Industrieroboter – Wartung und Retrofit

Andreas Mühlbauer,

Den Roboter fit halten

Wartung und Instandhaltung gewährleisten in Industrieanlagen eine hohe Produktivität und Verfügbarkeit. Das gilt gerade auch für komplexe Industrieroboter. Neue Lösungen für ein präventives Wartungsmanagement erschließen dabei neue Effizienzpotenziale. Systematische Retrofitprogramme gewährleisten zudem Betriebs- und Investitionssicherheit auch über den eigentlichen Lebenszyklus hinaus. 

Die DIN 31051, die auch für Industrieroboter gilt, gibt verschiedene Ansätze vor und beschreibt die wesentlichen Wartungsarten als korrektiv, präventiv und vorausschauend. Korrektive Wartungen ersetzen abgenutzte Teile und reparieren defekte Anlagenkomponenten bei Ausfall. © Yaskawa

Industrieroboter übernehmen zentrale Aufgaben an unterschiedlichsten Punkten der automatisierten Produktion. Technisch bedingte Betriebsunterbrechungen müssen deshalb zuverlässig vermieden werden – selbst wenn die eingesetzten Manipulatoren und Steuerungen über viele Jahre oder sogar über Jahrzehnte hinweg im Einsatz sind. Die Voraussetzung dafür schaffen maßgeschneiderte Instandhaltungsstrategien.

Die DIN 31051, die auch für Industrieroboter gilt, gibt dazu verschiedene Ansätze vor und beschreibt die wesentlichen Wartungsarten als korrektiv, präventiv und vorausschauend. Im Rahmen korrektiver Wartungen werden abgenutzte Teile ersetzt und defekte Anlagenkomponenten repariert. Solche ungeplanten Ausfälle sind für Unternehmen extrem kostenintensiv. Zudem zeigt die Erfahrung, dass punktuelle korrektive Wartungen eine insgesamt schnellere Abnutzung der Maschine zur Folge haben.

Laut Definition DIN EN 13306, 7.1 besteht die Aufgabe eines präventiven Wartungsmanagements darin, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls oder einer eingeschränkten Funktionserfüllung zu vermindern. Bei Anlagen mit Industrierobotern steht die Ausfallwahrscheinlichkeit in direkter Verbindung zum Lebenszyklus des Roboters. Diese lässt sich durch präventives Wartungsmanagement grundlegend und nachhaltig verbessern. Langfristig betrachtet sichert ein präventives Wartungsmanagement den Wert-erhalt der Produktionsgüter und ist Basis für langfris-tige Budgetplanungen. Eine jährliche Prüfung durch den Roboterhersteller dokumentiert den Zustand der Systeme und kann als Grundlage für Audits und Instandhaltungsplanungen dienen.

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Und auch ganz handfeste wirtschaftliche Vorteile sprechen für ein präventives Wartungsmanagement: Geht man von einer Effizienzsteigerung von 0,25 Prozent pro Jahr aus, steht eine besser gewartete Maschine bei 4.000 Betriebsstunden pro Jahr 10 Stunden weniger still. Bei einem angenommenen Maschinenstundensatz von 2.500 Euro entspricht dies einer Einsparung von 25.000 Euro in einem Jahr.

Darüber hinaus belegen Langzeitstudien von Kunden, dass durch die signifikante Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit die Lagerhaltungskosten stark reduzieren ließen, da viele kritische Ersatzteil-Komponenten nicht mehr ständig vorgehalten werden müssen. Dies wirkt sich darüber hinaus auch positiv auf die Risikobeurteilung aus.

Retrofit als günstige Alternative

Als Alternative zu kostenintensiven Neuanschaffungen bieten Roboterhersteller auch Austauschgeräte und systematische Retrofitprogramme an. © Yaskawa

Hohe Verfügbarkeiten und eine höhere Langlebigkeit von Industrierobotern bedeuten auch einen besseren Return-on-Investment. War ein Produktzyklus früher auf eine Gesamt-Betriebsdauer von acht bis maximal zwölf Jahren ausgelegt, sind es heute oft 16 bis 24. Der eigentliche Lebenszyklus eines Roboters ist mit fünf bis acht Jahren allerdings unverändert geblieben, wodurch Umbauten oder Neuanschaffungen während des Produktzyklus zu bedenken sind.

Als Alternative zu kostenintensiven Neuanschaffungen, die oft einen Generationswechsel beim Hersteller und damit zusätzlichen Aufwand für Neuprogrammierung und Mitarbeiterschulung mit sich bringen, bieten Roboterhersteller auch Austauschgeräte und systematische Retrofitprogramme an, um die Produktionsstörung so gering wie möglich zu halten. Zuletzt stellt der Einsatz eines baugleichen Modells keine „wesentliche Veränderung von Maschinen“ im Sinne der EG-Maschinenrichtlinie dar. Es sind also keine neue Sicherheitsprüfung und keine neue CE-Kennzeichnung notwendig, weshalb viele Kunden Austausch und Retrofitprogramme favorisieren.

Softwareunterstützung

Durch vorausschauendes Instandhalten lässt sich ab dem Zeitpunkt der Anschaffung ein anlagenspezifisches Wartungsmanagement erstellen. Dabei sollen Daten abrufbar sein, um den Zustand des Roboters und der Anlage wiederzugeben. Anhand eines kontinuierlichen Condition Monitorings lassen sich Unregelmäßigkeiten in der Abnutzung frühzeitig erkennen. Auf dieser Datenbasis lassen sich dann geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen oder präventive Wartungen terminieren.

Roboterhersteller bieten in der Regel Softwareoptionen für ein durchgängiges Condition Monitoring an, über die der Zustand einzelner Roboterkomponenten sichtbar gemacht werden kann. Die Softwareplattform „Yaskawa Cockpit“ zum Beispiel ermöglicht es, relevante Prozess- und Systemdaten nicht nur aus Robotern, sondern auch aus ganzen vernetzten Produktionsanlagen in einer skalierbaren Datenbank in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren oder für die externe Weiterverarbeitung bereitzuhalten. Die Visualisierung erfolgt direkt und verständlich in der Software-Plattform. Das Unternehmen setzt dabei unter anderem auf die Standard-Schnittstelle OPC UA.

Softwareunterstützung ermöglicht es, Wartungsintervalle anlagenspezifisch zu adaptieren, Verschleiß frühzeitig zu erkennen sowie die Anlagenverfügbarkeit und die Roboterlebensdauer positiv zu beeinflussen. © Yaskawa

Die über eine gewisse Zeitspanne gesammelten Live-Daten repräsentieren die Leistung einer Anlage, aus der sich Schlüsse zu möglichen Schwachstellen ziehen lassen. Aufgrund der Leistungsdaten projiziert Yaskawa Cockpit eine Vorhersage über die zukünftige Leistung der Anlage. Gleichzeitig generiert die Software Zeitpläne für vorbeugende Wartungen und erforderliche Maßnahmen, um die Produktion möglichst problemfrei am Laufen zu halten. Im Störungsfall bietet das System zielgerichtete Informationen, um schnell wieder zu einer funktionierenden Produktion zu kommen. Die Daten lassen sich unter höchsten Sicherheitsstandards an bereits vorhandene ERP-, MES-, Big-Data- oder AI-Umgebungen weitergeben, um auf dieser Grundlage fundierte Entscheidungen zu ermöglichen.

Ergänzend zu den präventiven Wartungen durch den Roboterhersteller lässt sich so ein 360°-Bild über den Roboter und die Anlage erstellen. Dank dieser Daten besteht die Möglichkeit, Wartungsintervalle anlagenspezifisch zu adaptieren, unregelmäßigen Verschleiß frühzeitig zu erkennen und diesem entgegenzuwirken sowie durch hard- und softwareseitige Optimierungen die Anlagenverfügbarkeit und die Roboterlebensdauer positiv zu beeinflussen.

Total Customer Support

Dennoch haben die Möglichkeiten einer regulären Instandhaltung auch ihre Grenzen. Diese sind beispielsweise häufig dann erreicht, wenn die Anlage mit dem Roboter für andere Einsatzzwecke genutzt oder auf ein ganz neues Produkt umgestellt werden soll. Auch in einem solchen Fall ist es wünschenswert, möglichst viele Anlagenteile weiter zu nutzen. Im Unterschied zum Retrofit bedeutet eine komplette Modernisierung der Anlage jedoch meist eine „Wesentliche Veränderung von Maschinen“ im Sinne der EG-Maschinenrichtlinie (MaschRL/2006/42/EG). In diesem Fall muss auch die Sicherheitstechnik entsprechend auf den aktuellen Stand der Technik aufgerüstet werden, was dann auch eine erneute CE-Zertifizierung erforderlich macht. Diesen Bedarf deckt Yaskawa mit seinem Engineering und dem Angebot CE- und Safety-Consulting ab.

Retrofitprogramme und Sicherheitsberatung sind Bestandteile eines breiten Service-Portfolios, das Yaskawa unter der Überschrift „Total Customer Support (TCS)“ zusammengefasst hat. Einen Schwerpunkt bilden dabei vorbeugende Wartung, Service- und Ersatzteilsupport sowie Optimierung und Modernisierung und eine optimale Rundum-Unterstützung über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Telefonische Hotlines sind in allen Ländern die zentrale Anlaufstelle für technische Probleme und Fragen für alle Yaskawa-Gerätegenerationen. Die Schulungen der Yaskawa Academy runden das TCS-Angebot ab. Rund 1.400 Teilnehmer jährlich besuchen alleine die Weiterbildungen an den Standorten in Eschborn und Allershausen.

Siegfried Schauer, Supply Chain Management TCS, Yaskawa Europe – Robotics Division / am

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