forschung und entwicklung
Die Forschung und Entwicklung hat im kuka Konzern eine strategische Bedeutung für die Sicherung der Technologieführerschaft. Der Bereich arbeitet nach folgenden Grundsätzen:
- für die Kunden anwendungsorientierte Produkte und Lösungen zu entwickeln, die sich durch höchsten Kundennutzen und Wirtschaftlichkeit auszeichnen;
- die Skalier- und Modulierbarkeit der Lösungen durch innovative Steuerungstechniken kontinuierlich zu erhöhen;
- die Funktionalitäten bei gleichzeitiger Kostensenkung stetig zu steigern und
- die Zeitspanne von der Idee bis zum marktreifen Produkt zu minimieren.
Forschungs- und Entwicklungsleistungen gesteigert.
Die Forschungs- und Entwicklungsingenieure von kuka arbeiten in direkter Nachbarschaft zu den Anwendungs- und Unterstützungsteams und zur Fertigung in Augsburg. Dies gewährleistet größtmögliche Kundenorientierung. Die Time-to-Market-Periode, sprich die Zeitspanne von der Idee bis zum marktreifen Produkt, konnte in den vergangenen Jahren kontinuierlich verkürzt werden. Gleichzeitig sind 2008 die Forschungs- und Entwicklungsleistungen durch Maßnahmen der Effizienzsteigerung gegenüber dem Vorjahreszeitraum gesteigert worden.
Karosseriebau von Automobilen – Handling mit Robotern.
integrierte forschung im kuka innovation center
Die Geschäftsbereiche Robotics und Systems arbeiten im Rahmen des integrierten Geschäftsmodells im kuka Innovation Center zusammen. Mit der Kombination der Kernkompetenzen aus der Robotertechnologie und dem Anlagenbau verfügt kuka über optimale Grundlagen zur Entwicklung innovativer Lösungen in der Automation von Produktionsprozessen. Die Teamarbeit befördert eine Vielzahl von Synergien in Form von Zeit- und Kostenvorteilen. Im Jahr 2008 wurde in der Feinabstimmung zwischen der Bewegungssteuerung des Roboters und der so genannten Technologiesteuerung des durchzuführenden Prozesses wichtige Fortschritte erreicht. Während beispielsweise das Kleben von Montageteilen bisher einer eigenen Klebesteuerung bedurfte, um den Kleberausstoß auf die Robotergeschwindigkeit abzustimmen, ist mittels neuer kuka-Technologie jetzt eine präzise Synchronisation der beiden Steuerungen möglich. Neu entwickelte Engineering Werkzeuge ermöglichen eine einfache, graphik- und bauteilorientierte Programmierung von Roboterbewegung und Klebeprozess auf Basis von 3d-cad-Daten. Diese Technologien bieten deutliche Qualitäts- und Kostenvorteile für unsere Kunden. kuka hat erreicht, die Programmierzeit um den Faktor zehn zu reduzieren.
Den Ingenieuren im Innovation Center ist es zudem gelungen, fortschrittliche Methoden der Bahnplanung in die moderne Robotersteuerung, die auf erweiterten mathematischen Modellen beruhen, auf den Laserprozess zu übertragen und die Versatzgeschwindigkeit nochmals zu erhöhen. kuka RoboScan gestattet schnellere Versatzbewegungen beim Laserschweißen ohne Einsatz teurer Hardware.
Eine weitere gemeinsame Entwicklung der beiden Geschäftsbereiche im Innovation Center stellt das High Output and Quality (hoq) Hemming dar: Zum Falzen von Karosserieteilen, beispielsweise für Fahrzeugtüren oder Heckklappen, werden von der Industrie immer öfter Roboter eingesetzt, die mit einer Rolle über das Blech fahren und dieses dabei umbiegen. Im Innovation Center konnte im vergangenen Jahr die Ansteuerung der angetriebenen Falzrolle entscheidend verbessert werden. Die Falzrolle läuft jetzt in engster Synchronisierung mit der Roboterbewegung über das Metall. Dies reduziert die Produktionszeit um ca. 50 % bei gleichzeitiger Steigerung der Produktqualität.
f&e-aufwand nach geschäftsbereichen
(in %)
Vorjahreszahlen in Klammern
f&e-aufwendungen weiter erhöht
Im vergangenen Jahr hat kuka insgesamt 33,7 mio. € (Vorjahr: 30,8 mio. €) für Forschung und Entwicklung (f&e) ausgegeben, dies entspricht einem Anteil von 2,7 % an den Umsatzerlösen im Berichtsjahr. 2007 hatte der f&e-Anteil an den Umsatzerlösen noch 2,4 % betragen. Die Aktivierungsquote, d. h. der Anteil der f&e-Kosten, die als selbst erstellte Software bzw. Produktentwicklungskosten aktiviert worden sind, ist 2008 auf 22,0 % (Vorjahr: 17,2 %) angestiegen. Grund hierfür sind erhöhte Aufwendungen für die Entwicklung einer neuen Robotersteuerungssoftware.
Über 90 % der f&e-Aufwendungen bei kuka Robotics.
90,6 % der f&e-Aufwendungen waren 2008 Robotics zuzurechnen. Der Geschäftsbereich wendete 31,0 mio. € (Vorjahr: 28,3 mio. €) und damit 6,5 % seiner Umsatzerlöse (Vorjahr: 6,9 %) auf. Bei Systems sind die Aufwendungen für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben generell deutlich geringer. Denn der Geschäftsbereich erbringt die überwiegende Zahl seiner Entwicklungsleistungen im Rahmen seiner Kundenaufträge, sodass im vergangenen Jahr für Systems nur 3,2 mio. € (Vorjahr: 2,5 mio. €) Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen zu verbuchen waren. Das zentrale f&e-Budget kommt etwa zu 70 % der Entwicklung von neuen Produkten und Applikationen und zu rund 30 % Basistechnologien zugute.
Die Finanzierung der Forschung und Entwicklung erfolgt hauptsächlich durch eigene Mittel. Daneben nutzt der Bereich auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen f&e öffentliche Fördergelder und kooperiert mit Forschungszentren, Universitäten, Hochschulen und anderen Unternehmen in Projekten der eu, des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (bmbf) und der Bayrischen Forschungsstiftung.
geschäftsbereich robotics
kuka Robotics beschäftigte im vergangenen Jahr 249 (Vorjahr: 235) Mitarbeiter in der Forschung und Entwicklung; dies entspricht einem Anteil von 11 % der Belegschaft. Die Mehrzahl der Mitarbeiter in der Forschung und Entwicklung verfügen über einen Hochschulabschluss. Etwa 50 % der Mitarbeiter sind in der Softwareentwicklung und Elektronik eingesetzt, 30 % in der Mechanik und Mechatronik und rund 20 % sind Spezialisten, die in Arbeitnehmerüberlassung für kuka tätig sind. kuka setzt auf schlanke Strukturen und arbeitet in der Forschung und Entwicklung flexibel und kostengünstig im Netzwerk mit Experten der verschiedensten Fachgebiete zusammen. Der Anteil von Drittleistungen im Rahmen der Forschung und Entwicklung lag im Jahr 2008 bei rund 20 %.
Die Entwicklungsleistung von kuka Robotics hat sich in den vergangenen Jahren kontinuierlich gesteigert. Im Jahr 2008 zog die Zahl der veröffentlichten Patente, Patentschriften und Gebrauchsmuster insgesamt um knapp 50 % an. Die steigende Zahl der veröffentlichten Patente pro Jahr spiegelt die Kompetenz und die effiziente Arbeitsweise der Forschung und Entwicklung bei kuka Robotics wider.
hoq-Hemming – Roboterbördeln mit schnellen Taktzeiten.
neue projekte
Neben der Neuentwicklung der 3d-cad-Daten-basierten Engineering-Werkzeuge zur einheitlichen visuellen Programmierung von Prozess und Bewegung, wurden Software-Werkzeuge für die einfache Bedienung von Robotern weiterentwickelt. kuka Kunden können mit wenig Aufwand diese Bedienoberflächen selbst erzeugen und damit die Bedienung ihrer Roboter erheblich vereinfachen. Damit trägt kuka einer zentralen Kundenanforderung aus der General Industry Rechnung. Dort werden im Rahmen der Automation von Produktionsprozessen einfache grafische Bedienungsoberflächen, die selbsterklärend sind und jedermann die Handhabung ermöglichen, benötigt.
Eine der Engineering-Komponenten, eXtendedMotion, synchronisiert in einzigartiger Weise Roboterbewegung und so genannte Zusatzachsen; sie ist die steuerungstechnische Grundlage beispielsweise für das High Output and Quality (hoq) Hemming, aber auch für die Schlüsseltechnologie „Industrielles 3d-Nähen“, wie es in größerem Stil bei der Automatisierung der Flugzeugteile-Produktion aus cfk-Verbundstoffen zum Einsatz kommt. Diese Nährobotik wurde zusammen mit einem Partner gleichfalls in 2008 abgeschlossen und befindet sich bereits im industriellen Einsatz.
Neues Robotersystem für Diagnoseanwendungen in der Medizintechnik.
Im Bereich Roboter Applikationsmodule beschäftigten sich die kuka Forschungs- und Entwicklungsingenieure im vergangenen Jahr mit richtungsweisenden Neuentwicklungen für die Medizintechnik: So wurde z. B ein neues Robotersystem für Diagnoseanwendungen zur Marktreife geführt. Dieses System erlaubt eine millimetergenaue Patientenpositionierung bei Röntgenuntersuchungen und erspart dem Patienten die von vielen als belastend empfundene Fahrt in die Röntgenröhre eines herkömmlichen Computertomografen. Bei dem von kuka entwickelten System führt ein Roboter das Röntgengerät um den Patienten herum.
vierte dimension für die entertainmentbranche erschlossen
Für die Entertainmentbranche wurde die kuka Robocoaster Technologie zum Simulator weiterentwickelt. Durch das Visualisierungsmodul, eine Computer Display Haube, und den großen Bewegungsraum des Roboters erhält der Fahrgast eine naturgetreue Wahrnehmung von Bewegungsabläufen und Sinneseindrücken passend zu einem Filmerlebnis. Dabei eröffnet ein Fahrtwind-Gebläse erstmals die vierte Erlebnisdimension Haut. Der Fahrgast nimmt so die Szenen intensiv und emotional wahr. Die Entertainmentbranche zeigte anlässlich der Messepräsentation im vergangenen Jahr starkes Interesse. Eine andere Entwicklung erweitert den Standard Robocoaster auf eine Passagierkapazität von vier Personen bei eingeschränktem Bewegungsraum.
roboterneuheiten auf der automatica
Auf der europäischen Leitmesse automatica in München stellte kuka Robotics vom 10. – 13. Juni 2008 drei neue Entwicklungen vor, die vor allem auf den schnell wachsenden Markt der Service Robotik zielen:
Mobiler Leichtbauroboter vorgestellt.
- einen stationären Leichtbauroboter, der besonders einfach zu programmieren und zu bedienen ist und in kleineren Betrieben als des „Werkers Dritte Hand“ zukünftig manuelle Arbeitsplätze unterstützt;
- einen mobilen Leichtbauroboter (omniRob), der schnurlos gesteuert und selbstständig navigierend allein oder in Zusammenarbeit mit Menschen Transportdienste in der industriellen Produktion und in Werkstätten erbringen kann;
- neue Forschungsergebnisse und Lösungen zur Sicherheit in der Mensch-Roboter-Interaktion.
Darüber hinaus ist 2008 die omniMove-Plattform weiterentwickelt worden. Diese Plattform rangiert bis zu 60 Tonnen Gewicht auf kleinstem Raum in alle Raumrichtungen und trägt so im Marktsegment Luftfahrtindustrie bereits wesentlich zum Umsatz von kuka Robotics bei. Die omniMove-Plattform kann in einer kleineren Version mit einem kuka Leichtbauroboter kombiniert werden. Dieses omniRob-System übernimmt bildbasierte Greifaufgaben und Hol- und Bringdienste und wird 2009 in die Praxiserprobung gehen.
kuka führt zentrale forschungskooperationen
Neben den Neu- und Weiterentwicklungen, die im Rahmen von Kundenaufträgen und in der zentralen Forschung und Entwicklung entstehen, arbeitet kuka seit Jahren an Gemeinschaftsentwicklungen mit den auf das Gebiet Robotik spezialisierten Hochschulen und Instituten in Europa und Nordamerika mit. So besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (dlr), dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (ipa), Stuttgart, dem Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (iff), Magdeburg, sowie den Universitäten Augsburg, München, Stuttgart und Karlsruhe, der Universität Neapel und dem Georgia Institute of Technology in den usa.
2008 wurde unter anderem die Zusammenarbeit mit der rwth Aachen intensiviert. Im Rahmen einer Kooperation zwischen der kuka Roboter GmbH, der rwth Aachen und dem Universitätsklinikum Aachen werden in mehreren Bereichen neue Medizinrobotik-Anwendungen erforscht. Im Rahmen der Rehabilitation von Kranken kommen beispielsweise „mechatronische Physiotherapeuten“ zum Einsatz, die mit ihrer extremen Wendigkeit und Belastbarkeit Menschen optimal bei der Krankengymnastik unterstützen. Ein weiteres Ziel ist die Verbesserung der fokussierten Strahlentherapie mit Robotern. Kooperationen dieser Art sind ein wichtiger Baustein im Rahmen des von kuka seit Jahren gepflegten Transfers zwischen Wirtschaft und Wissenschaft.
Die bestehende Zusammenarbeit mit dem dlr wurde im Jahr 2008 weiter ausgebaut. kuka Robotics und dlr beabsichtigen, ihre erfolgreiche Kooperation durch einen intensiven Erfahrungstransfer auf unterschiedlichen Gebieten wie zum Beispiel Sensorik und Mobilität weiterzuführen. Das Knowhow soll im Rahmen von halbjährlich stattfindenden Workshops sowie durch die Gewährung von Einblicken in Forschungsarbeiten durch Gastwissenschaftler von den Mitarbeitern des dlr auf die Mitarbeiter von kuka übertragen werden.
kuka koordiniert zentrales Forschungsprojekt der Europäischen Gemeinschaft.
Auf europäischer Ebene koordiniert kuka seit dem vergangenen Jahr das zentrale Forschungsprojekt der Europäischen Gemeinschaft care (Coordination Action for Robotics in Europe), in dem die strategische eu Forschungs- und Entwicklungsroadmap für den Bereich Robotik erarbeitet wird. care bündelt die Kompetenzen der europäischen Roboterindustrie, der Roboterforschung sowie der privaten und öffentlichen Investoren, um dem europäischen Robotik-Knowhow weltweit neue Einsatzbereiche zu eröffnen. Im vergangenen Jahr wurde unter der Federführung von kuka ein Aktionsplan entwickelt, der weitere Einsatzbereiche für Roboter in privaten und professionellen Servicebereichen, im Rahmen von Sicherheitsdiensten und in der Raumfahrt erschließen soll.
Die europäischen Unternehmen der Industrierobotik, Professional und Domestic Servicerobotik sowie der Security- und Spacerobotics haben 2008 die eu Technologie Plattform european robotics platform (europ) gegründet. Aufgabe von europ ist es, die Robotiktechnologie als Innovationstreiber für die Europäische Industrie zu definieren und zu fördern. europ wird von kuka Robotics geführt.
f&e-aufwand kuka konzern
(in mio. €)
geschäftsbereich systems
Der Geschäftsbereich Systems hat seine Mitarbeiter aus dem Bereich Forschung und Entwicklung überwiegend in der Weiterentwicklung von automobilen Produktionstechnologien eingesetzt. Für das Widerstandspunktschweißen, dem am häufigsten praktizierten Fügeverfahren im Karosseriebau, wurde das Verfahren Robospin entwickelt, welches den Roboter während des Schweißvorgangs bereits in Richtung des nächsten Schweißpunkts bewegt, sodass der Schweißvorgang schneller, genauer und kostengünstiger ablaufen kann. Die auf diese Weise länger haltbaren Elektrodenkappen der Schweißzangen werden vollautomatisch von einem weiteren neuen kuka Produkt, dem kuka Tipchanger, ausgewechselt.
Für die Framingstationen in Rohbauanlagen des Fahrzeugbaus, in der die Seiten des Fahrzeugs mit Dach und Boden zur Komplettkarosserie verbunden werden, hat kuka das neue kuka Framing entwickelt. Es erlaubt die Produktion von bis zu sechs verschiedenen Fahrzeugen in einer Framingstation, wobei zwei drehbare Trommelspeicher mit je vier Speicherplätzen die jeweils unterschiedlichen Spannrahmen vorhalten.
„digitale fabrik“ weiterentwickelt
Innerhalb der „Digitale Fabrik“ wurden virtuelle Technologien für den Produkt- und Produktionsmittellebenszyklus weiterentwickelt. Die „Digitale Fabrik“ als Netzwerk digitaler Methoden und Modelle ist bei kuka Systems ein wesentlicher Baustein für eine kosten- und zeitoptimierte Entwicklung von Fertigungsanlagen. Während schon seit längerer Zeit Werkzeuge für einzelne Fachaufgaben wie cad-Konstruktion oder Robotersimulation vorhanden sind, erfolgt der Informationsaustausch zwischen diesen Werkzeugen noch immer weitgehend manuell. kuka hat hier mit dem „Info-Bus“ eine Integrationsplattform geschaffen, die es den Anwendern über die Einzelwerkzeuge hinweg ermöglicht, digitale Anlagenmodelle aufzubauen. Ein übergreifendes System ist beispielsweise die Verwaltung von Schweißpunkten, die es Simulationsingenieuren ermöglicht, simultan abzufragen bzw. zu hinterlegen, welcher Punkt mit welchem Roboter zu schweißen ist.
Neues Werkzeug für die Bearbeitung u. a. von Kohlefasern.
Für die Luftfahrtindustrie unterhält kuka Systems drei Entwicklungszentren in Großbritannien, Nordamerika und Deutschland. 2008 wurde u. a. ein so genanntes Multi-Functional-End-Effector-Werkzeug (mfee) entwickelt. Das neue Werkzeug wird mit dem Roboter an die gewünschte Position gebracht und kann mittels separater Antriebe verschiedene Bohr-, Mess- und Nietaufgaben selbsttätig erledigen. Dieses Werkzeug wurde speziell für komplexe Flugzeugteile entwickelt und ermöglicht die Bearbeitung unterschiedlicher Materialien wie Aluminium, Titan oder Kohlefaser. Dazu gehört auch ein berührungsloses Kontrollsystem zur Messung der Lochqualität.
Patentiertes kuka Systems-Werkzeug robo frame.
Für die Solarindustrie sind im vergangenen Jahr spezielle Werkzeuge für verschiedene Schritte in der Herstellung von Solarmodulen in den Markt eingeführt worden. Mit den Trimm-Werkzeugen kuka robo trim können Roboter laminierte Module automatisch beschneiden. Mit Tapeköpfen wird doppelseitiges Klebeband auf Module aufgetragen. Die verschiedenen Klebeapplikationen mit kuka robo tape-Werkzeugen umfassen die elektrische Isolation bei Dünnschichtsolarmodulen, den Kantenschutz bei der Modulverkapselung und die Diffusionssperre im Randbereich von Solarmodulen. In Verkapselungsstationen werden Aluminium-Rahmen automatisch auf Solarmodule gefügt. Hierzu wurde ein patentiertes System kuka robo frame entwickelt. In einer Querverlötungsstation werden Querverbinder mit drei Robotern automatisch zu einzelnen Stringern verlötet. Dies ist eine der ersten vollautomatischen Lösungen dieses komplexen Fertigungsschritts.