Seit ihrer industriellen Einführung 1961 durch den Erfinder George Devol spielen Robotersysteme eine entscheidende Rolle in der modernen Fertigung. Fertigungsroboter, die wiederkehrende, monotone Aufgaben ausführten, nahmen schnell den Platz traditioneller Fließbandarbeiter ein und ermöglichten hochwertige Fertigungsprozesse, die gleichzeitig sicherer, effizienter und konsistenter waren.
Mit der Weiterentwicklung der Hard- und Software für die Fertigungsrobotik wurden komplexe automatisierte Systeme schnell zum Standard für die meisten High-End-Fertigungsprozesse. Und durch den Einzug der künstlichen Intelligenz wurde auch für autonome Roboter in der Fertigungsindustrie ein neues Kapitel aufgeschlagen. Dabei gelten nach wie vor die gleichen Ziele wie bisher: Erhöhung von Prozesssicherheit, Effizienz und Qualität bei gleichzeitiger Begrenzung menschlicher Unzulänglichkeiten in Fertigung und Facility Management.
Die Implementierung autonomer Roboter kann jedoch eine große Herausforderung darstellen und auch mit Risiken verbunden sein. In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile von autonomen Fertigungsrobotern einander gegenübergestellt. Außerdem wird ihr potenzieller Nutzen für das Wachstum von Industrie 4.0 näher untersucht.
Was sind autonome Fertigungsroboter?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsrobotern, die bestimmte wiederkehrende Aktionen ausführen, sind autonome Roboter nicht auf die Wiederholung immer gleicher Arbeitsschritte beschränkt. Stattdessen führen sie Aufgaben mit minimaler menschlicher Interaktion aus und sind in der Lage, die Ausführung an verschiedene Bedingungen anzupassen. Autonome Roboter können sowohl Seite an Seite mit menschlichen Arbeitskräften als auch allein an Fertigungspositionen eingesetzt werden.
In der modernen Fertigung haben autonome Roboter den Menschen noch nicht vollständig ersetzt. Vielmehr haben sie Aufgaben übernommen, die für menschliche Arbeitskräfte zu gefährlich, zu schwierig oder zu eintönig sind. Die gezielte Implementierung autonomer Roboter hat in den jeweiligen Einsatzbereichen bereits zu erheblichen Produktivitätssteigerungen geführt. Aber die autonome Robotik hat noch einen langen Weg bis zur Industrie 4.0 vor sich. Es wird noch eine ganze Weile dauern, bis alle Fertigungspositionen in allen Branchen reine Roboterarbeitsplätze sind.
Die Nachteile autonomer Roboter in der Fertigung
Kapitalkosten
Das größte Hindernis für den Einsatz autonomer Roboter in der Fertigung und in Industrie 4.0-Anwendungen sind die Anschaffungskosten. Neben Materialinvestitionen sind Anpassungen der bestehenden Lieferkette für die Integration autonomer Maschinen sowie Schulungen erforderlich.
Es gibt Anwendungen, z. B. die Lagerbestandsverwaltung, in denen sich autonome Roboter einfacher implementieren lassen und die kostentreibenden Faktoren weniger stark zum Tragen kommen. Für High-End-Anwendungen wie die Automobilherstellung werden hingegen sofort einsatzbereite autonome Roboter benötigt, die eigens für hochspezialisierte Aufgaben entwickelt wurden.
Fachwissen
Die Technik autonomer Roboter ist äußerst anspruchsvoll. Auch wenn Roboter die Menschen in manchen Bereichen entlasten, so erfordert ihre Wartung doch hochqualifizierte Techniker. Die Hardware autonomer Roboter ist mit hochempfindlichen Prozessoren, Sensoren und elektromechanischen Systemen, die auf hohen Durchsatz ausgelegt sind, oft sehr komplex und heikel. Und die Software zur Steuerung der autonomen Roboter ist noch komplizierter. Die KI-Modelle, die die Roboter autonom steuern, müssen in Rechenzentren trainiert werden. Alle Änderungen an den Hardware- und Softwaresystemen müssen von einem speziellen technischen Team mit den erforderlichen Ressourcen vorgenommen werden.
Die Vorteile autonomer Roboter in der Fertigung
Trotz der Hindernisse, die einem Einsatz autonomer Roboter in der Fertigung entgegenstehen, sind die Vorteile für viele Lieferketten unbestritten.
Arbeits- und Auslastungsstabilität
Einer der wichtigsten Vorteile autonomer Roboter besteht darin, dass die Effizienz monotoner Aufgaben steigt und menschliche Arbeitskräfte ihre Fähigkeiten wertschöpfender einsetzen können. Kollaborative Roboter in der Fertigung sind für die Produktivität und die Personalauslastung von entscheidender Bedeutung. Ein Beispiel: Ein autonomer Roboter, der an einem Fließband eingesetzt wird, ist in der Lage, Aufgaben ohne ständige Beaufsichtigung zu erledigen. Eine stichprobenartige Überwachung reicht aus. Die so frei werdenden Kapazitäten menschlicher Arbeitskräfte können für strategische, nicht automatisierbare Aufgaben genutzt werden.
Weniger Fehler
Menschen machen Fehler. Durch richtig trainierte Roboter lässt sich die Anzahl der Fehler im Fertigungsprozess erheblich reduzieren. Sie können feiner auf die jeweiligen Bedingungen reagieren und arbeiten genauer. Anders als bei menschlichen Arbeitskräften wirken sich Ablenkung, Ermüdung, Verletzungen und Pausen nicht negativ auf die Produktivität aus.
Langfristige Kosten
Trotz ihrer extrem hohen Anfangsinvestitionen sind autonome Roboter auf lange Sicht wesentlich kostengünstiger als menschliche Arbeitskräfte. Sie können zur Verringerung der direkten und indirekten Fertigungskosten beitragen. Autonome Roboter arbeiten genauer als Menschen und senken dadurch die direkten Kosten. Sie produzieren weniger Ausschuss und reduzieren so den Materialaufwand und letztlich die Arbeitskosten.
Die typischen Herausforderungen traditioneller Arbeitskräfte wie Gehaltserhöhungen, Inflationskosten, Versicherungen, bezahlter Urlaub usw. entfallen bei autonomen Robotern. Außerdem können autonome Roboter die indirekten Betriebskosten eines Unternehmens verringern, die u. a. für Verbrauchsmaterialien, Energieversorgung, Büroausstattung und Parkplätze anfallen.
Mehr Sicherheit für menschliche Arbeitskräfte
Einer der wertvollsten Aspekte autonomer Fertigungsroboter ist ihr Beitrag zur Erhöhung der menschlichen Sicherheit. Industrielle Automatisierung wird vor allem in Produktionsumgebungen mit hohem Risiko angestrebt, z. B. Metallherstellung, Transportwesen, Lebensmittelverarbeitung, chemische Prozesse und Rohstoffverarbeitung. Wenn sich durch Automatisierung die Risiken und Gefahren für menschliche Arbeitskräfte verringern lassen, treten die Investitionskosten oft in den Hintergrund.
Verbesserte Datenerfassung
Durch die zunehmende Automatisierung und Dokumentation unserer Welt ist die schnelle Umsetzung digitaler Strategien für die Lieferketten unabdingbar. So wird beispielsweise durch die Automatisierung der Prozesse in der Paketbeförderung auch die Dokumentation optimiert. Roboter können Pakete digital verfolgen und so jede Station eines Pakets genau dokumentieren. Gleichzeitig werden optimale betriebliche Lieferketten sichergestellt.
Kosten-Nutzen-Verhältnis von Robotern in der Automobilherstellung
Wie in fast allen Branchen gibt es auch für autonome Roboter in der Fertigung Verbesserungspotenzial. Die Investitionskosten lassen viele Unternehmen zögern, doch die Vorteile autonomer Roboter liegen auf der Hand. Durch die Optimierung von Industrie 4.0-Prozessen und Fertigungslieferketten steigt die Arbeitsproduktivität, die Sicherheit von Arbeitskräften wird erhöht, das Risiko menschlicher Fehler wird begrenzt und die Betriebskosten sinken. Die Fertigung bewegt sich mit schnellen Schritten in Richtung Industrie 4.0, da der Einsatz autonomer Roboter weltweit zunimmt, vergleichbar mit dem Siegeszug der Computer ab der Mitte des 20. Jahrhunderts.
