Taktile Roboter Robotik und Automation: Ist datengetriebene Programmierung die Zukunft?

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Von der zunehmenden Automatisierung und den komplexen Anforderungen an flexible Produktionssysteme bis hin zu kürzeren Lieferzeiten trotz größerer Supply Chain Hindernisse. Es gibt vier entscheidende Trends bei Robotik und Automation, die die Automatisierung aktuell prägen und die produzierende Industrie unter erheblichen Transformationsdruck setzen.

Wie können Unternehmen diesen Herausforderungen begegnen und effektiv auf Schlüsselthemen wie den Arbeitskräftemangel, die steigende Produkt- und ­Variantenvielfalt, die Komplexität von Bauteilen und die sich verändernden Anforderungen in der Lieferkette reagieren?

Trend 1: Arbeitskräftemangel fördert Robotik und Automation

Überall in Europa kämpfen Unternehmen damit, Arbeitskräfte für einfache, manuelle Tätigkeiten zu finden und nach der Einlernphase auch zu halten. Demografische und kulturelle Veränderungen führen zunehmend dazu, dass Arbeitskräfte immer weniger bereit sind, manuelle Tätigkeiten oder eintönige Aufgaben auszuführen. Die Zeit der Handarbeit neigt sich zügig dem Ende entgegen.

Trend 2: Variantenvielfalt

Allen Standardisierungsansätzen wie Baukästen, Modulgruppen und ähnlichen zum Trotz steigt die Produktvielfalt und Variantenanzahl immer weiter an. Dies erschwert die Automatisierung bestimmter Produktionsabläufe oder Teilprozesse enorm. Die Produktion muss sich flexibel auf die Eigenheiten jeder einzelnen Variante einstellen können und so aufgestellt sein, dass auch kleine Chargen wirtschaftlich hergestellt werden können.

Trend 3: Komplexere Bauteile

Komplexität wird nicht allein über Variantenvielfalt getrieben. Auch die elektronische Integration in mechatronischen Produkten und Subsystemen nimmt immer weiter zu. Bauteile werden immer häufiger mit Sensorik, Netzwerk- und Computerkomponenten ausgestattet. Dadurch steigt der Anspruch an den Gesamtproduktionsprozess, da in immer mehr Teilschritten nun sehr empfindliche Bauteile hochpräzise gefertigt und montiert werden müssen. Ungenauigkeiten und zu grobe Handlingvorgänge können schnell zum Bauteildefekt führen, wenn einzelne elektrische Komponenten beschädigt werden.

Trend 4: Kürzere Lieferzeiten im Konflikt mit größeren Supply Chain-Hindernissen

Kürzere Produktlebenszyklen, Just-in-Time und Just-in-Sequence Anforderungen, höherer Wettbewerbsdruck und vieles mehr zwingen Produzenten zu kürzeren und präzise planbaren Liefer­zeiten. Gleichzeitig sorgen eine überlastete Logistik, geopolitische Instabilitäten, starke Preisschwankungen und vieles mehr für größere Supply Chain Hindernisse. Die zeitlichen und organisatorischen Anforderungen an die Produktion sind dadurch zuletzt massiv angestiegen.

Robotik und Automation: Neue Konzepte müssen gedacht, integriert und umgesetzt werden

Der offensichtlichste Ansatz, den Arbeitskräftemangel zu lösen, ist die automatisierte Fertigung, die gleichzeitig weitere Vorteile wie Qualitätsgewinn und -sicherung sowie Produktivitätssteigerung mit sich bringen kann. Dem entgegen stehen allerdings die drei anderen aktuellen Trends, die eine wirtschaftliche Automatisierung bei klassischer Herangehensweise oft verhindern. Es müssen also neue Konzepte gedacht, integriert und umgesetzt werden.

Als Lösung kommen nur Verfahren in Frage, die für eine Kombination des Besten aus beiden Welten stehen: Die robotische Automatisierung muss um die Flexibilität der menschlichen Fähigkeiten erweitert werden. Eine Lösung sind taktile, räumlich sehende, sich überwiegend selbst konfigurierende Roboter, die vielseitig einsetzbar sind. Mit der Möglichkeit, sich selbstständig zu orientieren und neu einzurichten, können Herausforderungen wie Variantenvielfalt, komplexe Bauteile sowie die hohen zeitlichen Anforderungen adressiert werden, ohne dass menschliche Unterstützung notwendig ist.

Optimierungspotenziale, die durch menschliche Experten nicht erreichbar sind

Die grundlegende Hardware, also Roboter und Sensorik, ist bereits ausreichend verfügbar. Die große Herausforderung ist es, die Komponenten so zu kombinieren, dass ein Mehrwert für den jeweiligen Produktionsprozess entsteht und die Wirtschaftlichkeit nicht leidet. Da die Prozesse immer komplexer werden, wird auch die Programmierung der Anlagen anspruchsvoller. Die Anzahl der einzustellenden Parameter und ihre Zusammenhänge können schnell so umfangreich werden, dass sie für einen Prozessentwickler nicht mehr effizient umsetzbar sind.

Gleichzeitig sind die Fähigkeiten des Sehens und Fühlens und deren Integration in klassische Industrieroboter ein zukünftig unverzichtbarer Ansatz. Die Herausforderung ist es, eine Art der Roboterprogrammierung zu ermöglichen, mit der bestehende Prozesse und Prozess-Entwicklungsmethoden möglichst leicht adaptierbar sind. Kein Betrieb kann auf einen Schlag die gesamte Produktion umstellen und seine Anlagen austauschen. Einzelne Produktionsschritte müssen daher leichtgewichtig um die neuen Fähigkeiten erweiterbar sein. Im besten Fall können die Prozesse durch Sensordaten automatisch angepasst, also datengetrieben optimiert werden. Das eröffnet Optimierungspotenziale, die selbst durch menschliche Experten nicht erreichbar sind.

Flexibel durch softwaregetriebene Robotik und Automation

Der essentielle Kern adaptiver Robotik ist also intelligente Software. Sowohl die Programme, die auf der Robotersteuerung ausgeführt werden, als auch die Werkzeuge zur zielgerichteten Implementierung müssen datengetrieben sein. Da auch hier Trend eins – der Fachkräftemangel – relevante Auswirkungen zeigt, kommt auch die Automatisierung der Entwicklung von Produktionsprozessen ins Spiel, etwa durch den Einsatz von KI.

Die Märkte von Morgen stehen den produzierenden Unternehmen offen, die die Chancen softwaregetriebener Robotik am schnellsten und konsequentesten zu nutzen wissen. Um die Unternehmen dabei zu unterstützen, neuen und wechselnden Anforderungen gerecht zu werden, hat sich ArtiMinds Robotics auf die Entwicklung von Softwarelösungen spezialisiert, die das automatische Generieren von adaptiven, flexiblen und robusten Produktionsprozessen ermöglichen.

Die Stärken der Softwarelösungen liegen in der vereinfachten Roboterintegration in datengetriebene Prozessautomatisierung sowie in der schrittweisen Integration modernster Technologien wie Künstliche Intelligenz. Und das unter Berücksichtigung von Robustheit, Nachvollziehbarkeit und Kompatibilität mit bestehenden Gegebenheiten. So kann der Automatisierungsgrad einzelner Produktionsschritte sukzessive erhöht werden. Darüber hinaus ermöglichen sie eine verlässliche, datengetriebene, automatisierte Entwicklung und Optimierung von Roboterprogrammen und erlauben eine schnellere und flexiblere Anpassung an zukünftige Trends.

Der Autor Dr.-Ing. Sven Schmidt-Rohr ist CEO von ArtiMinds Robotics.