Automated Lab: Roboter optimieren Klebstoffentwicklung

Roboter übernehmen heute bereits eine Vielzahl an eintönigen, repetitiven Tätigkeiten – und schenken uns damit Zeit und Ressourcen für kreative und spannendere Aufgaben. Auch Henkel automatisiert in seinem neuen Inspiration Center Düsseldorf (ICD) Arbeitsschritte. In einem datengesteuerten Labor werden rund um die Uhr neue Klebstoffformulierungen automatisch vorbereitet und getestet.

Im Interview mit dem K-MAG spricht Tim Welters über das Automated Lab sowie darüber, inwiefern dadurch die Mitarbeitenden entlastet, der Produktentwicklungszyklus beschleunigt und die Zeit bis zur Markteinführung neuer Produkte verkürzt werden.

Herr Welters, Sie nutzen im neuen Inspiration Center Düsseldorf (ICD) von Henkel Adhesive Technologies automatisierte Prüfmaschinen von ZwickRoell. Wie sieht deren Arbeit aus?

Tim Welters: Generell benötigen unsere Mitarbeitenden aus der Produktentwicklung große Mengen an Daten, zum Beispiel aus mechanischen Versuchen, um die Leistungsfähigkeit unserer Klebstoffe zu bewerten und zu optimieren. Hierzu führen sie verschiedene Arten von Prüfungen durch, beispielsweise Zug- und Zugscherversuche bei verschiedenen Temperaturen oder auch nach dem Durchlaufen harter Tests zur beschleunigten Alterung. Entweder stellen unsere Mitarbeitenden die Proben in ihrem Labor her und bringen sie dann ins zentrale automatisierte Labor. Oder die Proben kommen aus unserer Formulierungslinie, in der automatisiert dosiert und gemischt wird und am Ende beispielsweise Prüfkörper verklebt oder Zugproben hergestellt werden können.

Alle Parameter und Randbedingungen der Prüfung werden in unserem Labor-Informations- und Management-System von den Mitarbeitenden festgelegt und an das automatisierte Labor übertragen. Nach dem Einscannen und Einlegen der Prüfkörper in die Probenträger erfolgt der weitere Ablauf automatisch. Der Roboter greift eine Probe nach der anderen und legt sie in den Prüfaufbau ein. Die Steuerungssoftware stellt die vom Nutzer geforderten Randbedingungen ein und die Prüfung erfolgt. Dabei werden Bilder der Bruchflächen erstellt und die Ergebnisse werden schließlich in unser Labor-Informations-System zurückgeschrieben. Hier können die Mitarbeitenden aus der Produktentwicklung dann alle Ergebnisse analysieren und bewerten.

Inwiefern entlastet der Roboter die Mitarbeitenden?

Welters: Das mechanische Prüfen großer Mengen von Prüfkörpern ist eine zeitintensive und monotone Tätigkeit. Speziell die Prüfungen bei erhöhten oder niedrigen Temperaturen erfordern lange Equilibrierungszeiten, die den Laborablauf stören und häufig nicht sinnvoll genutzt werden können. Diese Versuche sind daher eher unbeliebt und werden gerne abgegeben. Durch den Einsatz der Roboter erhöhen wir die Effizienz, weil unsere Mitarbeitenden mehr Zeit für andere und kreative Forschungs- und Entwicklungsaufgaben haben.

Inwiefern kann der Einsatz des Roboters Fehler verhindern – oder auch bei der Identifizierung der Fehlerquelle helfen?

Welters: Die Automatisierung von Werkstoffprüfungen und anderen Laboraufgaben erhöht grundsätzlich die Reproduzierbarkeit, weil sie eine ganze Reihe von Fehlerquellen eliminiert, beispielsweise die ungenaue Einspannung von Proben oder die ungenügende Konditionierung unter Prüfbedingungen. Darüber hinaus lassen sich auf diese Weise mehr Prüfungen vornehmen. Im Ergebnis erhält man eine verbesserte Statistik und dadurch eine leichtere und eindeutigere Identifikation von Ursachen sowie ein besseres Verständnis von Fehlerquellen.

Gibt es noch weitere Vorteile?

Welters: Automatisierte Laborprozesse liefern uns in kürzerer Zeit größere Datenmengen von höherer Qualität. Dadurch können wir andere Entwicklungs- und Optimierungsstrategien verwenden, beispielsweise unter Zuhilfenahme moderner iterativer Methoden der Künstlichen Intelligenz. Das hilft uns einerseits dabei, optimierte Produkte in den Markt zu bringen. Andererseits beschleunigen wir so die Markteinführungszeit neuer Produkte und können schneller auf Trends und Entwicklungen reagieren.

Welche Voraussetzungen sind für den Einsatz der automatisierten Maschinen notwendig?

Welters: Bei Adhesive Technologies kommt die Automatisierung in der Produktentwicklung insbesondere bei Standardprüfungen wie Zugschertests zur generellen Haftung von Produkten auf unterschiedlichen Substraten zum Einsatz. Entscheidend ist hier immer eine hinreichende Anzahl an durchzuführenden Versuchen und der individuelle Aufwand der Automatisierung des Prüfverfahrens. Bei steigender Vielfalt an Prüfvarianten ist der Mensch oft einfach flexibler. Letztendlich ist die Einführung automatisierter Prüfverfahren immer auch eine Frage der wirtschaftlichen Bewertung.

Welche Rolle spielen Ihrer Meinung nach Roboter im Labor der Zukunft, und welche der Mensch?

Welters: Grundsätzlich gilt: Die Automatisierung ist kein Allheilmittel, sie muss immer für die einzelne Anwendung passen. Automatisierung und Roboter legen heute die Grundlage für eine stärker datenorientierte und reproduzierbare Arbeitsweise in der Produktentwicklung. Ihr Einsatz wird in Zukunft wichtiger werden, weil sie die Entwicklung zielgerichtet erheblich beschleunigen können. Roboter ergänzen zunehmend den Menschen, sie werden ihn aber nicht ersetzen. In der Produktentwicklung ist die menschliche Kreativität ein entscheidender Faktor, und diese Kreativität kann Künstliche Intelligenz bisher nicht leisten. Zudem liegt bei Henkel eine der großen Stärken in unserem spezifischen Anwendungs-Know-how. Maßgeschneiderte kundenspezifische Versuche und Prüfungen beispielsweise in der Automobilindustrie oder für Elektronikanwendungen lassen sich oft nicht mit vertretbarem Aufwand automatisieren.