Industrierobotik Chancen und Herausforderungen der Industrierobotik: Die große Expertenumfrage

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Der weltweite Bestand an Industrierobotern hat mit rund 3,9 Millionen Einheiten einen neuen Rekord erreicht. Die starke Nachfrage wird von einer Reihe technologischer Innovationen getrieben. Welche das sind, wo aktuell die größten Herausforderungen in der Industrierobotik liegen und welche Rolle Roboter für eine nachhaltige Produktion spielen, erläutern Ihnen elf Robotik-Experten.

Fragen an die Experten:

1. Welche aktuellen Herausforderungen sehen Sie im Bereich der Industrierobotik?

2. Welche Rolle spielt die Robotik für eine nachhaltige Produktion?

3. Wie werden sich Industrieroboter in den kommenden Jahren weiterentwickeln?

Nachhaltigkeit wichtiger denn je 

1. Unsere Kunden befinden sich in einer komplexen Gemenge­lage, beispielsweise bei der Dekarbonisierung. Die Balance zwischen Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit ist dabei eine große Herausforderung. Wir unterstützen sie an dieser Stelle mit unseren langlebigen Produkten und Technologien für einen sparsamen Ressourceneinsatz und energieeffiziente Prozesse. Der Fachkräftemangel macht es erforderlich, dass Roboter einfach zu bedienen und flexibel anpassbar sind – auch hier unterstützen wir. Zudem stellen wir passgenaue Lösungen für die zukünftig noch stärker vernetzte Smart Factory bereit.

2. Robotik und Automatisierung sind wichtige Nachhaltigkeitsfaktoren. Neben der Kreislaufwirtschaft für Roboter selbst sind Effizienzsteigerungen und Verfahrensinnovationen wichtige Treiber. Sichere und gleichbleibende automatisierte Prozesse machen die Produktion durch weniger Ausschuss und Ressourcenverbrauch nachhaltiger. ABB Integrated Vision stellt hierzu etwa eine schnelle und einfache Vision-Lösung dar, um höchste Qualitätsstandards bei der Produktion zu sichern und nachhaltig zu produzieren.

3. Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine wird weiterhin an Bedeutung gewinnen. Dabei spielen vor allem Mobilität und Sicherheit eine Rolle. Zudem werden Roboter dank KI-basierter Technologien zunehmend besser dar­in, flexibel und präzise mit dynamischen und unstrukturierten Umgebungen zu interagieren. KI ermöglicht außerdem die autonome Mobilität von Robotern und hebt damit die Produktion auf ein neues Level. Auch bei der Programmierung senkt der Einsatz von KI die Einstiegshürden, weil er die Programmierung in menschlicher Sprache unterstützt.

1. In größeren, produzierenden Unternehmen in Mitteleuropa hat man die meisten einfacheren Automatisierungsaufgaben bereits realisiert. Der Schritt zu den anspruchsvolleren und anspruchsvollsten Aufgaben erfordert jedoch nicht nur neueste Technologien in allen Teilkomponenten. Es erfordert vor allem im Anlagenbau einen höheren Grad an Grundverständnis im Zusammenspiel von ausgefeilter Hard- und Software – sowohl für die Projektierung als auch für die Umsetzung. Dieses Grundverständnis gilt es, mit Produkten der nächsten Generation wie von ArtiMinds Robotics bestmöglich zu unterstützen. Nur so wird die vollautomatisierte Fabrik und damit die dauerhafte Standortsicherung mittelfristig in Reichweite rücken.

2. Robotik kann Ausweichbewegungen hin zu Niedriglohnstandorten verhindern oder rückgängig machen und damit die Lieferketten substanziell verkürzen. Dann kann wieder näher am Verbraucher produziert werden. Des Weiteren kann Robotik die Refabrikation verschlissener Produkte und Bauteile ermöglichen, was ein Kernelement der Kreislaufwirtschaft ist.

3. Die Nutzung von Sensoren für das Sehen und Fühlen wird sich immer weiter durchsetzen, bis deren Einsatz auch in einfacheren Anwendungen zum Standard wird. Damit lässt sich in die Software immer mehr Intelligenz einbringen, was die Fehlertoleranz, Einsatzflexibilität und Nutzerfreundlichkeit weiter erhöht. Mit höherer Fehlertoleranz und Flexibilität werden die Industrie­roboter in weitere Einsatzfelder vordringen und in bestehenden noch wirtschaftlicher sein.

Flexible Industrierobotik mit einheitlichen Standards

1. Die heutigen Produktionsumgebungen erfordern weiterhin und im gesteigerten Maße flexible und anpassungsfähige Robotersysteme. Die Herausforderung besteht noch immer darin, Systeme zu entwickeln, die sich schnell an neue Aufgaben, Produkte und Produktionsumgebungen anpassen können. Hier ist es notwendig Standardisierung und Interoperabilität von Robotersystemen zu gewährleisten. Jedoch ist eine holistische Herangehensweise der Integration von Industrierobotik hinsichtlich klarer Schnittstellen und einheitlicher Kommunikation heute im Markt noch nicht vollständig durchdacht. Der Ansatz von Autonox Robotics greift von ‚unten‘ an: Wir gestalten die Mechanik hochstandardisiert und modular, damit unsere Kunden mit einer hohen Lösungsvielfalt eine ganzheitliche Automation realisieren können.

2. Durch den verstärkten Einsatz von Industrierobotern lässt sich eine nachhaltige Produktion vorantreiben. Unter­nehmen können dadurch effizienter und mit weniger Ausschuss produzieren.

3. Meiner Meinung nach müssen sich Industrieroboter zu offenen Systemen entwickeln, um adaptiver und flexibler agieren zu können. Der effektive Einsatz von künstlicher Intelligenz und digitalen Systemen erfordert den direkten Zugriff auf die Robotik. Jeder Bruch und jede Schnittstelle in der Software ist eine Fehlerquelle, welche die Automatisierung und die Roboter-Integration aufwändig macht. Nur so lassen sich cyberphysische Systeme zielführend realisieren. Beispielsweise sehen wir bei unseren steuerungsunabhängigen Roboter­mechaniken mit mechanischer Schnittstelle am Getriebe, dass eine einheitliche Kommunikation der mechatronischen Komponenten möglich ist.

1. Für die etablierten Marktteilnehmer entsteht ein wachsender Wettbewerbsdruck durch neue Hersteller, speziell aus China. Dies sowie die derzeit angespannte lokale Marktsituation machen in der Branche ein Umdenken erforderlich. Intuitive Bedienkonzepte und einfache Integrationsmöglichkeiten für die Applikationen werden den Erfolg maßgeblich bestimmen. Unsere Stärke und unser Fokus bei Carl Cloos liegen beispielsweise in der Spezialisierung auf schweißtechnische Applikationen und ihrer einfachen Integration, wodurch wir uns trotz des intensiven Wettbewerbs behaupten können. Roboterhersteller müssen flexibel und innovativ bleiben, um diese Herausforderungen zu meistern und die eigene Marktposition zu sichern.

2. Die Robotik wird weiterhin eine entscheidende Rolle für eine nachhaltige Produktion spielen und dabei vorrangig für weniger attraktive, körperlich anstrengende oder gar gesundheitsgefährdende Jobs zum Einsatz kommen. Steigender Wettbewerbsdruck und Fachkräftemangel treiben diese Entwicklung ungebrochen voran. Der Einsatz von Robotern gewährleistet nicht nur einen gleichbleibenden Ausstoß und eine hohe Qualität, sondern erhöht auch die Effizienz der Produktion insgesamt.

3. In den kommenden Jahren wird die Weiterentwicklung von Industrierobotern vor allem durch eine vereinfachte und schnellere Programmierung und Handhabung geprägt sein. Ein gutes Beispiel hierfür sind Cobots, die durch ihre einfache ­Erlernbarkeit und Programmierung bereits jetzt die Einstiegshürden in die Robotik deutlich reduziert haben. Trotz der Vorteile von Cobots in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität bleiben allerdings traditionelle Industrieroboter in puncto ­Effizienz und Langlebigkeit im harten industriellen Umfeld den Cobots weiterhin überlegen. Hochwertige Industrierobotersysteme erreichen einen höheren Ausstoß und ermöglichen eine Nutzungsdauer von bis zu 25 Jahren.

Fragen an die Experten:

• Welche aktuellen Herausforderungen sehen Sie im Bereich der Industrierobotik?

• Welche Rolle spielt die Robotik für eine nachhaltige Produktion?

• Wie werden sich Industrieroboter in den kommenden Jahren weiterentwickeln?

1. Nach wie vor sind der Markt und die Technik für Einsteiger unübersichtlich. Eine der größten Herausforderung ist es, Chancen und Risiken der vielen vorliegenden Möglichkeiten als solche zu erkennen und zu vermitteln. Technisch wird es immer wichtiger, den immensen Funktionsvorrat, den Hersteller von Industrierobotern in mehreren Jahrzehnten entwickelt haben, zugänglich, beherrschbar und programmierbar zu machen. Von allen Roboterherstellern, mit denen wir von EGS Automation zusammenarbeiten, gibt es hierfür bereits richtig gute Lösungen.

2. Die Automation mit Robotern kann die Welt nicht retten, aber ihren Beitrag zu einer nachhaltigeren Produktion leisten. So können Roboter dazu beitragen, Maschinen und Prozesse effizienter auszulasten, indem diese immer im richtigen Moment mit Material versorgt werden. Moderne Industrieroboter bieten weiterhin die Möglichkeit, Bremsenergie elektrisch ins Netz zurückzuspeisen. Aber auch intelligente Stand-by-Schaltungen machen die Produktion durch die Reduktion des Stromverbrauchs nachhaltiger.

3. Eine wichtige Rolle spielen sicherlich die erwarteten Entwicklungen im Bereich Sensorik, KI und mobile ­Lösungen. Die Sensorik in Verbindung mit künstlicher Intelligenz wird es möglich machen, immer mehr Aufgabenfelder zu erschließen, zum Beispiel den Einzug der ersten humanoiden Kinematiken in die Fertigung. Mobile Plattformen, auf denen Roboter nacheinander unterschiedliche Prozesse ansteuern und Material mittransportieren können, werden ebenfalls deutlich an Relevanz gewinnen.

KI und Machine Learning in der Industrierobotik

1. Eine der nach wie vor größten Herausforderungen in der Industrierobotik ist die eigenständige Programmierung durch den ungeübten Anwender bei kleinsten Stückzahlen. Durch den Einsatz von KI und Machine Learning können wir in den nächsten Jahren aber erstmals eine wirklich praxistaugliche Lösung hierfür erwarten, auf die der Mittelstand ohnehin seit vielen Jahren sehnlichst blickt. Diese Entwicklung wird auch maßgeblich durch die Bildverarbeitung vorangetrieben, ohne die Industrierobotik aktuell kaum noch vorstellbar ist und die ihrerseits schon heute kaum noch ohne KI auskommt.

2. Viele Fertigungsprozesse lassen sich überhaupt erst durch Industrieroboter wie die von IAI Industrieroboter optimieren. Sie stehen rund um die Uhr zur Verfügung und benötigen dabei keine wesentliche Beleuchtung, Belüftung oder Heizung. Sie reduzieren Ausschussquoten in der Fertigung und sorgen für einen optimierten und konstanten Materialverbrauch, zum Beispiel beim Auftragen von Klebstoffen oder Lacken. Industrieroboter sind zudem flexibler als statische Maschinen. Durch Umprogrammierung lassen sie sich auch in anderen Anwendungen sehr leicht einsetzen.

3. Die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der KI wird in den kommenden Jahren vor allem bei der Programmierung und Bedienung der Industrieroboter große Fortschritte ermöglichen. Die mechanische Entwicklung scheint dagegen weitestgehend optimiert und abgeschlossen zu sein. Dennoch können auch hier neuartige Applikationen in Zukunft andere Kinematiken notwendig machen. Die zunehmende Kooperation mit dem Menschen wird vor allem die Verbreitung und Entwicklung der kollaborativen Roboter vorantreiben. Diese werden schneller und sensitiver in der Zusammenarbeit – sowohl mit dem Anwender als auch untereinander.

1. Die größte Herausforderung für Industrieroboter sehen wir bei MHP in der Konkurrenz durch einfach zu bedienende und intuitiv zu programmierende Systeme wie Cobots. Diese lassen sich bei repetitiven Aufgaben in der Produktion oder Logistik relativ schnell in Betrieb nehmen, ohne dass man tiefgreifende Kenntnisse im Bereich der Roboterprogrammierung benötigt. Derartige Systeme eignen sich somit besonders für schnell zu ändernde Produktportfolios, bei denen aufwändige Neu- oder Umprogrammierungen durch hochspezialisierte Fachkräfte unwirtschaftlich sind. Das einfache Einrichten erfolgt unkompliziert, macht zudem Spaß und senkt die Hürde der Technologieeinführung.

2. Die Robotik ist entscheidend für eine nachhaltige Produktion, da automatisierte Prozesse gut planbar sind und den Energiebedarf pro Produkt transparent machen. Die Systeme entwickeln sich kontinuierlich in Bezug auf (Energie-)Effizienz weiter. Einige Fabriken nutzen bereits Gleichstrom, um zusätzliche Effizienzpotenziale bei der Roboteranwendung zu erschließen.

3. In den nächsten Jahren werden sich die Inbetriebnahme sowie der Betrieb von Industrierobotern durch Low- und No-Code-Programmiermöglichkeiten deutlich vereinfachen. Der demografische Wandel und das Interesse an neuen Technologien bei jungen Menschen werden zu einem vermehrten Einsatz solcher Systeme führen. Trotz des aktuellen Fokus auf Cobots bleiben hochspezialisierte Industrieroboter noch lange die beste Wahl für präzise, zeitkritische und reproduzierbare Prozesse. Spannend wird auch der Einsatz von humanoiden Robotern. Aktuell sind noch Sicherheitsfragen zu klären, aber ihre Bewegungsfreiheit eröffnet umfangreiche Einsatzmöglichkeiten.

Ein leichter Einstieg für alle Branchen ist notwendig

1. Alle Welt spricht über KI, maschinelles Lernen und Digitalisierung. Dabei gibt es noch immer viele Unternehmen – ich denke da an KMU und an Unternehmen in hygiene-sensiblen Branchen – die bislang auf den Einsatz der Robotik verzichten, obgleich sie enorm davon profitieren könnten. Hier müssen die Roboterhersteller den Einstieg erleichtern und insbesondere für einfache Integration und Programmierung sorgen. Deshalb hat Stäubli die Programmierung und den Betrieb seiner Roboter unter dem Motto Easy-to-Use drastisch vereinfacht.

2. Die Robotik spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger Produktionstechnologien. Der Einsatz von Industrierobotern bietet aufgrund ihrer hoher Energieeffizienz und Produktivität Unternehmen die Möglichkeit, ihren ökologischen Fußabdruck signifikant zu reduzieren. Stäubli Roboter nutzen wie E-Autos die Rekuperation, um Strom zu sparen, und zahlen durch besonders lange Wartungsintervalle und eine überdurchschnittlich hohe Lebensdauer auf das Konto Nachhaltigkeit ein. Zudem lässt sich dank ihrer hohen Präzision der Rohstoffbedarf senken und der Ausschuss dank reproduzierbarer Prozesse verringern.

3. Natürlich werden die Themen KI, maschinelles Lernen und ­Digitalisierung eine ganz wesentliche Rolle bei fortschrittlichen Robotik-Anwendungen spielen. Das heißt, die Roboterhersteller müssen auf diese Anforderungen reagieren. Wir bei Stäubli setzen bei unserer Steuerung auf eine einzigartige Offenheit, die es Anwendern erlaubt, KI-Anwendungen so einfach wie möglich zu realisieren. Darüber hinaus haben wir mit unserer Scope-Plattform ein ­leistungsfähiges Tool geschaffen, das roboterspezifische Daten aggregiert, aufbereitet, analysiert und visualisiert. So gelingt das Monitoring ganzer Roboterflotten auf einfachste Weise.

Fragen an die Experten: 

• Welche aktuellen Herausforderungen sehen Sie im Bereich der Industrierobotik?

• Welche Rolle spielt die Robotik für eine nachhaltige Produktion?

• Wie werden sich Industrieroboter in den kommenden Jahren weiterentwickeln?

1. Die Variantenvielfalt der Endprodukte sowie der zunehmende Fachkräftemangel begünstigen den Ausbau und den Einsatz von Robotik in den unterschiedlichsten Ausprägungen. Die Herausforderung bildet dabei die Programmierung der zu erledigenden Aufgaben. Einzelne Bewegungsabläufe müssen sich möglichst schnell und einfach implementieren lassen. Bei sich oft wiederholenden Aufgaben ist dies mit überschaubarem Aufwand umsetzbar. Soll allerdings durch Robotik eine mitdenkende, menschliche Arbeitskraft ersetzt werden, nimmt die Komplexität unterschiedlichster Aufgaben und Ausnahmefälle überhand. Die Herausforderung für uns bei SEW-Eurodrive besteht darin, die Programmierung von unbekannten und sporadisch auftretenden Aufgaben auf ein Minimum zu reduzieren.

2. Nachhaltigkeit wird durch die wachsende Flexibilität der Robotik gewährleistet. Durch Anpassen der Software sind somit Format- und/oder Produktwechsel nicht mit mechanischen Aufwänden verbunden und somit deutlich nachhaltiger.

3. Um die Herausforderungen im Bereich der Mensch-­Maschine-Kollaboration zu bewältigen, werden KI-­gestützte Roboterprogramme die Steuerung übernehmen. Diese können dann selbstständig über Pick-Zyklen und -Reihenfolgen sowie über den Umgang mit unerwarteten Ereignissen entscheiden. Die Roboter-Hardware und rudimentäre Funktionen der Achskoordination werden dadurch zum austauschbaren Standard.

Investitionen in die Industrierobotik müssen wirtschaftlich sein

1. Industrieroboter und die dazugehörige Automatisierung müssen wirtschaftlich sein. Insbesondere wenn nur geringe Stückzahlen produziert werden und bei Projekten, bei denen die maximale Flexibilität im Fokus steht, spielt die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund arbeiten wir vor Projekt­beginn ein Konzept aus, bei dem die technischen und finanziellen Eckpunkte bestmöglich definiert und abgestimmt werden.

2. Eine nachhaltige Produktion steht für uns im Zusammenhang mit einer wirtschaftlichen, platzsparenden und besonders effektiven Fertigung. Diese erreichen wir von Toolcraft bei unseren internen Automatisierungen wie auch bei unseren Kunden­anlagen nur mit individuell auf die Anforderungen abgestimmten Sonderanlagen. Gerade hier sind 6-Achs-Roboter ein wichtiger Baustein, um komplexe Produktionsschritte überhaupt sinnvoll automatisieren zu können.

3. Der Bereich Industrieroboter wird sich weiter aufteilen und spezialisieren. Immer genauere Roboter ermöglichen noch bessere Ergebnisse beim Fräsen, Entgraten und Polieren. Zudem wird im Bereich der Programmierung und Bedienung die künstliche Intelligenz die Industrieroboter auf eine neue Ebene bringen. Aber auch der kollaborative Einsatz von Robotern ist nach wie vor ein wichtiges Thema.

1. Eine große derzeitige Herausforderung ist sicher der Fachkräftemangel, dem viele Unternehmen durch den Einsatz von Robotik begegnen. Aber auch Roboterprogrammierer und Anlagenbediener sind rar. Daher stehen wir als Roboterhersteller vor der Herausforderung, die Inbetriebnahme sowie Programmierung einer Roboteranlage für den Nutzer zu vereinfachen. Seit vielen Jahren investieren wir hier in die Weiterentwicklung unserer Technologie, beispielsweise mit dem Tablet-Bediengerät sowie verschiedenen einfachen Bedienoberflächen.

2. Roboter tragen zu einer ressourceneffizienten Fabrik durch Produktivitäts- und Effizienzsteigerungen, eine erhöhte Produktqualität sowie weniger Ausschuss und Nacharbeit bei. Außerdem finden sich Industrieroboter bereits in verschiedenen Anwendungen des Recyclings und Remanufacturings wieder, etwa beim intelligenten Sortieren von wertvollen Metallen. Aber auch beim Roboter selbst wird auf Nachhaltigkeit geachtet. Dabei setzt Yaskawa auf die Entwicklung sehr langlebiger Robotik-­Produkte, die nach jahrelangem 24/7-Dauerbetrieb wieder überholt werden können, um danach weitere Jahre produktiv zu arbeiten. Während des Betriebs sind Yaskawa-Roboter auf einen reduzierten Energiebedarf ausgelegt – einerseits konstruktiv durch eine verringerte bewegte Masse und andererseits durch eine spezielle Energierückgewinnungstechnologie. Außerdem werden unsere Roboter für den europäischen Market in Slowenien gefertigt und sparen damit viele Transportkilometer.

3. Die rasante technologische Entwicklung im Bereich des maschinellen Lernens ergibt für die Robotik Möglichkeiten für neue Applikationen, die einen höheren Grad an Intelligenz und Autonomie benötigen.