Mensch-Roboter-Kooperation erfolgreich einführen

Mit den Begriffen Roboter oder Robotik bringen viele Menschen Bilder menschenähnlicher Maschinen oder bedrohlicher technischer Gebilde in robusten, teilweise gepanzerten Körpern in Verbindung, die sich entweder ungelenk bewegen, sich mit maschinenähnlich blecherner Stimme äußern oder bedrohlich schnell agierende Kämpfernaturen mit menschenähnlichen Verhaltensmustern und überdurchschnittlicher Intelligenz bzw. Treffergenauigkeit sind. Die meisten Industrieroboter leisten heute als unermüdlich und mit hoher Präzision arbeitende automatische Produktionshelfer ihren segensreichen Dienst in der Serienproduktion, übernehmen sich ständig wiederholende, harte, gefährliche, ergonomisch belastende, monotone oder schmutzige Tätigkeiten. Sie sichern damit unsere Wettbewerbsfähigkeit und eröffnen uns Freiräume für attraktivere Aufgaben. Zunehmend werden in der Logistik und für innerbetriebliche Transportaufgaben Autonome Mobile Roboter (AMR) eingesetzt, welche die Menschen von Routinetransportaufgaben entlasten. Und auch die ebenfalls meist mobile Servicerobotik beginnt sich unter den Menschen zu etablieren und mit ihnen in direkter Interaktion zu wirken.

Die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) und die derzeitige Renaissance der humanoiden Roboter markieren den vorläufigen Endpunkt einer Maschinenentwicklung, die bereits im alten Griechenland begann. In der Ilias beschreibt Homer zwanzig dreibeinige Kreaturen, die der Gott Hephaistos auf goldene Räder montiert hatte, um den Göttern auf dem Olymp zu dienen. In diesem Kapitel machen wir eine kurze Reise durch die Entwicklungsgeschichte der Robotik und Mensch-Roboter-Kooperation. Hierbei streifen wir wesentliche Meilensteine und werfen einen Blick auf die Anfänge der modernen Robotik.

Industriebetriebe aller Branchen wie etwa Metall- und Elektrounternehmen, der Fahrzeugbau, die Chemie- und Ernährungsindustrie, Lebensmittelhersteller sowie Holz und Kunststoff verarbeitende Betriebe setzen heute Roboter ein. Dieses Kapitel diskutiert aktuelle Marktentwicklungen der Industrie- und Servicerobotik weltweit und bewertet die einzelnen Trends nach Ländern, Branchen und Anwendungsfeldern. Noch nicht absehbar ist die Marktakzeptanz neuartiger humanoider Roboter. 

Seit über 50 Jahren versuchen Ingenieure, Roboter aus der reinen Industrieumgebung hinter Schutzzäunen zu befreien und sie in den Alltag der Menschen vordringen zu lassen. Der erste Roboter, dem dies ansatzweise gelang, war „Shakey“. Nach einigen wichtigen Lernerfahrungen in der Leichtbau- und der mobilen Servicerobotik ist die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) heute reif für die industrielle Anwendung. Zunehmend dringen MRK-Applikationen und Cobots in den Fertigungsalltag vieler Unternehmen vor.

Die Einführung der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) ist ein nicht zu unterschätzender Strategie- und Veränderungsprozess größerer Zeitdauer, der im Allgemeinen nicht stressfrei erfolgt. Dabei gilt es, in besonderem Maße strukturiert vorzugehen, die betroffenen Mitarbeiter und den Betriebsrat frühzeitig einzubeziehen, wohlüberlegt vorzugehen und aus einem Projektteam heraus sowie von Führungsseite begleitend intensiv Überzeugungsarbeit zu leisten. Dieses Kapitel beschreibt die zentralen Herausforderungen und gibt Handlungsempfehlungen für ein erfolgreiches Einführungsprojekt im Rahmen von 6 Phasen.

Wie bereits einleitend dargelegt, stellt die Aufgaben-, Arbeitsplatz- und Prozessbewertung einer Applikation auf Eignung für den Einsatz der Mensch-Roboter-Kooperation ein wesentliches Element der Projektvorbereitung dar, auf welches Sie großes Augenmerk richten sollten. Hilfreich ist hierbei die Aufstellung und Nutzung eines Fragebogens, mit dem anhand einer begrenzten Anzahl spezifischer Auswahlkriterien eine schnelle, objektiv belastbare Bewertung der MRK-Potenziale und Integrationsrisiken möglich ist. In diesem Kapitel werden die wesentlichen Erfolgsfaktoren bei der Konzeption geeigneter MRK-Applikationen diskutiert.

Sobald die in Kap. 6 beschriebene Aufgaben-, Arbeitsplatz- und Prozessbewertung im Hinblick auf die Eignung zur Automation und Einrichtung eines MRK-Arbeitsplatzes einen gewissen Reifegrad erreicht hat, ist es Zeit, sich mit der Roboterauswahl auseinanderzusetzen. Hierzu sind in diesem Kapitel hilfreiche Markt- und Produktinformationen zusammengestellt, die das aktuelle Marktgeschehen berücksichtigen und wichtige Punkte für eine erfolgreiche Anforderungsdefinition besprechen.

Unabhängig von der Art der Kooperation besitzt der Schutz der Menschen in der Robotertechnik und die Rechtssicherheit für die Betreiber einen hohen Stellenwert. Sicherheit ist ein wesentliches Grundbedürfnis des Menschen, ob im beruflichen oder im privaten Bereich. Doch von Maschinen, Anlagen, Robotern und vielen anderen technischen Einrichtungen gehen erhebliche Gefahren für Mensch und Umwelt aus. Dieses Kapitel führt ein in den rechtlichen Rahmen und diskutiert die Voraussetzungen für einen rechtssicheren Betrieb der Roboter und Mensch-Roboter-Kooperationen in der industriellen Produktion und Logistik.

Kollaborierende Robotersysteme fallen derzeit noch unter den Geltungsbereich der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Sie müssen als Gesamtapplikation zum Bereitstellen auf dem Markt mit einer Konformitätserklärung und einem CE-Zeichen ausgestattet sein, auch wenn ein einzelner Roboter für sich als unvollständige Maschine gilt, die anstelle einer Konformitätserklärung nur mit einer Einbauerklärung versehen sein muss. Dieses Kapitel diskutiert die zu berücksichtigenden Normen sowie die zu erwartenden Neuerungen auf dem Gebiet der Absicherung von MRK-Applikationen und gibt Hilfestellung für die Risikominimierung und die Validierung der korrekten Funktion aller Sicherheitsvorkehrungen.

Bevor die speziell im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation auftretenden Risiken und die von Robotern ausgehenden Gefahren im Rahmen der Risikoanalyse betrachtet werden, sollen zunächst einige allgemeine Gesichtspunkte der Sicherheitstechnik kurz vorgestellt werden. Im weiteren Verlauf werden in diesem Kapitel die wesentlichen Eckpunkte einer Risikobetrachtung von Mensch-Roboter-Kooperationen besprochen und konkrete Umsetzungshinweise gegeben.

Alle Hersteller von Maschinen, die unter die Maschinenrichtlinie fallen, sind verpflichtet, diese dem CE-Konformitätsbewertungsverfahren zu unterziehen, also alle Kriterien zu erfüllen, die diese Richtlinie für eine Maschine fordert. Zum Ausdruck der Konformität wird die Maschine dann mit dem CE-Kennzeichen versehen. Mit dieser Kennzeichnung zeigt der Hersteller oder Inverkehrbringer an, dass er alle für sein Produkt relevanten EU-Richtlinien einhält. Dieses Konformitätsbewertungsverfahren ist bei MRK-Applikationen ziemlich komplex und erfordert eine Validierung der korrekten Auslegung und zuverlässig sicheren Funktion aller Systeme, die zu einer Mensch-Roboter-Kooperation verbaut sind: Roboter, Arbeitsplatz, Anbauwerkzeuge, Halte-, Schutz- und Zufuhrvorrichtungen.

Viele Cobots haben die Versuchsabteilungen zwischenzeitlich verlassen. Mehr und mehr sind sie in der Produktion zu finden, einige sogar in ganz anderen Anwendungen, als ursprünglich geplant. Es gibt aber auch Anwendungsgebiete, bei denen man feststellen musste, dass die Mensch-Roboter-Kooperation aktuell ungeeignet ist und die klassische Industrierobotik ihren Platz einnehmen muss. Dieses Kapitel diskutiert einige repräsentative Anwendungsbeispiele, erfasst hierbei gemachte Erfahrungen und gibt – im Sinne von Lessons Learned – wertvolle Hilfestellung für die Konzeption und Realisierung neuer MRK-Applikationen.

Bereits in den 1960er Jahren haben Roboter in der Industrie Einzug gehalten, wie wir eingangs vernommen haben. Seitdem sind ihre Installationszahlen unaufhaltsam gestiegen. Doch außerhalb der Automatisierungswelt ist das Image der Roboter nicht immer das Beste. Vielfach wurden Massenentlassungen prophezeit, die Vernichtung zahlreicher Produktionsarbeitsplätze prognostiziert und viele Menschen durch wenig faktenbasierte Informationen mit Schlagzeilencharakter verunsichert. Ob die Roboter jemals ihren Schrecken verlieren hängt sehr stark davon ab, welche überzeugenden Argumente wir für die zahlreichen Debatten ins Feld führen.

Wenn wir die Geschichte der Industrialisierung betrachten, wird deutlich, dass neue Technologien für den Menschen immer mit Ängsten, gesellschaftlichen Veränderungen, einer Neuordnung von Arbeitsformen und einem Gefühl der Unsicherheit verbunden waren. Selten waren bei allen Debatten der Technikfolgenabschätzung die Kluft zwischen Hoffnungen und Ängsten so groß wie im Zeitalter von Robotern und Mensch-Roboter-Kooperationen. Fragen über die Folgen des Einsatzes von Künstlicher Intelligenz und die Gestaltung der zukünftigen Mensch-Maschine-Interaktion bestimmen die aktuellen Ethikdebatten, aus denen dringend gesamtgesellschaftlich akzeptierte, verbindliche Verhaltensregeln abgeleitet werden müssen. Ein erster Schritt hierzu wird in diesem Abschnitt unternommen.

Die industrielle Produktion und ebenso die industrielle Automation stehen vor bedeutsamen Veränderungen. Zu den prägendsten aktuellen Entwicklungen zählen die Künstliche Intelligenz (KI), die Digitale Transformation, die allumfassende Vernetzung der Systeme in der Informations- und Kommunikationstechnik (IT, Information Technology) und in der Produktionstechnik (OT, Operational Technology), das Verschmelzen realer physikalischer Systeme mit virtuellen Planungswelten und digitalen Zwillingen im Fertigungsumfeld (Augmented, Mixed oder Virtual Reality) sowie das Vordringen der Robotertechnik in die allgemeine Produktion, in die Logistik, im Gesundheitswesen, in der Pflege, in der Verpackungstechnik, in Hotels und Gastronomie. Neue Formen der Nutzerinteraktion sind Vorboten einer neuen Ära der Mensch-Roboter-Interaktion. In diesem Kapitel werden die wesentlichen aktuellen Technologietrends und die bekannten Forschungsfelder beleuchtet und in den Kontext der MRK-Revolution gestellt. Unter anderem werden wesentliche Zukunftsthemen abgeleitet.

Was vor 60 Jahren mit dem Einzug der ersten Roboter in die industrielle Produktion vermeintlich träge begann, entwickelte sehr schnell eine besondere Dynamik: Roboter eroberten den Karosseriebau, die Lackierstraßen, die Automobil- und Elektronikproduktion. Sie wurden zu Garanten für eine hochdynamische und qualitativ optimierte Serienproduktion bei höchster Produktivität, Prozessqualität und Kosteneffizienz. Hierbei wurden die viele Traglasten umfassenden, auch durch alternative Kinematik-Ansätze begeisternden Bewegungsautomaten zu stabilen Tragsäulen der industriellen Massenproduktion. Diese Reise geht weiter: Wir werden eine neue Ära der Mensch-Roboter-Interaktion erleben, neue smarte Roboter einsetzen, die kognitive Fähigkeiten besitzen und aus dem Wahrgenommenen konkrete Handlungsschritte für einen weitgehend autonomen Betrieb ableiten. Die Künstliche Intelligenz wird diesen Entwicklungsweg auf vielfältige Weise begleiten und beschleunigen.