungen. Kollaborative Robots sind in der Lage, das Niveau von Industrierobotern zu erreichen und parallel die Fabrik produktiver zu machen. Sie unterstützen zudem intelligente, datengesteuerte Abläufe, bei denen die von Cobots generierten Daten wertvolle Erkenntnisse zur Aufrechterhaltung der Höchstleistung liefern können.

Cobots haben ein ansprechendes und schlankes Design, verzichten auf Einklemmstellen oder scharfe Ecken. Das macht sie zu einer attraktiven Option für jede Anwendung.

Zweitens: Kollaborative Roboter sind benutzerfreundlich

Mit der Weiterentwicklung der Roboter verbesserte sich auch die Benutzerfreundlichkeit und die Integration von Peripheriegeräten. Was früher  Spezialisten vorbehalten war, soll nun für alle zugänglich sein. Das ist einer der größten Vorteile beim Einsatz von Cobots. Die Technologie der Cobots gestattet eine grafische Programmierung mit Icons für Funktionen und Flussdiagramme von dem Prozessablauf. Dadurch gestalten sich die Programmierung, Entwicklungs- und Umsetzungszeit weniger komplex.

Die Bewegung der Cobot Achsen ist manuell einstellbar. Der Roboterarm muss lediglich in die gewünschten Positionen geführt werden. Die Greifer des Cobots lassen sich über grafische Parameter konfigurieren. Werden Bildverarbeitungssysteme benötigt, bietet sich eine Lösung wie der Melfa Assista von Mitsubishi Electric an. Er bietet die Möglichkeit, eine Kamera über einen intuitiven Software-Assistenten einzurichten, der den Benutzer durch jeden Schritt des Prozesses führt. Auch kann er weitere Funktionen wie die Kalibrierung eines Koordinatensystems mittels Künstlicher Intelligenz (KI) automatisch durchführen.

Unternehmen, die Cobots einsetzen benötigen weniger Roboter- oder Programmierkenntnisse wie das für den Einsatz von Standard Industrierobotern erforderlich wäre. Die schnelle Einrichtung von Cobots verkürzt die für die Inbetriebnahme des Systems erforderliche Zeit drastisch und gestattet gleichzeitig schnelle Anpassungen.

Drittens: Kollaborierende Roboter sind erweiterungsfähig

Neben der einfachen Bedienbarkeit von Cobots, werden die Features wie Bildverarbeitungssysteme und Endeffektoren auf dem gleichen Niveau benutzerfreundlich konzipiert. So bieten diese Komponenten Plug-and-play Funktionen, die sie leicht mit den Roboterarmen verbinden lassen.

Verdrahtung und Adapter sind nicht notwendig. Das vereinfacht die Automationsinfrastruktur und macht die Systeme flexibler. Die Anwender können die Komponenten leicht austauschen, um eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen zu unterstützen.

Viertens: Cobots sind flexibel

Die oben genannten Vorteile, insbesondere die Einfachheit der Programmierung, Installation, Nutzung und Ausrüstung von Cobots, führen auch zu extrem flexiblen Produktionszellen und Maschinen. Unternehmen können die Funktionsweise und das Verhalten der Cobots mit wenigen intuitiven Schritten ändern. Darüber hinaus können ihre Endeffektoren sehr schnell ausgetauscht werden.


 Smarte Visionsensoren steuern Cobots von Universal Robots


Diese Fähigkeiten sind äußerst vorteilhaft, da Cobots schnell von einer Aufgabe zur anderen umfunktioniert werden können. Auf diese Weise kann man von hochflexiblen und agilen Systemen profitieren, die bei der Automatisierung von gemischten Produktbaugruppen und Kleinserien helfen. Da die Nutzer die Programme der Cobots im Laufe der Zeit anpassen und optimieren können, ist es mit diesen Lösungen besonders einfach, die Produktivität ständig zu steigern und so Strategien zur kontinuierlichen Verbesserung zu verwirklichen.

Fünftens: Cobots bieten Geschäftsmodelle 

Cobots sind so universell einsetzbar, dass sie für Unternehmen und Anwendungen jeder Größe interessant sind. Sie bieten so eine schnelle Kapitalrendite (ROI) – in der Regel sogar in weniger als einem Jahr.

Die kollaborative Technologie kann ein Türöffner sein, um in Unternehmen die Robotik oder Fabrikautomation zu etablieren oder zu erweitern. Das interne Know-how und zunehmend komplexere Anwendungen können sich entwickeln, so dass im Laufe der Zeit verschiedene Roboter Arten in Produktionslinien eingesetzt werden.   

Kollaborierende Roboter für die High Mix Low Volume Fertigung

11.08.2021 | Der zunehmende oft globale Wettbewerb zwingt viele Hersteller dazu, sich noch stärker auf die Bedürfnisse ihrer Kunden einzustellen. Diese verlangen in der Praxis oft eine Reduzierung der Losgrößen bis auf Eins. Eine Folge dessen ist die High Mix low Volume (HMLV) Produktion. Kollaborierende Roboter bzw. Cobots helfen hier den Herstellern, solche individuellen Anforderungen bei größerer Produktvielfalt in kleineren Chargen effizient zu erfüllen. Mitsubishi Electric bietet hierfür den Cobot Melfa Assista, der positioniergenau wie ein Standard-Industrieroboter ist. 

High Mix Low Volume Produktion und ihre Anforderungen

Die Großserienproduktion setzt mit ihren sich wiederholenden Aufgaben nach wie vor auf traditionelle Industrieroboter. In der High Mix Produktion allerdings sollte umgedacht werde. Hier beeinflusst die Programmierungs- und Rekonfigurationszeit zum Produktwechsel die Produktivität. Das kann bei einer High Mix Produktion, wenn in einer Schicht mehrere Linienwechsel erfolgen, maßgeblich sein.


Wellgetriebe für Industrieroboter, Cobots und Handling


Viele Hersteller sind dann verstärkt abhängig von manueller Arbeit. Das erhöht die Betriebskosten im Vergleich zur Großserienproduktion. Die Handarbeit steigt parallel zur Größe vom Mix und den damit verbundenen Produktionskosten. Die HMLV Produktion erfordert strengere Qualitätskontrollen, weil die Gefahr von Produktionsfehlern mit sinkenden Losgrößen zunimmt. Auch kann die Anzahl der Umstellungen zwischen den Produkten zu einem Engpass werden.

Eine neue kollaboriende Roboter Generation von Mitsubishi Electric reagiert auf den Trend der HMLV-Produktion. Cobots bieten hierfür die erforderliche Flexibilität. Auch lassen sich mit diesen Robotern Prozesse in der Automatisierung schnell und einfach neu konfigurieren.

Mensch-Roboter-Kollaboration zur Erleichterung des Menschen


Cobots wurden entwickelt, um menschliche Bediener in der Fertigung zu unterstützen. Sie übernehmen einfache, sich wiederholende und körperlich anstrengende Aufgaben. Damit bietet die Mensch-Roboter-Kollaboration eine höhere Zuverlässigkeit und Konsistenz in der Fertigung, während sich der Mensch auf komplexere Aufgaben konzentrieren kann. Ein Cobot ist zudem flexibel. Er passt sich schnell an eine Vielzahl von Aufgaben an, von Pick-and-place bis zur Maschinenbedienung.


Handlingroboter zur effizienten Stapler-Anbauteile-Fertigung


Ein wesentlicher Vorteil von Cobots ist deren einfache Programmierung. Ohne Fachwissen lassen sich die kollaborierenden Roboter schnell in neuen Anwendungen einrichten. Das handgeführte Teachen ist dabei eine neuere Entwicklung, mit der sich die Robots schneller und einfacher konfigurieren lassen. Der Cobot Arm wird dazu per Knopfdruck in die gewünschte Position bewegt und dem Arbeitsablauf hinzugefügt. Dieser Vorgang lässt sich mit grafischen Touchscreen Oberflächen kombinieren, um anspruchsvollere Operationen zu implementieren.


Drehmoment messen mit getriebeinterner Sensorik


Zum schnelleren Umrüsten und zur Neuinbetriebnahme von kollaborierenden Robotern eignet sich ein Digitaler Zwilling. Dazu wird ein digitales Abbild von den physischen Robotern erstellt, womit seine Leistung virtuell bewertet werden kann. Der Digitale Zwilling simuliert zudem die Interaktion des Roboters. Außerdem stellt er vor dem Einsatz des Cobots sicher, dass dieser die gewünschte Aufgabe in der Praxis sicher und zuverlässig erfüllt.

Kollaborierende Roboter senken Betriebskosten

Dass sich Cobots einfach propgrammieren und umstellen lassen, ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die High Mix Low Volume Fertigung, denn sie senken die Betriebskosten. Die neuesten Cobots arbeiten zudem präziser, was eine hohe Qualität in einer HMLV Umgebung sicherstellt. Die Melfa Assista Cobots von Mitsubishi Electric bieten eine Wiederholgenauigkeit von ±0,03 mm. Sie eignen sich selbst für die anspruchsvollsten und präzisesten Aufgaben.


Forschungsprojekt für KI basierte Roboter Kalibrierung 


Unternehmen stellen bei der Umstellung auf eine HMLV Produktion fest, dass sie sich durch das Angebot von maßgeschneiderten Produkten selbst bei kleinsten Chargen von der Konkurrenz abheben können. Sie können besser auf Veränderungen im Markt reagieren und das bietet einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil. Cobots erweisen sich hier als wichtiger Enabler für die High Mix Automatisierung und das bei einem maximalen ROI. 

Cobot Assista und seine bedienerfreundlichen Eigenschaften

23.06.2020 | Der Cobot Assista von Mitsubishi Electric dient der präzisen und sicheren Unterstützung des Menschen in der Produktion. Der kollaborative Melfa Roboter wurde für die Automatisierung an der Seite menschlicher Bediener ohne notwendige Schutzvorrichtung oder Sicherheitszaun entwickelt. 

Dabei erfüllt der kollaborierende Roboter die Anforderungen industrieller und jener Standards für spezielle Anwendungen. Zum Beispiel ist der Roboter mit zertifiziertem NSF H1-Fett (Sanitärrichtlinien der National Sanitation Foundation) für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie lieferbar. Auch Montageaufgaben in der Automobilindustrie oder die Durchführung von Verpackungsaufgaben an Produktionslinien sind prädestiniert.

Der Roboter wurde für sich wiederholende Pick-and-place Vorgänge, komplexe und anspruchsvolle Montageaufgaben oder das präzise Halten von Werkstücken konzipiert. Gleichzeitig reagiert der Cobot auf sich schnell ändernde Rahmenbedingungen flexibel.

Der Assista Roboter von Mitsubishi Electric lässt sich intuitiv über eine Teach Funktion einrichten. Dazu hält der Bediener den Arm des Cobots und bewegt ihn in jede gewünschte Position. Einzigartig ist auch das auf dem Cobot Arm eingebaute Tastenfeld. Darauf wird die Position einfach und schnell gespeichert.

Für komplexere Verfahrwege hat der Spezialist für Automation eine neue visuelle Software zur Programmierung entwickelt. Mit der RT Visualbox lassen sich per Drag-and-drop diverse Bewegungsfunktionen und individuelle Anpassungen der Robotik an jede Bewegung programmieren.Damit entfallen bei der kollaborativen Robotik Kosten für zusätzliche Programmierung, weil der Bediener ohne spezielle Roboter Kenntnisse die Einstellungen ändern kann. Die Anwendung der Software ist auf ein Tablet ausgelegt und kann somit direkt vor Ort am Cobot bedient werden.

Spezifikationen wie ein Standard-Industrieroboter

 

Der Melfa Assista bietet eine außergewöhnlich hohe Wiederholgenauigkeit von ±0,03 mm. Der Reichweitenradius beträgt 910 mm bei 5 kg Nennlast. Mit dem Einsatz des Cobots lassen sich die Produktqualität erhöhen, der Zeitaufwand für die Qualitätskontrolle reduzieren und insgesamt höhere Qualitätsstandards umsetzen. Das erweitert das Anwendungsspektrum auf die Bereiche Handling, Laborautomation, Präzisionsmontage und hochwertige Verpackung.


Planetengetriebe & Wellgetriebe Präzision von Schaeffler


Der Melfa Cobot bietet zwei Betriebsmodi. Im kollaborativen Modus arbeitet der Assista in der für Cobots typischen langsameren Geschwindigkeit. Im kooperativen Modus ist die Geschwindigkeit höher entsprechend einer industriellen kooperativen Produktionsumgebung. Zwischen beiden Modi kann auf Knopfdruck gewechsel werden.

Die neuen Cobots Melfa Assista erfüllt alle relevanten Sicherheitsanforderungen der ISO 10218-1 und ISOTS 15066. Ein sechsfarbiger LED-Ring im Unterarm des Cobots zeigt Fehlerdiagnose und Betriebszustand an. Das unterstützt die Bedienung direkt am Roboter Arm ohne Teach-Box oder PC.

Trends für Roboter und Automation in der Verpackungstechnik


Mistubishi Electric Malte Schlueter03.12.2018 | Auch die Verpackungsindustrie passt sich unter Einwirkung globaler Einflussfaktoren wie Regulierung, Fachkräftemangel und digitale Transformation den veränderten Marktanforderungen an. Die Branche setzt dazu verstärkt auf Lösungen wie Mensch-Roboter-Kollaboration, künstlicher Intelligenz und intensiver Datenverarbeitung. Malte Schlüter, Global Key Account Director F+B/CPG, Mitsubishi Electric gibt einen Einblick, wohin sich die Branche entwickeln wird.

Diversifikation, Personalisierung und immer kleinere Losgrößen sind über automatisierte High-Speed-Prozesse der Massenproduktion nicht immer wirtschaftlich abzuwickeln. Die entsprechenden Aufgaben werden vielfach an Kontraktpacker (Copacker) übertragen, die mit großem Personal- und Kostenaufwand komplexe Verarbeitungsaufgaben an Kleinchargen und Premiumverpackungen übernehmen. Konventionelle Industrieroboter spielen daher in diesem Bereich eher eine untergeordnete Rolle.

Verstärkte Nachfrage nach Cobots

Ein klarer Trend ist die verstärkte Nachfrage nach kollaborativen Robotern (Cobots) zum direkten Einsatz neben dem Menschen ohne Schutzeinrichtung: Dabei geht es nicht um die Verdrängung von klassischen Industrierobotern, sondern um ihre Ergänzung und zusätzliche Automatisierung – gerade im Copacking-Bereich.

Die Unterstützung des Menschen und die Zuarbeit durch Cobots ist vielversprechend: Ausgestattet mit einem Visionsystem entlasten sie den Menschen von monotonen, ermüdenden und körperlich belastenden Handgriffen, indem sie beispielsweise Teile richtig orientiert anreichen oder das Heben von Lasten übernehmen. So bewirken sie eine Effizienzsteigerung und Qualitätsverbesserung der menschlichen Arbeit.

Mistubishi Electric Roboter VerpackungCobots sind von vornherein für den Einsatz in unmittelbarer Nähe zum Menschen konzipiert Das heißt, sie agieren mit für den Menschen ungefährlichen Kräften und Beschleunigungswerten, die in der Sicherheitsrichtlinie ISO TS15066 festgelegt sind. Mitsubishi Electric entwickelt derzeit einen neuen kollaborativen Roboter mit Eigenschaften wie einer Oberfläche ohne Verletzungsgefahr durch Quetschkanten, die außerdem leicht zu reinigen ist und Schmutznester unterbindet. Dabei erreicht er dieselbe Wiederholgenauigkeit von ±0,02 mm wie die Industrieroboter des Herstellers. Die Prototypen befinden sich noch in der Erprobung, wurden auf internationalen Fachmessen aber bereits einem größeren Publikum vorgestellt.

Ein weiteres Merkmal von Cobots ist im Allgemeinen ihre einfache Steuerung und der geringe Programmieraufwand, den geschulte Personen beim Endanwender übernehmen können. Die Kosten für externe Systemintegratoren oder Programmierer entfallen somit. Dazu können sie in vielen Anwendungsgebieten der Verpackungsindustrie schnell und flexibel Ihren Einsatz finden.

Für das Cobot Teaching gibt es bei unserem Prototypen unterschiedliche Optionen vom kraftgeregelten Verschieben des Roboterarms per Hand an die gewünschte Position bis hin zur visuellen Programmierung und Benutzeroberflächen auf Tablets oder mobilen Geräten zur Kalibrierung und Parametrisierung.

Roboter ohne Schutzabsperrung

Bei Industrierobotern verlangt der Markt mittlerweile alternative Sicherheitslösungen zu Zäunen, Absperrungen, Käfigen und Zellen. Schließlich belegen diese Sicherheitsvorkehrungen wertvolle Produktionsfläche, bedeuten in Hygienebereichen hohen zusätzlichen Reinigungsaufwand und schließen eine sinnvolle Zusammenarbeit mit Menschen aus. Hinzu kommen aufwändige Neustartprozeduren nach einem Notstopp oder wenn Schutzabsperrungen geöffnet wurden.


ESD zertifizierte Roboter zur Handhabung von Elektrobauteilen


Stattdessen können optische Sicherheitssysteme angewendet werden. Weit verbreitet sind Laserscanner zur Überwachung definierter Zonen rund um den Roboter. Eine Besonderheit bei Mitsubishi Electric ist die sicherheitsrelevante Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit unserer Industrieroboter, sobald ein Mensch deren äußere Zone betritt. Beim Eindringen in den Bereich, in dem die Gefahr des unmittelbaren Kontakts mit dem Roboter besteht, bleibt dieser sofort stehen.

Statt der Sicherung mit Lichtschranken und Laserscannern werden immer häufiger ganze Räume mit Kamerasystemen überwacht. Mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattete Visionsysteme sollen zukünftig erkennen, wann und wo Menschen den Arbeitsraum des Roboters betreten und dessen Geschwindigkeit entsprechend regeln. Auf diese Weise werden sich Menschen bald vollkommen frei und sicher im Umfeld von Robotern bewegen können. Wir arbeiten bereits aktiv mit unseren Partnern daran, entsprechende Lösungen zur Marktreife zu führen.

Künstliche Intelligenz und Data Mining

Künstliche Intelligenz (KI) beschreibt in der Robotik die Fähigkeit, auf unvorhergesehene und nicht programmierbare Situationen angemessen zu reagieren. Wird beispielsweise dem Roboter ein Produkt mit einer Abweichung von der Norm hinsichtlich Lage, Geometrie oder Verpackung zugeführt, ist er ohne KI nicht in der Lage, diese verschiedenen Unregelmäßigkeiten zu identifizieren und entsprechend zu reagieren. Mit KI und entsprechenden Visionsystemen als Sensoren ausgestattete Robotersysteme können nun lernen, diese Abweichungen zu identifizieren, und passen ihre Abläufe alternativ an. Heute ist unsere  neue Roboterserie „Melfa FR“ mit KI-Funktionen erhältlich und kann in Branchen wie der Nahrungsmittelindustrie oder Life Sciences die Gutausbeute steigern.

KI kommt auch zum Einsatz, wo intelligente Roboter Qualitätsmängel an zu verpackenden Produkten erkennen und diese im laufenden Prozess gegen einwandfreie Produkte austauschen – auch innerhalb einzelner Verpackungseinheiten. Manuell verfahrbare oder gar auf fahrerlosen Transportsystemen montierte Roboter erfassen zudem schnell ihre neue Position und passen ihre Verfahrensabläufe an.

Vor dem Hintergrund, mittels Digitalisierung die Gesamtanlageneffektivität (GAE) steigern zu wollen, herrscht eine große Nachfrage nach der Analyse extrahierter Daten (Data Mining) aus der Produktion. An erster Stelle stehen hierbei Rezept- und/oder Produktionsdaten zur internen Auswertung und Steigerung der GAE. Daneben lassen sich Zustands- und Betriebsprofile von Roboterkomponenten wie den Servoantrieben aufzeichnen. Sie liefern wertvolle Hinweise beispielsweise auf den Zustand von Verschleißteilen und Schmutzansammlungen. Die so generierte Datengrundlage ermöglicht Strategien der vorausschauenden Wartung, sprich Predicitve Maintenance, mit signifikantem Einsparpotenzial bei den Instandhaltungskosten.


Roboter Antriebe für den stark wachsenden Markt


Eine weitere wichtige Kategorie sind Prozessdaten für die Rückverfolgbarkeit und für die Verbraucherinformation, insbesondere im Lebensmittelbereich. Hiermit lassen sich beispielsweise die Einhaltung der Kühlkette nachweisen oder per QR-Code abrufbare Herkunftsinformationen auf Lebensmittelverpackungen anbringen. Bei Mitsubishi Electric können wir alle Daten von SPSen, Steuerungen und Antrieben zentral vor Ort sammeln und mit spezieller Edge Computing Technologie aufbereiten. Hierdurch sparen wir teuren Speicherplatz in der Cloud und gewinnen viele weitere vorteilhafte Möglichkeiten für die Produktionssteuerung und -überwachung.

Roboter sind also weit davon entfernt, manuelle Arbeit in der Verpackungsbranche abzulösen. Als voll integrierte, intelligente ‚Kollegen‘ werden sie diese aber ergonomischer und effizienter machen. Das ist auch keine Zukunftsmusik mehr, denn die entsprechende Technik haben wir bereits – und sie ist wirtschaftlich.

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Autorenangabe
Oliver Giertz

Oliver Giertz ist Product Manager Servo/Motion und Robotik EMEA bei Mitsubishi Electric, Factory Automation.