Energieeffizienz, KI und einfache Bedienung, außerdem Reshoring in der Batterie- und Chipfertigung und die Reparatur von Altgeräten: Das sind laut IFR die Treiber für Robotik und Automation im Jahr 2023.
Die Rückverlagerung von Produktionskapazitäten in der Automobilindustrie prägen die Robotik, ebenso KI-Methoden in der Anlagensteuerung.
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Der Bestand an Industrierobotern wächst unaufhaltsam: 3,5 Millionen Einheiten handhaben, schweißen und montieren heute in den Fabriken rund um den Globus. Weil Roboter flexibel einsetzbar und rekonfigurierbar sind, wächst ihr Anwendungsspektrum auch in Bereiche hinein, die bislang spezialisierten Bearbeitungsautomaten vorbehalten waren. Durch Fortschritte in der Regelungstechnik übernehmen Roboter mittlerweile beispielsweise auch Aufgaben wie das Entgraten oder Schleifen, während sie sich in Verbindung mit hochauflösender Kraft-Momente-Sensorik hochgenau ansteuern lassen. Insbesondere in der Montage lassen in die Robotergelenke integrierte Sensoren und Leichtbauweisen eine engere Kooperation von Mensch und Roboter zu, wie sich im Dubbel-Kapitel Industrieroboter nachlesen lässt.
Die International Federation of Robotics (IFR) hat nun zusammengefasst, welche Trends den Fortschritt in Robotik und Automation in den kommenden Monaten besonders prägen werden.
Spezielle Steuerungen sparen Energie in der Produktion
Das Thema Energieeffizienz in der Produktion bleibt eine Triebfeder für den breiteren Einsatz von Robotern. Dabei verweist die IFR zum einen auf die geringeren Raumtemperaturen und das damit verbundene Energieeinsparpotenzial, dass die automatisierte Produktion im Vergleich zur Fließbandproduktion ermöglicht. Zum anderen trügen aber auch neue Technologien im Industrieroboter zu einem geringeren Energieverbrauch bei. Spezielle Robotersteuerungen wandeln beispielsweise Bewegungsenergie in Strom um, der sich wiederum in das Stromnetz zurückspeisen lässt. Die Energiebedarf eines Roboters verringert sich laut IFR dabei erheblich. Der Verband rechnet deswegen damit, dass solche intelligenten Stromsparmodi künftig zu einem Industriestandard werden könnten.
Gerade in der elektrischen Antriebstechnik ist die Steigerung der Energieeffizienz seit langem ein großes Thema. Am Beispiel eines 6-Achs-Knickarm-Roboters im Automobilbau beschreibt Michael Koch im Artikel Die Energie elektrischer Antriebe managen in der Zeitschrift Nachhaltige Industrie 4/22 den Einsatz eines aktiven Energiemanagementgerätes. Das Gerät übernimmt unterschiedliche Aufgaben: Es managt den Umgang mit der Bremsenergie, versorgt die Antriebe stabil und unterbrechungsfreie mit Energie, reduziert Lastspitzen im Stromnetz und gewährleistet zudem auch einen netzunabhängigen Betrieb.
Verlagerung der Batterie- und Chipproduktion
Insbesondere in der Automobilindustrie und in der Produktion von Mikrochips wirkt sich laut IFR das Thema Reshoring auf die Robotik aus. Automobilhersteller verlagern zunehmend Produktionskapazitäten in die Nähe der Anwendermärkte in Europa und den USA. Für die Großserienfertigung von leistungsstarken und kostengünstigen Batterien setzen sie dabei auf Roboterautomatisierung. Der Reshoring-Trend in diesem Bereich wird laut IFR dadurch verstärkt, dass viele Logistikunternehmen aus Sicherheitsgründen vom Transport schwerer Batterien Abstand nehmen.
Auch in der Produktion von Mikrochips verlagert sich die Produktion stärker in die USA und nach Europa. Hier übernehmen präzise arbeitende Roboter beispielsweise die Herstellung von Siliziumwafern, Reinigungs- und Säuberungsaufgaben oder den Test integrierter Schaltkreise.
Bei der Rückverlagerung ihrer Produktion können Unternehmen von der japanischen Industrie lernen, die seit den 2010er-Jahren Produktionskapazitäten aus China zurück nach Japan geholt hat, wie YoungWon Park und Paul Hong im Kapitel Reshoring Strategy: Case Illustrations of Japanese Manufacturing Firms des Buchs Reshoring of Manufacturing schreiben. Neben einer vorausschauende Planung verliefen Reshoring-Projekte insbesondere dann erfolgreich, wenn die Firmen ein besonderes Augenmerk auf strategische Kostensenkungen sowie auf strategische Allianzen mit Zulieferern in China legten.
Einfach zu bedienen
Ein anhaltender Trend ist die immer einfachere und intuitive Programmierung von Robotern. Laut IFR arbeiten Erstausrüster heute Hand in Hand mit Technologiepartnern, die sich auf Low-Code- oder No-Code-Programmierung verstehen. Dabei erobern zunehmend Software-Startups mit sehr speziellen Lösungen den Markt. Traditionelle, schwere Industrieroboter rüsten sie beispielsweise mit Sensoren und neuer Software aus und ermöglichen so einen kollaborativen Betrieb. Zudem erleichtern Roboteranbieter die Einrichtung und Installation mithilfe vorkonfigurierte Greifer, Software, Sensoren und Steuerungen, die sich oftmals aus App-Stores herunterladen lassen.
Als vielversprechend bezeichnen Kamil Krot und Vitalii Kutia im Artikel Intuitive Methods of Industrial Robot Programming in Advanced Manufacturing Systems auch die Programmierung mithilfe von Technologien für die virtuelle (VR) und erweiterter Realität (AR). Kosten und Zeitaufwand für die Integration von Industrierobotern in einen Produktionsprozess ließen sich damit erheblich senken.
Lernende KIs für unvorhersehbare Prozesse
KI-Software für die Prozessoptimierung, die vorausschauende Wartung oder für das bildverarbeitungsbasierte Greifen findet in der Robotik immer breitere Anwendung. Daneben agieren Roboter zunehmend als Teil vernetzter digitaler Ökosysteme, zu denen auch Cloud Computing, Big-Data-Analysen oder 5G-Mobilfunknetze gehören. Mithilfe von KI können Roboter Schwankungen und Unvorhersehbarkeiten in der äußeren Umgebung besser bewältigen. Je größer und unvorhersehbarer Prozesse dabei sind, desto eher rentiert sich der Einsatz von KI-Algorithmen. Lernende KIs sind dabei insbesondere in Umgebungen nützlich, in denen mobile Roboter mit anderen Objekten oder Personen interagieren.
Laut Markus Glück stehen wir im KI-basierten Betrieb von Maschinen und Robotern allerdings erst am Anfang, wie er im Kapitel Zukunftsfragen und Künstliche Intelligenz in Robotik und MRK des Buchs Mensch-Roboter-Kooperation erfolgreich einführen schreibt. Ein Grund dafür ist die – im Vergleich zu anderen KI-Anwendungen – vergleichsweise geringe Datenmenge, die über Roboterbewegungen in dreidimensionalen Arbeitsräumen vorliegen. Robotern beizubringen, wie sie Gegenständeunter unterschiedlicher Größe und Haptik aus einer Kiste holen, bleibe nach wie vor eine Kunst.
Ausgediente Roboter zurück in den Markt bringen
Als fünften Trend nennt die IFR die Wiederaufbereitung gebrauchter Industrieroboter. Hersteller wie ABB, Fanuc, Kuka oder Yaskawa betrieben bereits entsprechende Reparaturzentren in der Nähe ihrer Kunden, in denen sie gebrauchte Geräte überholen und aufrüsten.
Auf die Herausforderungen dabei gehen Andreas Pott und Thomas Dietz im Kapitel Wirtschaftlichkeitsbetrachtung industrieller Roboteranlagen des Buchs Industrielle Robotersysteme ein. Eine Schwierigkeit ist, dass heutige Roboteranlagen in der Regel auf ein spezifisches Produkt ausgelegt sind. Der Aufwand zur Umrüstung der Anlagen ist in der Regel sehr hoch. Deswegen werden sie heutzutage auf Amortisationszeiten von zwei bis drei Jahren ausgelegt und nach ihrer Nutzungsdauer in der Regel vollständig entsorgt. Wenn sich der entsorgte Roboter aber doch noch in einem gutem Zustand befindet und wieder verkauft werden kann, lässt er sich im Vergleich zu neuen Geräten nur noch zu einem deutlich geringeren Preis verkaufen.