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07.01.2015 | Automobilproduktion | Im Fokus | Onlineartikel

Kollege Roboter

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Schlanker, intelligenter, produktiver: Industrie 4.0 verheißt viele neue Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen. Fest steht jedenfalls: Die künftige Interaktion zwischen Mensch und Maschine wird sich durch die intelligente Produktion stark verändern.

Kaum ein anderes Thema beschäftigt die Roboterbranche aktuell so wie die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Denn die robotergestützte Automatisierung boomt. Nach dem Siegeszug im Automobilbau sind moderne Industrieroboter auf dem Sprung, bisher kaum erschlossene Wirtschaftszweige zu erobern.

Die Chancen sind enorm: Selbst in den am stärksten entwickelten Roboternationen - Japan, Deutschland, USA - ist die Roboterdichte im Automobilbau sieben Mal so groß wie in allen anderen Industriezweigen zusammen, wie aus der Roboter- Weltstatistik 2014, die von der International Federation of Robotics (IFR) veröffentlicht wurde, hervorgeht. Im Fahrzeugbau seien die Investitionen in den vergangenen drei Jahren weltweit um durchschnittlich 22 Prozent pro Jahr (2010 bis 2013) gestiegen.

Mensch-Maschine-Teams

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Wichtiger Treiber dieses Booms sind Technologien, die Mensch und Maschine zu Teams machen - womit ein neues Kapitel der Fabrikgestaltung aufgeschlagen wird. Denn bislang existiert weitestgehend eine saubere Trennung, beispielsweise durch entsprechende Sicherheitszäune, zwischen robotischen und menschlichen Arbeitsplätzen. Eine direkte Interaktion während der Arbeitsprozesse sollte bewusst nicht stattfinden, erläutert Springer-Autor Steffen Wischmann im Kapitel "Arbeitssystemgestaltung im Spannungsfeld zwischen Organisation und Mensch-Technik-Interaktion - das Beispiel Robotik" (Seite 149 ff) aus dem Buch Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0.

Aus diesem Vorgehen ergibt sich aber ein Dilemma, wie Wischmann anhand des Beispiels Toyota illustriert. Der japanische Autobauer hat in der Vergangenheit auf konsequente Automatisierung, vor allem durch den verstärkten Einsatz von Industrierobotern, gesetzt. Menschen waren dann meistens nur noch für das Befüllen der Maschinen mit Werkstücken zuständig, was dazu führte, dass viele Arbeiter ihre Maschinen nicht mehr verstanden haben. In den vergangenen Jahren kämpfte Toyota, bislang für seine hohe Qualität bekannt, dann zunehmend mit Produktionsfehlern. Auch vor diesem Hintergrund ändert der Autobauer nun seine Produktionsstrategie. Toyota begann in den letzten Jahren verstärkt manuelle Arbeitsplätze wieder einzuführen. Dabei handelt es sich vor allem um Lernfabriken, die den Arbeiter in die Lage versetzen sollen, die Arbeitsschritte der Maschinen wieder besser zu verstehen.

Robot Farming und kollaborative Roboter

Anhand dieser Beispiele wird deutlich, dass sich Mensch und Maschine bestmöglich für die jeweilige Aufgaben ergänzen sollten. Dabei können technologische Entwicklungen das gesamte Spektrum von Mensch–Roboter-Interaktionen abdecken, vom einfachen Instruieren über das physische Interagieren hin zu einer echten Kooperation, betont Wischmann. Dabei zeichne sich ein Trend ab, weg von der örtlich separierten Co-Existenz, hin zu einer engen Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter.

So hat sich eine neue Generation von Leichtbaurobotern beispielsweise darauf spezialisiert, Mensch und Maschine möglichst eng - ohne Schutzzaun - zusammenarbeiten zu lassen. Erste Anwendungen wurden bereits in der Automobilindustrie realisiert. "Das Know-how von Industrierobotern aus der Automobilindustrie weist häufig den Weg zu neuen Technologien, die beispielsweise Mensch und Maschine zu Teams machen", sagt Mathias Wiklund, COO von Comau Robotics.

In den zukünftigen, wandlungsfähigen Produktionssystemen arbeiten neuartige Leichtbauroboter und Mitarbeiter sehr eng und kooperativ zusammen, ohne dass dabei der Roboter den Menschen ersetzt. Mercedes-Benz bezeichnet dieses ganzheitliche Produktionssystem als "Robot Farming": Kognitive und physische Fähigkeiten des Menschen werden mit Wiederholgenauigkeit, Präzision und Ausdauer des Roboters kombiniert. Das Konzept ermöglicht die direkte Zusammenarbeit von Menschen und Robotern in der Produktion ohne Schutzzaun. Beim Thema Mensch-Machine-Kooperation arbeitet Daimler seit 2012 mit dem Roboter- und Anlagenbauer Kuka zusammen. Ähnlich BMW: Der bayerische Hersteller setzt im US-Werk in Spartanburg, South Carolina, in der Türmontage kollaborative Roboter ein. In Spartanburg erprobt BMW auch, ob sich mithilfe der Google-Datenbrille die Verfahren der Qualitätssicherung in der Produktion verbessern und beschleunigen lassen.

Vision von der intelligenten Produktion

"Die Arbeit mit Industrierobotern wird für Anwender immer einfacher", sagt IFR Executive Board Member und Geschäftsführer von Kuka Roboter, Manfred Gundel. "Grund sind neue Lösungen in Form von Schnittstellen, Steuerungen und Software, mit denen selbst Menschen ohne Robotererfahrung verschiedenste Aufgabenbereiche automatisieren können. Das öffnet auch mittelständischen Firmen unterschiedlichster Branchen neue Einsatzmöglichkeiten."

Die Mensch-Maschine-Kooperation soll künftig eine Schlüsselrolle dabei spielen, die Vision von der intelligenten Produktion voranzutreiben: Stichwort Industrie 4.0., bei der von den Teilen und Maschinen bis hin zu den Menschen alles vernetzt ist und mitdenkt. Die einfach zu bedienenden Roboter sollen dabei Automatisierungschancen für unterschiedlichste Branchen ermöglichen. Das künftige Potenzial der neuen Industrieroboter macht ein Branchenvergleich der aktuellen Roboterdichte sichtbar, wie aus der Roboter-Weltstatistik 2014 hervorgeht. So komme im japanischen Fahrzeugbau die Rekordzahl von 1520 Industrierobotern auf 10.000 Arbeitnehmer zum Einsatz. In allen anderen Branchen dagegen aber bisher nur 214 Einheiten. Ein ähnliches Bild zeigt sich in Deutschland und den USA.

Begriff Industrie 4.0 vielen nicht bekannt

Auch wenn Industrie 4.0 seit einiger Zeit viel diskutiert wird, ist das Thema bislang nicht allen bekannt, wie aus einer Studie des Beratungsunternehmen MHP ersichtlich ist. Das Unternehmen hatte 227 Personen aus der Automobil- und Fertigungsindustrie zur vierten industriellen Revolution befragt. So konnten 24 Prozent der Befragten mit dem Begriff Industrie 4.0 nichts anfangen. Zudem herrsche eine erhebliche Skepsis bezüglich der Rolle Deutschlands für die vierte industrielle Revolution vor. Nur die Hälfte der Befragten sei der Meinung, dass sich Deutschland als Vorreiter etablieren könne. Daher rät MHP, Industrie-4.0-Konzepte transparenter und bekannter zu machen.

Denn von den Innovationen der Industrie 4.0 versprechen sich die Autobauer mehr Qualität und Wettbewerbsfähigkeit sowie ein Plus an Produktivität. Aber es bestehen auch Risiken und Herausforderungen. So weisen zunehmende Virtualisierung und Augmentierung über traditionelle Konzepte der Mensch-Technik-Interaktion hinaus und erfordern neue Beschreibungs- und Gestaltungskonzepte, wie die Springer-Autoren Botthof und Hartmann im Kapitel "Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0 - Neue Perspektiven und offene Fragen" aus dem Buch Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0 schreiben.

Der Mensch in der smarten Fabrik

Dabei müssen zahlreiche Fragen beantwortet werden: In welchem Verhältnis werden Mensch und Maschine stehen? Welche neuen Interaktionsformen wird es geben? Wie können autonome technische Systeme mit menschlicher Autonomie in Einklang gebracht werden? Was bleibt für den einzelnen Menschen in der smarten Fabrik noch zu tun? Nach Einschätzung vieler Experten dürften sich durch Industrie 4.0 die Anforderungen an technische Bildung erhöhen. Hier fordert zum Beispiel die IG Metall weitreichende Weiterbildungsmöglichkeiten sowie die Schaffung einer lernförderlichen Arbeitsorganisation. Neben der deutlichen Komplexitätssteigerung, die die Industrie 4.0 mit sich bringt, ergeben sich auch neuartige Konstellationen, die auch eine rechtliche Dimension haben, wie Christof Tschohl in seinem Artikel "Industrie 4.0 aus rechtlicher Perspektive" aus der Zeitschrift e&i Elektrotechnik und Informationstechnik 7-2014. Das sind zum Beispiel Haftungs- und datenschutzrechtliche Fragen.

Industrie 4.0 bedeutet für viele Experten keine menschenleere Produktion und auch nicht zwangsläufig eine stärkere Automatisierung. Vielmehr gehe es darum, neue Technologien sinnvoll zu nutzen und zu vernetzen. Letztendlich sollten die Mitarbeiter von intelligenten Maschinen und Systemen profitieren - zum Beispiel bei der Optimierung ergonomisch ungünstiger Arbeitsvorgänge.

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