Cobots im Einsatz: Zukunftstechnologien in der Tischlerei

Sie arbeiten im elterlichen Betrieb, können Sie diesen kurz beschreiben und was Ihre Rolle im Betrieb ist?

Die Tischlerei Zimmerling ist als Objekteinrichter vorwiegend im Bereich der Bankeinrichtung und der Gleittür- und Trennwandherstellung tätig. Außerdem pflegen wir seit über 20 Jahren eine enge Partnerschaft mit einem ortsansässigen Laboreinrichter und arbeiten somit als Zulieferer für die Laborindustrie im Bereich der CNC-Fräsbearbeitung und der Kunststofffertigung. Ich fungiere als Vertreter für Krankheit und Urlaub in allen Bereichen der Firma und arbeite ansonsten vor allem im Bereich des Vertriebs und der (Weiter-)Entwicklung von Prozessen und Produkten.

Gab es einen Aha-Moment in der Ausbildung bzw. im Studium?

Ich glaube einen wirklichen Aha-Moment hatte ich in der Ausbildung nicht. Dies lag besonderes daran, dass unser Betrieb im Bereich Digitalisierung bereits relativ hohe Standards besitzt und KI zu dieser Zeit nirgendwo eine Rolle spielte. 

Im Studium kam das Thema KI dann vermehrt auf und gerade im Gespräch mit Kommilitonen gab es einige Aha-Erlebnisse in Bezug auf die Nutzung von KI-Anwendungen wie Chat GPT. Beispielsweise hat jemand aus dem Bereich Sanitär-Heizung-Klima einen Chat mit Chat-GPT geführt, indem er der KI sämtliche Preise für die Standartgeräte beigebracht hat. Zum Schluss konnte er Chat-GPT auf der Baustelle, die zu beschaffenden Teile diktieren und das Angebot wurde automatisch erstellt und mit Preiskalkulation als PDF bereitgestellt. 

Warum sind Cobots für ihrem Betrieb interessant? Was haben Sie dazu während des Studiums untersucht und zu welchem Ergebnis sind Sie dabei gekommen?

Grundsätzlich schaffen Cobots, also für die Zusammenarbeit mit Menschen geeignete Roboter, die Möglichkeit, Prozesse in kleinteiligen Schritten zu automatisieren. Cobots können aufgrund Ihrer Beschaffenheit ohne Einhausungen, Lichtschranken oder Trittmatten arbeiten und werden über vergleichsweise simpel gehaltene Oberflächen programmiert. Somit sind die Beschaffungskosten, der Platzbedarf und die Ansprüche an das bedienende Personal viel geringer als bei der Anschaffung eines Produktionsroboters, wie ihn die meisten aus zum Beispiel der Autoindustrie kennen. 

Die Beschaffenheit der Roboter schränkt diese allerdings auch in Ihren Betätigungsfeldern ein. Der Arm darf aus Sicherheitsgründen beispielsweise keine Bohrprozesse übernehmen oder muss dann im Nachhinein eingehaust werden. Auch schränken zur jetzigen Zeit die möglichen Endeffektoren, als die für den Cobot existierenden Werkzeuge, die Aufgabengebiete ein. Besonders gut geeignet sind sie jedoch im Auftrag von Klebstoffen, bei jeglicher Art von Umlagerung und beim Schleifen von geraden und dreidimensionalen Flächen.

Für die Tischlerei Zimmerling sind Cobots an verschiedenen Stellen interessant, da wir sowohl im Bereich der Gleittür- und Trennwandfertigung als auch in der Laborzulieferindustrie, individuelle Lösungen aus einem teils standardisiertem System bauen und deshalb für Tischlereien einen vergleichsweise hohen Anteil an Serienfertigung aufweisen. Der Start war zum Zeitpunkt meines Studiums im Bereich der Laborzulieferindustrie geplant. Als Hersteller von Labortischplatten stellen wir auch solche mit einem Wulstrand, also einer erhöhten Kante, her. Diese Kante ist in unserem Fall fast immer aus Epoxidharz ausgeführt und muss bei der Herstellung und Montage an der Platte aufwendig geschliffen werden. Zur Zeit der Erstellung meiner Arbeit dauerte das Schleifen einer Platte zwischen 35 und 45 Minuten.

Diesen Schleifprozess sollte ein Cobot übernehmen. Ziel war es, dem Roboter das Schleifen über händisches Führen anzulernen. Dies bedeutet, der Roboter schaltet alle Achsen frei und kann frei im Raum bewegt werden. Auf diese Art und Weise kann ein Mitarbeiter eine Platte mit dem Roboterarm manuell Schleifen und der Cobot speichert den Weg beziehungsweise die Bewegungen ab. Diese können dann beliebig oft wiederholt werden. Das Ziel war es also, einen Cobot anzuschaffen und ohne größere Schulungen die Möglichkeit zu haben, den Roboter sofort gewinnbringend einzusetzen. Somit sollte der Aufwand sowohl monetär als auch zeitlich begrenzt werden. Das Personal hätte auf diese Weise, während der Roboter an sich schon Arbeiten kann, Schulungen besuchen und Erfahrungen sammeln können. In darauffolgenden Schritten sollte der Arm weitere Werkzeuge bekommen und somit Schritt für Schritt vielseitiger einsetzbar gemacht werden.

Genau diese Überlegungen bilden auch den Kern meiner wissenschaftlichen Arbeiten im Studium. Das Ergebnis fiel dabei besonders in Hinblick auf die Tischlerei Zimmerling sehr positiv aus. Dies liegt besonderes an der Produktpalette der Tischlerei. Für die eben nur teilweise genormte Fertigung wäre eine automatisierte Fertigungsstraße nicht umsetzbar. Ein vergleichsweise kostengünstiger Cobot, welcher an Kleinserien arbeitet und je nach Bedarf umgebaut und ergänzt werden kann, ist jedoch eine wirkliche Verstärkung für die Tischlerei. Außerdem übernimmt der Cobot immer die repetitive und damit langweilige Arbeit und schafft beim Personal freie Zeit für anspruchsvolle und ausfüllende Arbeiten. Cobots sind aufgrund der einfachen Programmierung auch nicht so anfällig für Beschädigungen durch Fehlbedienung und durch Ihre Eigenschaft als kollaborativer Roboter auch in Ihrer Kraft so eingeschränkt, dass selbst bei Maschinenbewegungen, welche zu Kollisionen mit Werkstück oder Maschinenführendem kommen könnten, keine Schäden oder Verletzungen zu erwarten sind. 

Insgesamt gibt es sowohl positive als auch negtive Aspekte von Cobots. Positv ist:

• Cobots sind kostengünstiger als vergleichbare Maschinen
• Cobots sind einfach in der Bedienung und Programmierung
• Cobots übernehmen vorwiegend Prozesse, welche von Mitarbeitenden als negativ empfunden werden à Serienfertigung, Umlagern, Stapeln
• Cobots steigern die Produktivität einer Produktion
• Cobots sorgen durch maschinelle Fertigung für eine hohe Wiederholgenauigkeit und damit zu gesteigerter Qualität
• Cobots können durch nachträgliches Einhausen Aufgaben eines herkömmlichen Roboters übernehmen, beispielsweise Bohren

Negativ dagegen:

• Cobots brauchen ein gewisses Maß an Standardisierung
• Cobots sind durch Ihre Endeffektoren in Ihren Tätigkeiten eingeschränkt
• Eine mit Cobots optimierte Produktion reagiert langsamer auf individuelle Kundenbedürfnisse

Ein Blick in die Zukunft: Welche Rolle könnten Cobots im Betrieb spielen?

Der Ansatz dem Cobot Schleifen von Labortischplatten beizubringen, ist tatsächlich nie umgesetzt worden. Obwohl erfolgreiche Tests mit entsprechenden Schleifaggregaten unternommen wurden, gibt es einen solchen Roboter bei uns bis zum heutigen Tag nicht. Hintergrund ist hierbei nicht der Roboter, sondern eine Anpassung der Produktion an anderer Stelle. Zum jetzigen Zeitpunkt gehen wir davon aus, dass wir durch Anpassung der Reihenfolge der Arbeitsschritte und geringe allgemeine Anpassungen fast die gesamten Schleifprozesse einsparen können und somit dieses Betätigungsfeld für den Cobot entfällt.

Dennoch sind mein Vater und ich uns einig, dass wir einen Einstieg in die Welt der Cobots und damit die der Robotik finden müssen. Die angespannte Personallage im Handwerk und die immer wachsenden Möglichkeiten im Bereich der Robotik und Cobots sind für Tischlereien und besonders für uns wegweisend, diesen Schritt zeitnah zu gehen. Zur jetzigen Zeit müssen wir jedoch erstmal Klarheit über den Erfolg der Prozessanpassung im Bereich der Labortischplatten haben. Gelingt der Plan, muss eine neue Einstiegsstrategie für Cobots her, ansonsten könnte die Idee aus meiner Studienzeit doch noch zum Tragen kommen.

Welche Chancen liegen (auch allgemein) in Cobots, digitalen Tools und KI im Handwerk?

Ich denke die Chancen sind wie bereits beschrieben gerade bei Cobots sehr breit angelegt und liegen vor allem in der Produktivitätssteigerung. Dabei werden die Cobots ständig von verschiedenen Herstellern weiterentwickelt und verbessert. Ich denke, dass besonderes durch den Fachkräftemangel im Handwerk und den Wunsch der Arbeitenden nach ergonomischen und abwechslungsreichen Arbeitsplätzen dieser Prozess auch aus den Betrieben von innen heraus immer weiter vorangetrieben werden wird. Somit werden die bisher begrenzten Arbeitsgebiete immer mehr diversifiziert werden.

Mit KI-Tools und jeglicher Art von Digitalisierung wird es sich ähnlich verhalten. Betriebe, welche derartigen Werkzeuge verstärkt nutzen, werden immer Vorteile gegenüber der Konkurrenz haben. Sei es im Bereich der Verwaltung oder der Arbeitsvorbereitung. Digitalisierung schafft unter anderem die Möglichkeit in Planungs- und Zeichnungsprogrammen Fertigungsnormen oder vorgefertigte Planungselemente zu speichern und wiederzuverwenden. Ein Beispiel aus unserem Betrieb sind unsere Gleittür- und Trennwandsysteme. Über die Jahre hinweg haben wir nahezu das gesamte System mit allen Anbauteilen als vorgefertigte Teile in unserem Zeichnungsprogramm vorbereitet. Das bedeutet, dass wenn wir dem Programm eine Höhe, eine Breite und eine Anzahl an Gleittürelementen geben, wird automatisch eine passende Anlage erstellt und diese kann dann individuell angepasst werden. Bei der Erstellung der Anlage zeichnet das Programm automatisch die richtigen Überlappungen der Türen oder die richtigen Abstände der einzelnen Bauteile, damit die Anlage montiert werden kann. Außerdem warnt das Programm vor zu großen Elementen, welche nicht per Spedition verschickt werden können oder praktisch nicht umsetzbaren Konstruktionen.

Dieses tischlerspezifische Beispiel zeigt gut auf, was alles durch Digitalisierung möglich ist und alle Handwerksberufe, in denen Planung in Form von Zeichnungen notwendig sind, können auf diese Art und Weise die Arbeitsvorbereitung optimieren.

Das Thema KI-Nutzung ist zur jetzigen Zeit in meiner Wahrnehmung noch kein oder ein sehr untergeordnetes Thema, zumindest für die Ausübung der berufsspezifischen Aufgaben. KI kommt zur Anwendung in Bereichen des Marketings oder zum Vorformulieren von Texten.

Wo steht das Handwerk Ihrer Meinung nach aktuell in Sachen Digitalisierung und KI?

Wie bereits angesprochen steht das Handwerk in meinem Umfeld in Sachen KI-Nutzung noch am Anfang. In Sachen Digitalisierung gibt es allerdings eine ganze Reihe Betriebe mit enormen Digitalisierungsraten. Angefangen bei digitaler Zeiterfassung, über die angesprochene Fertigungsplanung aber auch in Gewerken mit CNC-Gestützten Fertigungen, wie zum Beispiel Tischler und Metaller, eine digitalisierte und automatisierte Fertigung. Auch in der Verwaltung wird durch Digitalisierung und Nutzung entsprechender Programme in immer mehr Betrieben viel Zeit gespart. Außerdem führt Digitalisierung in den meisten Fällen auch zu mehr Genauigkeit beziehungsweise zu weniger Fehleranfälligkeit bestimmter Prozesse. Ein einfaches Beispiel ist die Nutzung von Buchhaltung-Softwares. Werden Auftragsbestätigungen automatisch zu Lieferscheinen und Rechnungen fortgeführt können keine oder nur schwer Fehler bei der Erstellung dieser gemacht werden.

Wie stellen Sie sich Ihre Arbeit in Zukunft vor? Welche Tools würden Sie nutzen und warum?

Ich denke im Bereich der Digitalisierung ist unser Betrieb für die nächsten Jahre gut aufgestellt und die Veränderungen, die ich mir greifbar ausmalen kann, sind eher klein. Ich glaube allerdings, dass für unseren Betrieb das Thema Robotik eine treibende Kraft für Wandlungs- und Investitionsprozesse sein wird. Unsere Fertigung bietet enormes Potential für den Einsatz von Cobots und die ohnehin digitale Planung bietet die Möglichkeit entsprechende Geräte vergleichsweise schnell in die Produktion zu implementieren. Neben der Roboter-Thematik ist speziell für Tischler auch die Entwicklung im Bereich CNC-Technik und Kantenbearbeitung interessant. Auch in diesem Gebiet wird sich in den nächsten Jahren vieles weiterentwickeln und die Frage wird sein, ob entsprechende Entwicklungen auch unseren Betrieb voranbringen können.

Ein Tool, welches in den letzten Jahren immer mehr Einfluss auf unseren Betrieb genommen hat und auch in Zukunft vermehrt eingesetzt werden wird, ist 3D-Druck. Gerade im Bereich der Laboreinrichtungszulieferung und der Gleittür- und Trennwand-Fertigung kann ich mir eine Zukunft, in welcher Roboter, sei es kollaborativ oder nicht, CNC-Maschinen und 3D-Drucker große Teile der praktischen Arbeit übernehmen. Dabei werden die individuellen und speziellen Lösungen und Arbeitsgänge noch lange von Mitarbeitern händisch übernommen werden. Die repetitiven Aufgaben entfallen jedoch hierbei und Arbeitsplätze werden anspruchsvoller aber auch abwechslungsreicher. Auch die Anforderungen an Tischler wandeln sich bereits und werden sich weiter wandeln. Über kurz oder lang werden bis auf einige wenige, auch die traditionellen Betriebe dem Thema Digitalisierung und Automatisierung die Türen öffnen müssen, um konkurrenzfähig zu bleiben.