Roboter

Automatisierungstrends in der Verpackungsindustrie

Wie viele andere Industrien passt sich auch die Verpackungsindustrie unter der Einwirkung globaler Einflussfaktoren wie Regulierung, Fachkräftemangel und digitaler Transformation den veränderten Marktanforderungen an.
(Bild: Mitsubishi Electric Europe)

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 (Co-Packer) 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.

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 Co-Packing-Bereich“, erklärt Malte Schlüter, Global Key Account Director F & B/CPG bei Mitsubishi Electric.

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. Auf diese Weise bewirken sie eine Effizienzsteigerung und Qualitätsverbesserung der menschlichen Arbeit.

Cobots 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 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“, so Schlüter.

Ein weiteres Merkmal von Cobots ist ihre einfache Steuerung und geringer Programmieraufwand, den Endanwender selbst übernehmen können. Die Kosten für externe Systeminte­gratoren oder Programmierer entfallen somit. Dazu können sie in vielen Anwendungsgebieten der Verpackungsindustrie schnell und flexibel zum Einsatz kommen.

Für das Cobot-Teaching gibt es beim Prototyp von Mitsubishi Electric 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 aufwendige Neustartprozeduren nach einem Not-Stopp oder wenn Schutzabsperrungen geöffnet wurden.

Stattdessen können optische Sicherheitssysteme angewendet werden. Weit verbreitet sind Laserscanner zum Überwachen 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“, beschreibt Key account Director Schlüter die Lösung.

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. Mitsubishi Electric arbeitet bereits aktiv mit seinen Partnern daran, entsprechende Lösungen zur Marktreife zu führen.

Roboterlösungen gibt es für praktisch jeden Anwendungsbereich der Verpackungsindustrie.
(Bild: Mitsubishi Electric Europe)

Künstliche Intelligenz

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 die neue Roboterserie Melfa FR von Mitsubishi Electric mit KI-Funktionen erhältlich und kann in Branchen wie der Nahrungsmittelindustrie oder Life Sciences die Gutausbeute von Betreibern 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.

Data Mining

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.

Wird einem Roboter ein Produkt mit einer Abweichung von der Norm hinsichtlich Lage, Geometrie oder Verpackung zugeführt, ist er mit KI in der Lage, Unregelmäßigkeiten zu identifizieren und entsprechend zu reagieren.
(Bild: Mitsubishi Electric Europe)

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 (Predictive Maintenance) mit signifikantem Einsparpotenzial bei den Instandhaltungskosten.

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“, erklärt Schlüter.

„Roboter sind weit davon entfernt, manuelle Arbeit in der Verpackungsbranche abzulösen“, fasst Schlüter zusammen. „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.“

Über die Autorin
Autorenbild
Margit Röntgen

selbstständige technische Redakteurin

Über die Firma
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Ratingen
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