Automatisierung durch Robotik – ein Thema, das in den letzten Jahren Einzug in alle großen Fachmessen der Industrie gehalten hat und deutlich zeigt: Der technologische Fortschritt eröffnet Unternehmen in Deutschland etliche Chancen, birgt aber auch Herausforderungen. Wo liegen die wichtigsten Trends der Robotik für die kommenden Jahre und warum braucht es starke Netzwerke, um im internationalen Wettbewerb Schritt zu halten?
Die Zahl der weltweit installierten Roboter ist in den letzten Jahren konstant gestiegen – das zeigt der World Robotics Report der International Federation of Robotics. Der jährlich erscheinende Bericht verdeutlicht die weltweite Entwicklung der Robotik in der Industrie. Deutschland steht dabei an oberster Stelle: Seit 2017 verzeichnet die Bundesrepublik ein jährliches Wachstum hinsichtlich Roboterdichte von rund 5 Prozent und steht damit im europäischen Vergleich an erster Stelle. Mit 415 Industrierobotern pro 10.000 Arbeitnehmenden schafft es Deutschland weltweit sogar auf Rang drei, noch vor den USA oder China. Und auch in Zukunft wird der Einsatz von roboterbasierter Automatisierung ein wichtiges Werkzeug für wirtschaftlichen Erfolg sein. Denn gerade in Zeiten des Fachkräftemangels können Roboter Arbeitskräfte wirkungsvoll entlasten und in ihrer alltäglichen Arbeit unterstützen. Das hilft Krisen effektiv abzufedern und Herausforderungen präventiv entgegenzutreten.
Herausforderungen meistern durch Robotik
Gerade in der Automobilindustrie, die als Erfinder der automatisierten Fertigung gilt, nahmen deutsche Unternehmen viele Jahre lang eine Vorreiterrolle ein. Doch mit dem technischen Fortschritt sowie einer ständig zunehmenden Globalisierung ziehen viele Branchen nach. Im Jahr 2020 wurden schließlich erstmals mehr Roboter in der Elektronik-Industrie installiert als in der Automobilbranche. Viele Länder, gerade aus dem asiatischen Raum, haben ihren Automatisierungsgrad seitdem exponentiell erhöht – auch in der Automobilindustrie, in der sich vor allem im Bereich E-Mobilität starke Konkurrenz entwickelt. Um ihre Position angesichts dieses stetig steigenden Digitalisierungsdrucks zu verteidigen, wird es für in Deutschland ansässige Unternehmen in den kommenden Jahren umso wichtiger sein, am Puls der Zeit zu bleiben. Der Einsatz von Robotern und stärkerer Automatisierung kann Unternehmen dabei helfen, im internationalen Vergleich weiter Schritt zu halten.
Während der jüngsten Krisen, wie dem Krieg in der Ukraine oder aber der COVID19-Pandemie, haben viele deutsche Unternehmen erkannt, dass eine Verlagerung der Produktion ins Ausland oft mit Risiken einhergeht. Beispielsweise ist es in Krisenzeiten oftmals nicht möglich, resiliente globale Lieferketten zu gewährleisten. Daher verlagern Unternehmen ihre Produktionsstandorte zunehmend zurück nach Deutschland. Dies birgt allerdings eine Vielzahl an Herausforderungen. Die wohl größte ist der Fachkräftemangel, der durch steigende Bedarfe zusätzlich verschärft wird. So haben bereits heute mehr als 22.000 Industriebetriebe Probleme, offene Stellen zu besetzen – speziell im Maschinen- und Fahrzeugbau sind über die Hälfte der Unternehmen betroffen (61 Prozent bzw. 65 Prozent).
Robotik der Zukunft – die wichtigsten Trends
Ein höherer Grad an Automatisierung durch Robotik hilft, bestehende Mitarbeitende effektiv zu entlasten. Insbesondere monotone, gefährliche oder „dreckige“ Arbeitsaufgaben, auf Englisch oft zusammengefasst unter den drei D‘s (dull, dangerous und dirty), können durch Roboter übernommen werden. Zum Beispiel von sogenannten Cobots (kurz für collaborative robots), die den Arbeitskräften bestimmte Pflichten abnehmen, sodass diese sich ganz auf die wichtigen Aufgaben konzentrieren können. Auf lange Sicht hilft das nicht nur fehlendes Personal zu kompensieren,
sondern auch bestehende Arbeitskräfte zu entlasten. Das erhöht in der Folge unter anderem die Produktivität und bietet Unternehmen Möglichkeiten wirtschaftlich zu wachsen. Ein weiterer Vorteil ist, dass Cobots sich individuell an die Bedürfnisse der jeweiligen Unternehmen anpassen lassen, ohne dabei das Budget kleinerer Unternehmen zu sprengen: Zwar verlangt die Anschaffung des Geräts zunächst eine einmalige Investition, die Roboter können in der Folge jedoch über Jahrzehnte hinweg flexibel und effizient eingesetzt werden. In der Regel dauert es daher nur wenige Jahre bis sich eine Anschaffung – nicht nur für große Unternehmen – auszahlt.
Optimierung ist ein weiteres Stichwort, welches im Zusammenhang mit wirtschaftlichem Wachstum häufig genannt wird. Um Abläufe zu optimieren, nutzen immer mehr Unternehmen virtuelle Abbilder ihrer Systeme, inklusive eingesetzter Roboter. Diese digitalen Zwillinge ermöglichen es, realitätsgetreue Simulationen durchzuführen und wahrscheinliche Ergebnisse vorherzusagen. Da hier reale Betriebsdaten genutzt werden, können sie dabei helfen Schwachstellen offenzulegen sowie verfügbare Potenziale zu identifizieren. Außerdem lassen sich virtuelle Modelle bereits bei der Fabrikplanung verwenden, um z. B. Laufwege von Robotern im Vorfeld zu simulieren und später reibungslose Abläufe zu garantieren. Als Brücke zwischen virtueller und physischer Welt sparen solche Simulationen auf Dauer Kosten und Ressourcen, während sie gleichzeitig Produktionsschritte vereinfachen und dadurch die Effizienz des Betriebs steigern.
Zusätzliches Potenzial bietet außerdem der Einsatz von künstlicher Intelligenz. Nach der zuletzt rasanten Entwicklung der Technologie, erwarten Experten, dass sich gerade die generative KI in der Robotik gewinnbringend implementieren lässt. Unternehmen, die sich diesem Thema annehmen, können entscheidende Vorteile erzielen. So entwickeln einige Roboterhersteller zum Beispiel Schnittstellen gesteuert von generativer KI, um Roboter intuitiver zu programmieren: Die Anwender nutzen dabei inzwischen natürliche Sprache anstelle von Code. Um gewünschte Aktionen von Robotern auszuwählen und anzupassen, benötigen Arbeitnehmende so keine speziellen Programmierkenntnisse mehr. Aber auch Leistungsdaten von Robotern können durch Machine Learning akkurater eingeordnet werden, was vorrausschauende Wartungen ermöglicht und Maschinenausfallzeiten minimiert. Das Kosteneinsparpotenzial ist schließlich enorm, denn schon eine Stunde ungeplanter Ausfallzeit kostet Unternehmen aus der Automobilbranche schätzungsweise 1,3 Millionen US-Dollar.
Einer der aktuell wichtigsten Trends befasst sich mit dem Einzug autonomer mobiler Roboter (AMR) in die Intralogistik. Steigende Absätze im E-Commerce verlangen zunehmend nach Lösungen, die helfen den hohen Warenverkehr zu bewältigen. Auch hier bieten sich Roboter an, um dem Fachkräftemangel flexibel zu begegnen. AMR zeichnen sich neben ihrer Flexibilität, wie es ihr Name schon verrät, vor allem durch ihre Eigenständigkeit aus. Sie sind in der Lage, sich in ihrer Umgebung selbständig zu bewegen und zu agieren. Dadurch lassen sie sich neben der klassischen Logistik und Lagerhaltung in vielen weiteren Bereichen und Situationen nutzen. In der Landwirtschaft helfen die Roboter beispielsweise beim Pflanzen, Pflegen und Ernten von Feldfrüchten, während sie im Gesundheitswesen die Lieferung von Medikamenten, die Reinigung von Räumen und die Unterstützung von Patientinnen und Patienten übernehmen können. Autonome Roboter werden daneben immer häufiger auch für Sicherheits- und Überwachungsaufgaben eingesetzt.
Wie Partnerschaften die Industrie voranbringen
Anbieter dieser Robotiktechnologie sind inzwischen zunehmend bemüht, Software und Hardware effektiv miteinander zu verknüpfen. Ein Beispiel wie dies erfolgreich gelingen kann, zeigt die Partnerschaft von Dassault Systèmes und OMRON. Gemeinsam schaffen die beiden Unternehmen eine Brücke zwischen virtueller und realer Welt: Während Dassault Systèmes es Unternehmen mit verschiedenen Anwendungen auf seiner 3DEXPERIENCE Plattform und dem Einsatz von virtuellen Zwillingen ermöglicht, die Hardware der Fertigungslinie von der Planung bis zum After Sales-Service durchgängig digital abzubilden sowie zu optimieren, erweckt OMRON Fertigungsprozesse mit intelligenter, integrierter und interaktiver Automatisierung zum Leben. Nicht zuletzt im Rahmen des Showcase auf der diesjährigen Hannover Messe zeigten die Unternehmen an mehreren Stationen eines Shopfloors, wie die Virtual Twin-Technologie solche Prozesse aus allen Bereichen des Betriebs von der Fabrikplanung bis zum After Sales-Service effizienter und flexibler gestalten kann.
Aus der Praxis: ECOSPHERE ermöglicht Validierung am virtuellen Abbild
Ein weiteres Unternehmen, welches sich auf die virtuelle Nachbildung von Robotersystemen und Maschinen spezialisiert hat, ist ECOSPHERE. Ebenfalls mit Hilfe der 3DEXPERIENCE Plattform unterstützt das Unternehmen seine Kunden individuell auf dem Weg der Umsetzung vom erdachten bis zum realen Modell ihrer Fertigung. Insbesondere im Bereich der Validierung, einer der schwierigsten Aufgaben in der Robotik, können so immense Fortschritte erzielt werden, da Annahmen im Entwicklungsprozess direkt umfassend geprüft werden. Physische Prototypen, welche in der Vergangenheit viel Geld und Zeit in Anspruch nahmen, werden in diesem Prozess durch virtuelle Abbilder ersetzt, die sich beliebig anpassen lassen. Die Arbeit auf der Plattform von Dassault Systèmes gewährleistet dabei die digitale Durchgängigkeit. So lassen sich Konstruktionsdaten, z. B. aus SOLIDWORKS, in die Simulation überführen. Dort kann anschließend ausgiebig virtuell getestet werden, zum Beispiel ob ein Roboter auf engem Raum mit anderen Bauteilen und Maschinen kollidieren würde, ob Bewegungen effizient sind oder weitere Optimierungen vorgenommen werden sollten.
Branchenvernetzung ebnet den Weg für Fortschritt
Mindestens genauso wichtig wie die Kollaboration verschiedener Unternehmen, ist die Zusammenarbeit und Vernetzung mit führenden Brancheninstanzen und -verbänden. Zwei der wichtigsten Vertreter sind hier die Industrial Digital Twin Association (IDTA) und der Deutsche Robotik Verband (DRV). Beide haben das Ziel, Innovation und Demokratisierung der Robotik innerhalb der Branche voranzutreiben. Der regelmäßige Austausch von Expertise und technischem Fortschritt ist essentiell, um Deutschland als Standort für Expertise im Bereich digitale Zwillinge und Robotik als solchen kontinuierlich weiterzuentwickeln. Der DRV bietet seinen Mitgliedern, die Möglichkeit sich zu vernetzen sowie Ressourcen und Erfahrungen zu teilen. Gleichzeitig fungiert der Verband als Ansprechpartner für KMU und Start-Ups bei allen Fragen rund um das Thema Robotik. Das Stichwort Standardisierung spielt in diesem Zusammenhang häufig eine zentrale Rolle, denn sie geht mit der Vernetzung innerhalb der Branche einher. Genau mit diesem Thema beschäftigt sich auch die IDTA, die den digitalen Zwilling als Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0 für alle Unternehmen öffnen will. Dafür wurde die sogenannte Asset Administration Shell (AAS) entwickelt, eine Verwaltungsschale, die Merkmale und Verhaltensweisen von Gegenständen beschreibt und deren Semantik vereinheitlicht. Dabei definieren Mitgliedsunternehmen, zu denen nun auch Dassault Systèmes zählt, standardisierte Informationsmodelle marktnah in enger Zusammenarbeit und stellen diese als Branchenstandards für die AAS zur Verfügung.
Solche Partnerschaften und Netzwerke stellen schließlich die Basis dafür dar, dass Deutschland seine führende Position im Bereich Robotik in Zukunft halten und Herausforderungen wie dem Fachkräftemangel erfolgreich entgegentreten kann. Wichtig wird dahingehend vor allem sein, auf technischem Niveau international Schritt zu halten. Zu einem Gelingen dieses Vorhabens trägt insbesondere der Austausch von Daten und Informationen entscheidend bei – aber auch der Mut in die Zukunft und ihre Technologien zu investieren.
Text- und Bildquelle: Dassault Systems
