Innovations­treiber in Dresden: Das Team von Schubert Motion

Die Entwicklung der Motion-Software ist der erste Meilen­stein, den sich das Team gesetzt und zu einem großen Teil bereits erreicht hat. Mit dieser KI-gesteuerten Software werden die Bewegungen der Verpackung­sroboter von Schubert organischer und lassen sich auf Schnell­igkeit, signifikante Schwingungs­reduktion oder sogar Energie­effizienz optimieren. 2023 soll die Software in den F2-Robotern in Serie gehen. Weitere Roboter­typen sind in Vorbereitung. Dabei ergänzen sich die Dresdner Kollegen in ihren Aufgaben­bereichen und arbeiten eng zusammen. „Die spannenden Entwicklungs­themen und das kleine Team machen den Job besonders interessant“, erzählt Florentin Rauscher. Vincent Modes kann nur zustimmen: „Der Verantwortungs­bereich ist dadurch größer, die Hierarchien sind flacher und wir stehen direkt im Kontakt mit unseren Anwendern, unseren Schubert-Kollegen aus dem Crailsheimer Stammhaus.“

Einstimmige Begeisterung löst bei allen der direkte Praxis­bezug aus. Die theoretischen Ideen zeitnah an realen Robotern in einer Verpackungs­maschine testen und präsentieren zu können, ist für sie etwas Besonderes – erst recht, wenn es so gut funktioniert wie mit den Robotern auf der Fachpack. Ganz nah an der Maschine zu arbeiten, stärkt aber nicht nur die Motivation, sondern gehört für Michael Döring auch zu einem entscheid­enden Kreis­lauf. Der permanente Fluss aus Programmierung - Test - Simulation - Wirkung in der Maschine - Analyse bringt zunächst einmal die Entwicklungen bei Schubert Motion voran. Das Ziel sei aber noch ein anderes, sagt er: „Wir arbeiten daran, in Zukunft ein um­fassendes, direktes und auto­matisiertes Feedback zu den optimierten Robotern und der Maschine von der Inbetrieb­nahme bis zum Einsatz bei unseren Kunden zu erhalten. Dann können wir die Ergebnisse wieder in die weitere Verbesserung einfließen lassen. Dadurch erreichen wir eine hohe Entwicklungs­geschwindigkeit und können die Entwicklungen permanent absichern und optimieren.“

Die Aufgaben bei Schubert Motion rund um die Verpackungs­roboter und -prozesse sind vielfältig. Das Anlernen neuronaler Netze mit Methoden der künstlichen Intelligenz, dem sogenannten Machine Learning, gehört ebenso dazu wie die Software­entwicklung im Steuerungs­kontext. Zusätzlich ist Michael Döring eingebunden in die Entwicklungs­prozesse bei Schubert, beispiels­weise für die neue Maschinen­generation. Hier bringt er sich mit seiner Robotik-Erfahrung ein: „Mit Simulation und optimierten Bewegungen erhalten wir ein klares Bild über das Optimierungs­potenzial und können sinnvolle Entscheidungen ableiten. Auch sind wir dann zukünftig schneller bei der Inbetrieb­nahme.“ In die gleiche Richtung geht das sogenannte Condition Monitoring, bei dem die Belastungen der Roboter überwacht werden, sowie die Durchführung anspruchsvoller FEM-Berechnungen (Finite-Elemente-Methode), zum Beispiel auch die Abbildung und Optimierung von Verpackungs­prozessen ohne Roboter.

Diese Aufgabe verantwortet Imadeddin Zreid, der seine Erfahrung bei komplexen multi­physikalischen FEM-Simulationen und deren wissen­schaftlichen Methodik einbringt: „FEM-Simulationen an der Form­schulter und Roboter­simulationen unter­scheiden sich auf den ersten Blick stark, aber es ist erstaunlich, wie groß die Schnitt­mengen sind“, erklärt er. Aktuell arbeitet Imadeddin Zreid an der Simulation und Optimierung der Form­schulter­geometrie im Schubert-Flowpacker. „Im Prinzip schauen wir uns dabei ebenfalls geo­metrische Punkte an, die wir definieren und optimieren, ähnlich wie bei der Bewegungs­optimierung der Roboter. Nur liegen sie jetzt auf einer vor­ge­gebenen Fläche, nämlich dem komplexen Gebilde der Form­schulter. Bei der Bewegungs­optimierung mit Motion liegen sie dagegen auf einer freien Bahn zwischen dem Start- und dem Endpunkt der Roboter­bewegung.“ Bei Simulationen allein bleibt es aber nicht, die Ergebnisse werden natürlich auch in realen Experimenten überprüft und bestätigt. Besonders freut sich Imadeddin Zreid dabei über die Möglich­keiten des 3D-Drucks, unter anderem via PARTBOX: „Die erste selbst gedruckte Formschulter in den Händen zu halten, war ein spannender Augenblick.“

Michael Döring ergänzt: „Wichtig ist es, mit einem kleinen Team schlag­kräftig zu sein. Das erreichen wir mit einer agilen Arbeits­weise und einer offenen Arbeits­atmosphäre, in einem genauso offenen Büro. Ergänzt wird das durch praktische Erfahrung und die wissen­­schaftliche Perspektive, die im Team stark verankert ist. Wir erschließen uns die Problem­stellungen mit aktuellen Tools und etablierten Methoden, unter anderem aus der Roboter­entwicklung, und beziehen wissen­schaftliche Methoden mit ein. Dabei können wir unsere Ansätze aus der Motion-Software auch auf andere Entwicklungs­bereiche übertragen. Die Methoden und die Erfahrungen für die Problem­lösung im wissen­schaftlichen Kontext helfen uns an vielen Stellen, weiterzukommen.“ Vincent Modes gefällt die agile Teamarbeit: „Wir tauschen uns sehr regelmäßig aus, reflektieren, wo jeder mit seinen Aufgaben steht, ob die gesteckten Ziele erreicht wurden und geben den anderen Kollegen Rückmeldung zu ihren Projekten. Die Zusammen­arbeit mit den Kollegen in Crailsheim ist ebenfalls eng, gerade wenn es gilt, Tests an Maschinen durch­zu­führen oder technisch zu unterstützen.“ Auch den Studierenden der nahe­gelegenen TU bieten sich bei Schubert Motion spannende industrielle Aufgaben­stellungen.

Ein Aspekt der aktuellen Projekte bei Schubert Motion ist es, die Verpackungs­welt nachhaltiger und damit zukunfts­sicher zu machen. Vor der Nachhaltigkeits­strategie Mission Blue haben energie­effiziente Roboter und die vorbeugende Wartung von Maschinen (Predictive Maintenance) einen gewissen Einfluss auf ressourcen­sparende und umwelt­schonende Verpackungs­prozesse. Florentin Rauscher hat das Potenzial berechnet: „Setzen wir die Motion-Software ein, so können wir die Roboter­bewegungen statt auf maximale Leistung auch auf Energie­effizienz optimieren.“ Michael Döring ergänzt: „Im Schnitt kann das einen Energie­spar­vorteil zwischen zehn und 20 Prozent bringen.“ Neben der schnellen Bewegung ist auch die Über­wachung der Roboter­aggregate im Feld wichtig für die Nach­haltigkeit. Sie kann helfen, die KI-basierte Software noch besser zu machen und ungeplante Maschinen­still­stände durch Condition Monitoring und vor­beugende Wartung zu verringern.

Dafür tauchen die Experten beim Condition Monitoring tief in die Daten der Roboter ein, um den Zustand der System­komponenten zu über­wachen und Parameter oder Grenz­werte für eine vor­beugende Wartung bestimmen zu können. Auch hier helfen Simulationen, die internen Zustände der Roboter unter verschiedenen Bedingungen herauszufinden. Diese Arbeit bildet eine wichtige Grund­lage für Analysen, die dem Kunden auf dem Schubert-Kunden­portal mithilfe der CARE-Service-Leistungen bereitgestellt werden. Zum Beispiel, um in der Zukunft einen detaillierten Blick auf die not­wendigen Wartungs­arbeiten zu erhalten. Schubert Motion arbeitet dazu eng mit der Crailsheimer Abteilung für die Erfassung und Verarbeitung von Maschinen­daten zusammen. „Dadurch kombinieren wir unsere wissen­schaftliche Orientierung mit den konkreten Problemen im realen Produktions­umfeld“, sagt Michael Döring.

Hier wird sichtbar, warum der Maschinen­hersteller Schubert jährlich ein hohes Budget in Forschung und Entwicklung steckt: Die Kompetenz im eigenen Haus erlaubt es, ein Gesamt­paket aus perfekt aufeinander abgestimmten Lösungen einzelner Maschinen­komponenten bis hin zu den Prozessen in der kunden­eigenen Produktion anbieten zu können. „Wir wollen einfach besser werden“, bringt es Michael Döring auf den Punkt.