Wie Unternehmen der Automatisierung und dem Einsatz von Robotik gegenüberstehen

Der Bedarf an Robotern steigt. Nicht nur Indus-trieroboter, auch ihre kollaborativen Geschwister, sogenannte Cobots, sind gefragt. Die Automatisierung von Produktionsprozessen eröffnet neue Geschäftsfelder, zugleich ist sie ein wichtiger Baustein für den Erhalt internationaler Wettbewerbsfähigkeit. Ein Blick auf aktuelle Zahlen der International Federation of Robotics (IFR) zeigt: Allein in Europa wurden im Jahr 2022 72.000 Roboter installiert, was einem Plus von 6 % zum Vorjahr entspricht. Führend in der Anwendung ist hier Deutschland. Der Robotermarkt ist hier mit einem Anteil von 37 % an der EU-Gesamtzahl der europaweit größte. So wurden im vergangenen Jahr hierzulande rund 26.000 Einheiten installiert. In der Kunststoff- und Chemieindustrie stiegen die installierten Robotereinheiten auf die Zahl 2.200 – ein Plus von 7 % zum Vorjahr. Unternehmen setzen also in den verschiedensten Industriebereichen zunehmend auf eine robotergestützte, automatisierte Produktion. Das eröffnet neue Möglichkeiten – für die Mitarbeiter sowie produzierende Unternehmen.

Wie sich dieser Umstand auf die Arbeitsplätze und die Arbeitswelt im Allgemeinen auswirkt, davon berichtet auch der Hersteller von Spritzgießmaschinen Engel aus Schwertberg in Österreich: „Manuelle Aufgaben werden immer weiter reduziert. Das wird in gewissen Bereichen zu einer Umstrukturierung führen. Die Nachfrage nach qualifizierten Fachkräften wird dennoch weiter steigen, denn die Prozesse und Anlagen werden immer komplexer.“ Dass sich Unternehmen in vielen Bereichen weiterhin schwertun, qualifiziertes Personal zu erhalten, ist nicht neu. Auch beim Roboterhersteller Universal Robots ist dieses Thema präsent. „Schon jetzt spüren viele Unternehmen die fatalen Folgen des Fachkräftemangels, der sich durch den demografischen Wandel noch weiter verstärken wird.“ Insbesondere die Robotik sei hier ein wichtiges Werkzeug, dem entgegenzuwirken. Denn ohne Automatisierung, so Universal Robots, wäre es für viele Unternehmen nicht möglich, ihre Produktionsmengen zu halten oder gar zu erhöhen und dabei gleichbleibend hohe Qualität zu liefern. Mitarbeiter profitieren demnach enorm von der Automatisierung. Durch den robotergestützten Einsatz werden sie körperlich entlastet, wiederkehrende, monotone Aufgaben entfallen. Ähnlich sieht das auch das in Weibern, Österreich, ansässige Technologie-Start-up Aisemo, für die die Automatisierung einen großen Einfluss auf die gesamte Arbeitswelt ausübt. „Immer mehr repetitive, mechanische Aufgaben werden zukünftig nicht mehr durch Menschen durchgeführt werden. Das wird bestimmte Berufsbilder verändern. Manche Arbeitsplätze werden durch Automatisierung ersetzt, Fachkräfte werden sich in Richtung neuer Bereiche orientieren.“ Wichtig, so das Unternehmen, sei es aber zu betonen, „dass Digitalisierung und Automatisierung Fachkräfte nie ersetzen werden. Sie bieten eher das Potenzial, höherqualifizierte Arbeitsplätze zu schaffen.“ Entscheidend sei dabei eine kontinuierliche Weiterbildung, um mit der technologischen Entwicklung Schritt zu halten und die steigende Nachfrage nach Fachkräften zu decken. Für SAR, Systemlieferant für die Industrie- und Prozessautomation, stellt sich aktuell die Frage, wo die Automatisierung noch zusätzlich eingesetzt werden kann, um fehlende Fachkräfte auf allen Ebenen zu kompensieren und notwendige Kostenoptimierungen zum Erhalt des Produktionsstandortes Europas zu erwirken. „Dem Beispiel der Automobilindustrie aus den 2000er Jahren folgen heute immer mehr mittelständische und kleine Firmen mit Automatisierungslösungen, da klar geworden ist, dass ohne massive Automatisierung über Jahrzehnte heute kein Auto mehr in Deutschland gewinnbringend gebaut werden könnte. Die Gesellschaft profitiert nach unserer festen Überzeugung von den Automatisierungslösungen, da sie die Firmenabwanderung abmildert und zusätzliche, wenn auch qualifiziertere Arbeitsplätze schafft.“ Der in Loßburg ansässige Spritzgießmaschinenhersteller Arburg sieht einen Wandel in der öffentlichen Wahrnehmung beim Thema Robotik. Die oft angeführte Diskussion, ob Roboter Arbeitsplätze „wegnehmen“ würden, gebe es nicht mehr. „Es wird immer weniger diskutiert, ob, sondern vielmehr wie man automatisiert. Eine Produktion 24/7 ist in vielen Fällen allein durch Automatisierung möglich“, wie der Hersteller betont. „Im Hinblick auf den immer größer werdenden Fachkräftemangel ist Automatisierung oft die einzige Möglichkeit, Produktion (vor allem am Standort Deutschland) zu erhalten.“ Durch einen hohen Grad an Automatisierung und Künstlicher Intelligenz werden sich manche Berufsfelder anpassen müssen, wie auch Recycleye, ein in Großbritannien beheimateter Hersteller von KI-Robotiksystemen, hervorhebt. Dies müsse aber nicht negativ sein. Denn „die Automatisierung eines Bereichs eröffnet Kapazitäten für andere Bereiche, für die zuvor Zeit und Ressourcen fehlten.“

Technologisch hat sich hier in den vergangenen Jahren einiges getan. Konnten Roboter einst nur mit viel geschultem Fachwissen programmiert oder auch bedient werden, hat sich der Trend klar zu einer einfachen, intuitiven Bedienung der Systeme entwickelt. Wie sehen die Unternehmen diese Entwicklung? Und was sind die wichtigsten Fortschritte, die wir in Zukunft technologisch erwarten können? „Einfachheit in der Bedienung, Miniaturisierung der Komponenten und Minimierung der Form-Offen-Zeit“, so fasst beispielsweise Wittmann Technology, Kottingbrunn, Österreich, bekannt für seine Spritzgießmaschinen oder auch Roboterlösungen, die Entwicklung zusammen. In der Robotsteuerung R9.1 setzt das Unternehmen beispielsweise auf sogenannte „Wizards“, die den Bediener durch die häufigsten Anwendungsfälle leiten. Einzelne Schritte werden dabei mit kurzen Animationsfilmen hinterlegt, um die Aktionen verständlicher darzustellen.

Eine vereinfachte Automatisierung ist für das ebenfalls in der Robotik agierende japanische Unternehmen Fanuc ein Schlüsselaspekt. „Durch intelligente Funktionen in den Robotern und Komponenten, deutlich vereinfachte Programmieroberflächen und durch KI-gestützte Abläufe können komplexe Aufgaben von Robotern einfacher gelöst werden. Zudem wird die Einbindung von Robotik durch vereinfachte Schnittstellen zunehmend komfortabler.“ Konkret nennt Engel hier Assistenz- und intelligente Steuerungssysteme. So hätten sich vor allem Sensorik und andere unterstützende Systeme, zum Beispiel für die Bildverarbeitung, rasant weiterentwickelt. Doch auch die Vernetzung spielt demnach eine übergeordnete Rolle. Die Maschinen können heute mit ihrer Produktionsumgebung interagieren, Daten transparenter und effizienter nutzen. Das mache die Nutzung von Industrie-4.0-Konzepten einfacher. „Damit ist die Basis für die Echtzeitüberwachung, die Datenerfassung und -analyse gelegt, um die Produktionsleistung zu optimieren und vorausschauend warten zu können.“ Der Maschinenbauer betont darüber hinaus, dass die Fortschritte in der Automatisierung für die Prozesstechnik neue Möglichkeiten eröffnen. „Materialien, die früher nur sehr aufwendig und mit einem erheblichen Anteil an manuellen Fertigungsschritten verarbeitet werden konnten, lassen sich heute vollautomatisiert und wirtschaftlich mit kurzen Zykluszeiten und damit großserientauglich verarbeiten. Ein Beispiel hierfür sind Faserkunststoffverbundmaterialien wie Organobleche.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA aus Stuttgart sieht insbesondere kollaborierende Roboter (Cobots) im Aufwind. „Zwar sind diese Roboter oft nicht im direkten Einsatz mit Mensch-Roboter-Kollaboration, wie initial mal angedacht war, aber sie ermöglichen dennoch, neue Anwendungen umzusetzen, die die klassische Industrierobotik bisher nicht abdecken konnte.“ Die größten Fortschritte sieht das Institut beim Thema „Automation of Automation“. Was damit gemeint ist: „Das bedeutet, dass sich die Engineering- und Programmier-Aufwände durch verbesserte Software und teilweise auch Technologien der Künstlichen Intelligenz (KI) deutlich verringern werden, weil mehr Automatisierung im Engineering möglich wird. Das betrifft beispielsweise Bereiche wie die Erstellung von Roboterprogrammen oder eine automatisierte Unterstützung bei der Risikobeurteilung.“ Und wie wirkt sich das konkret aus? Auch dazu weiß man am Fraunhofer IPA mehr: „Teilweise erreichen wir hier bereits Halbierungen von Aufwänden – ein wichtiger Erfolg, um Roboter auch dort nutzen zu können, wo eine ‚harte Programmierung‘ oder aufwendige Integration nicht lohnen. Das trifft beispielsweise auf Produktionen mit kleinen Losgrößen zu oder Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Flexibilität des Systems.“ Diese Fortschritte wären allesamt jedoch nicht ohne die dazu notwendige „Rechenpower“ möglich, wie auch Arburg bestätigt: „Basis für die rasante Entwicklung im Automationsbereich in den letzten Jahren waren die immer leistungsfähigeren Prozessoren, die es ermöglichten, immer mehr Daten immer schneller zu verarbeiten.“ Erst dadurch, so Arburg, wurden viele neue Technologien möglich, die wir heute unter dem Meta-Thema Industrie 4.0 respektive Digitalisierung zusammenfassen. Laut SAR hat insbesondere die Komplexität der Anwendungen in der Robotik und Automation im eigenen Geschäftsumfeld signifikant zugenommen. „Mittlerweile sind es nicht mehr nur Einlege- und Entnahmeprozesse, sondern vor allem komplett verkettete Prozesse ohne Mitarbeiter/innen. Ob positionsgenaue Ablage in vordefinierte Gebinde, ob Kameraprüfung, ob Prozessdatendokumentation über alle Einzelschritte oder Verquickung von Intralogistik mittels fahrerlosen Transportsystemen, die vollautomatisierte Prozesskette bietet zusehends Potenzial für notwendige Rationalisierungen.“ Den Trend einer einfacheren Bedienung für weniger erfahrene Bediener macht das Unternehmen ebenfalls aus. Und auch die Nachfrage nach KI-gestützten Anwendungen hat demnach einen massiven Sprung erlebt.

Ein weiteres Thema, welches viele Unternehmen derzeit beschäftigt, sind die zum Teil noch immer hohen Energiepreise. Wir wollen deshalb wissen, wie etwa Robotik- beziehungsweise Automatisierungslösungen dazu beitragen können, den Energieverbrauch in der Produktion zu senken? Oder anders gefragt: Welche konkreten Lösungen können hier tatsächlich entlasten? „Die Digitalisierung und Automatisierung bieten ein enormes Potenzial, den Energieverbrauch in der Produktion zu senken“, betont Aisemo. „Die neuen Technologien unterstützen Fachkräfte beim optimalen Setup der Maschinen und geben wertvolle Informationen zur Steigerung der Effizienz der Anlage. Auch regelmäßige Wartungen und Instandhaltungsarbeiten können durch digitale Systeme optimiert werden.“ Aisemo entwickelt ein digitales Monitoringsystem zur KI-gestützten Analyse, Diagnose und gezielten Optimierung. „Technologien zum Condition Monitoring überwachen den Zustand der Anlage. Sie ermöglichen ein rechtzeitiges Eingreifen der Fachkräfte, noch bevor es zu Produktionsverzögerungen kommt, die eine enorme Menge an Strom verbrauchen.“

Beim Fraunhofer IPA sieht man insbesondere den Einsatz von Robotik als Mittel für effizienteres Arbeiten und damit auch Energiesparen. Als Beispiel wird hier das Lackieren genannt. „Das Aufheizen der Luft ist mit einem hohen Energieeintrag verbunden. Beispielsweise muss beim Lackieren von Hand die Lackierkabine wegen des Menschen mit Frischluft versorgt werden. Nutzt man hier einen Roboter, so kann auf Umluft umgestellt werden. Dies geht einher mit 20 bis 30 % Energieeinsparung für die Klimatisierung.“ Weitere Einsparpotenziale ergeben sich dem Institut zufolge auch durch den Einsatz von Gleichstrom, mit dem auch die Roboter versorgt werden. „Ein richtig ausgelegtes Automationssystem wird in der Regel immer energieeffizienter sein als ein manueller Prozess“, betont Arburg und ergänzt: „Nehmen wir zum Beispiel den Eingriff in das Spritzgießwerkzeug zur Teileentnahme oder Bestückung mit Einlegeteilen. Die sogenannte Werkzeug-Offenzeit ist energetisch vollständig ineffizient. Ziel muss also sein, diese Zeit so weit wie möglich zu minimieren.“ Unterstützen kann hierbei die Robotik. „Ein Robot-System ist hier schneller, braucht weniger Platz und kann (bei Arburg) bereits parallel und synchronisiert zur Öffnungsbewegung des Formschlusses einfahren. Ein zweiter wichtiger Aspekt ist, dass sich moderne Automationssysteme auch betreffend die Energieeffizienz selbstständig optimieren, auch in Abhängigkeit von sich ändernden Rahmenbedingungen.“ Vergleichbar sei das, so Arburg, mit dem Navi im Auto: „Bei Stau auf der Autobahn ist ein Navigationssystem in der Lage, eine neue, energieeffizientere Route zu finden. Im übertragenen Sinne können das Roboter heute schon und werden das in Zukunft verstärkt tun.“ SAR führt die sogenannte „Dark Factory“ an, die als finale Produktionsautomation angesehen wird. Vollautomatisierte Prozessanlagen produzieren hier auf engstem Raum und ohne Heizung oder Beleuchtung die unterschiedlichsten Produkte. „Bei der Konzeption dieser Anlagen muss kein Augenmerk mehr auf Werkersicherheit oder sichere Verkehrswege gelegt werden, da die Linien wie eine ‚Black Box‘ ohne menschlichen Einfluss und Störgröße funktionieren. Heutige Automatisierungskonzepte sind um den Menschen als Bediener herum konzipiert.“ Dies spare Energie schon bei der Gebäudeerstellung, dem Betrieb der Anlagen sowie der gesamten Intralogistik. „Auch energieeffiziente Komponenten rücken dabei verstärkt in den Vordergrund. Sei es die optimale Dimensionierung von Robotern, Greifern in Leichtbauweise sowie kompakteste Bauweisen. Auch die Umstellung von pneumatische auf elektrische Komponenten ist ein wesentlicher Zugewinn für nachhaltige Produktionssysteme – bei sinkenden Energieaufwendungen.“ Dies gehe am einfachsten bei Neuanlagen, so das Unternehmen, es lohnt sich jedoch auch die Analyse von Bestandsanlagen, wo sich meist ein hohes Einsparungspotenzial verbirgt. „Gerade für die KI ist dies ein nicht zu vernachlässigendes Spektrum. Selbst lernende Prozesse, die Energiemengen im Gesamtkontext autark optimieren, sind im Zusammenspiel mit dem Werkerwissen viel genauer und flexibler, als unsere Kunden dies heute nutzen“, berichtet SAR.

Energieeffiziente Systeme tragen also dazu bei, Ressourcen zu schonen. Die Robotik und Automation sind hier eine wichtige Brücke, um nachhaltigere Produktionstechnologien zu realisieren. Diese wiederum sind ein Schlüssel, um die Ziele einer klimaneutralen Industrie zu erreichen. „Besonders in Zeiten von Personal- und Fachkräftemangel kann Robotik und Automatisierung einen großen Teil dazu beitragen, Umweltbelastung zu reduzieren“, findet das Unternehmen Recycleye. „Dies“, wie es heißt, „erfordert allerdings, dass sich die Beteiligten zu einem gewissen Maß mit den Möglichkeiten, aber auch Grenzen der Systeme auskennen.“ Das Unternehmen setzt seine Technologie insbesondere im Bereich der Sortierung von Abfallströmen, also konkret in Sortieranlagen, ein. „In unserer Branche bauen wir unsere Systeme häufig in Anlagen ein, bei deren Bau nicht im Geringsten mit Robotik gerechnet wurde. Solch ein Retrofit ist in vielen Fällen sinnvoll; man muss sich aber dabei bewusst sein, dass auch Automatisierung, Roboter und KI kein Allheilmittel für alle Probleme sind.“ Am Fraunhofer IPA beschäftigt man sich damit, wie Robotik und Automatisierung eine verbesserte Kreislaufwirtschaft ermöglichen können. Ein Forschungsprojekt dabei: „DeMoBat“. Hier dreht sich alles um die automatisierte Demontage von E-Auto-Komponenten wie Batterien und Motoren. „Das Ziel war, weniger schreddern zu müssen, sondern eine sortenreine Demontage mit Robotern zu ermöglichen, damit die wertvollen Rohstoffe wiederverwendet werden können.“ Geforscht wurde beziehungsweise wird aber noch an weiteren Vorhaben: „Im Projekt ‚Desire4Electronics‘ werden Lösungen der automatisierten Demontage von Elektrokleingeräten für deren Wiederaufarbeitung entwickelt. Und ‚ReNaRe‘ forscht an der roboterbasierten Demontage von zukünftigen Elektrolyseuren.“ An Forschungsaktivitäten im Bereich der Nachhaltigkeit mangelt es also nicht. Und auch bei diesem Thema kommt man an der KI nicht vorbei: „Im Rahmen unseres ‚KI-Fortschrittszentrums‘ wurde eine Studie veröffentlicht, die untersucht, inwieweit Künstliche Intelligenz zu mehr Nachhaltigkeit in Unternehmen beitragen kann“, berichtet das Fraunhofer-Institut. Engel sieht in der Automatisierung ein Werkzeug, um gleichmäßige Prozesse und damit auch einen effizienten Einsatz von sowohl Energie als auch Rohmaterial sicherzustellen. Die Automatisierung trage dazu bei, Ausschussraten und damit das Abfallaufkommen zu verringern. Die Automatisierung unterstützt aber auch die Prozessintegration. „Auch das reduziert den Energie- und Materialeinsatz sowie oft auch den logistischen Aufwand.“ Für Fanuc ist eine Produktion oder Produktionsanlage immer dann nachhaltig, wenn sie möglichst lange läuft und im Einsatz ist. Der Hersteller wartet seine Roboter lebenslang und hält auch entsprechend Ersatzteile vor. „Roboter können durch eine Steigerung der Produktionsqualität die Menge an Ausschuss und Müll reduzieren.“

Ohne Robotik und Automatisierung werden die Herausforderungen insbesondere in den Bereichen Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Recycling nicht anzupacken sein. Das bekräftigt auch Arburg, die hier beispielsweise die Potenziale für das Recycling in der Kunststoffindustrie hervorheben. „Ein wichtiger Baustein für eine Kreislaufwirtschaft ist die Möglichkeit zur Schaffung von sortenreinem Rezyklat. Dies gehe wirtschaftlich nur mit Anlagenautomation und entsprechenden Robot-Systemen. „Denn“, so der Systemanbieter, „einer sortenreinen Wiederverwendung von Materialien muss ein automatisiertes, sortenreines Trennen von Kunststoffteilen vorgeschaltet sein, um hier wirklich sinnvoll arbeiten zu können.“ Einen entscheidenden Beitrag hierzu leistet heute bereits KI-gestützte, automatisierte Sortiertechnik. „Hoch automatisierte technische Anlagen können zusätzlich durch verstärkte Digitalisierung einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten, etwa durch Erhebung von Emissionsdaten entlang der gesamten Wertschöpfungskette, was immer mehr in den Fokus von Stakeholdern rückt.“ Und auch zum Thema Retrofit gebe es dem Unternehmen zufolge bei den Roboterherstellern einen eindeutigen Trend, immer mehr Serviceleistungen zum Refurbishment von Robotern anzubieten, um diese über immer längere Zeiträume betreiben zu können. „Allerdings ist Refurbishment um jeden Preis energetisch nicht sinnvoll und muss im Einzelfall abgewogen werden. Abhängig vom technischen Wandel (zum Beispiel energieeffizientere Antriebe) ist zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Investition in neue Produkte auch energetisch sinnvoller.“ Und auch Universal Robots bestätigt, dass es grundsätzlich nachhaltiger ist, bestehende Systeme möglichst lange zu nutzen. Die technische Entwicklung stehe jedoch nicht still. „Neue Systeme sind gegebenenfalls wartungsfreundlicher, erlauben höhere Taktzahlen oder machen Anwendungen möglich, die sich bisher nicht realisieren ließen. Diese Aspekte muss ein Betrieb berücksichtigen, wenn es um Retrofit oder eine Neuanschaffung geht.“ Auf Nachfrage bei SAR heißt es: „Retrofit ist in den letzten Monaten durch Lieferengpässe und Investitionsunsicherheiten verstärkt in den Fokus gerückt“, und fügt hinzu: „Knickarmroboter zum Beispiel werden seit fast 40 Jahren bei SAR-Automatisierungslösungen auch deshalb eingesetzt, weil sie weit über 30 Jahre im Einsatz sein können und für mehrere Produktlebenszeiten wiederverwendet werden können. Bei fast allen Komponenten gilt es jedoch abzuwägen, inwieweit die Ersatzteilversorgung, Softwarepflege, neueste Sicherheitsstandards sowie Energieeffizienz die Weiterverwendung sinnvoll machen.“