Das Team von AuRora (v.l.n.r.): Julian-Benedikt Scholle, Maximilian Kühne, Nadia Schillreff und Dipl.-Ing. Erik May. Die Magedeburger Informatiker wollen mit ihrem Algorithmus die Hürde bei der Automatisierung senken. (Bild: Jana Dünnhaupt)
Die Programmierung von Industrierobotern ist durch Methoden wie Hand-Teaching oder grafische Benutzerorberflächen mittlerweile recht einfach geworden - sofern es sich um einfache, eher isolierte Bewegungsabläufe handelt. Anders sieht es bei Abläufen in der Fertigung aus, die aus einer großen Zahl von miteinander verbundenen Teilaufgaben bestehen. In der Automatisierungsbranche gilt als Richtwert, dass zum Preis für einen Roboterarm noch einmal das Zwei- bis Dreifache an Kosten dazukommt für Aufgaben wie Integration, Programmierung und Schulung.
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Diese Hürde für die Automatisierung wollen Informatiker aus Magdeburg nun deutlich senken. Ein Forschungsteam der Fakultät für Informatik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hat in dem Projekt „AuRora – Automated Robot Programming“ einen neuen Algorithmus entwickelt, mit dem Unternehmen künftig ihre Industrieroboter automatisiert und zeitsparend programmieren können.
Warum die Programmierung nicht trivial ist
„In der Automobilindustrie ist es zum Beispiel üblich, dass die Karosserie an über 50 Punkten geschweißt werden muss. Der Programmierer oder die Programmiererin muss dann festlegen, wie der Roboter diese Punkte am effizientesten anfährt – das ist alles andere als trivial“, erläutert Julian-Benedikt Scholle, Leiter des Forschungsprojekts. „Mit unserem Algorithmus können diese Arbeit nun auch Fachkräfte übernehmen, die kaum Programmiererfahrung haben, weil viel weniger Grundlagenwissen erforderlich ist. Gerade jetzt, wo überall Personal fehlt, ist das ein enormer Vorteil.“
Worauf basiert der Algorithmus?
Die Idee der Magdeburger Forschenden: Statt Programmabläufe manuell zu erstellen, werden diese automatisch aus einem Modell des zu fertigenden Produkts sowie des Bearbeitungsprozesses abgeleitet. Dazu müssen die Unternehmen lediglich die spezifischen Aufgaben definieren – also festlegen, wo welche Schweißnaht, Schraube oder Bohrung hin soll. Der Algorithmus berechnet dann, wie diese Aufgabe am schnellsten gelöst werden kann.
Noch relativ einfach ist dabei die Generierung von Roboterbahnen aus vorgegebenen CAD-Daten. Das Hauptproblem liegt aber in der Berechnung optimaler, kollisionsfreier Zustellbewegungen und Arbeitssequenzen. Für diese Klasse an Problemen konnten die Informatiker im Rahmen ihrer Forschung sehr effiziente Verfahren entwerfen.
Welche Vorteile bringt das Verfahren?
Laut Schätzung der Forschenden um den Lehrstuhlleiter Prof. Frank Ortmeier können die algorithmische Automatisierung der Programmierung die Kosten für die Anpassung eines Roboters an wechselnde Aufgaben massiv gesenkt werden. Eine 90-prozentige Reduktion sei bei einfachen Anwendungen wie Bestücken/Löten in der Elektronikfertigung erreichbar. Bei komplexeren Problemen wird mit einer Reduktion um bis zu 50 Prozent gerechnet.
Eine neue Software brauchen die Unternehmen dafür nicht – der Algorithmus funktioniert mit den gängigen Programmen, die bereits eingesetzt werden.
Was kann der Algorithmus noch?
„Wir möchten – neben der Zeitersparnis – auch weitere Kriterien implementieren. Für einige Unternehmen ist es eventuell wichtiger, dass die Abläufe besonders genau ablaufen oder wenig Energie verbrauchen“, zeigt die Wissenschaftliche Mitarbeiterin Nadia Schillreff die Möglichkeiten auf.
Erste Firmen haben bereits ihr Interesse an der Entwicklung bekundet. Aktuell ist das Team auf der Suche nach weiteren Partnerunternehmen, mit denen sie verschiedene Szenarien und typische Anwendungsfälle erproben können.
