Einsatz von Robotik in der Automobilindustrie freischalten

Die Roboterrevolution wird seit Jahrzehnten erwartet, ist aber noch nicht eingetroffen. Jedes Jahr kaufen Autohersteller und ihre Zulieferer Tausende von Robotern, eine Zahl, die immer noch weit unter den Prognosen liegt. Roboter werden einfach nicht so weit verbreitet eingesetzt, wie sie sein könnten, aufgrund mehrerer Hindernisse, die viel länger bestehen als erwartet. Diese Hindernisse für die Einführung können letztendlich zu verpassten Gelegenheiten werden, um die Produktionskapazität des Landes zu erhöhen und seine Lieferketten zu verbessern.

Angesichts der Tatsache, dass die Pandemie die Engpässe bei der Verfügbarkeit von Waren verschärft und ein Licht darauf wirft, wie leicht kritische Lieferketten unterbrochen werden können, gab es nie einen besseren Zeitpunkt, um sich auf Technologien und Lösungen zu konzentrieren, die zur Stärkung der inländischen Kapazitäten des Landes beitragen können. Jüngste Exekutivverordnungen zeigen, dass dies ein Schwerpunkt der Biden-Administration sein wird, also ist es jetzt an der Zeit zu handeln.

Adoptionshindernisse

Im Allgemeinen gibt es drei Hindernisse für eine breitere Einführung der Roboterautomatisierung in der Automobilindustrie. Vor allem bleiben die Kosten zu hoch. Die Kosten umfassen nicht nur den Kauf der Roboter selbst, sondern auch mehrere andere erhebliche damit verbundene Kosten. Typische Roboter-Arbeitszellen erfordern eine umfassende technische Koordination. Einfach einen oder mehrere Roboter in einer Arbeitszelle einzusetzen, ist eine kostspielige Aufgabe. Sobald die Arbeitszelle konstruiert ist, müssen die Roboter programmiert werden. Die Roboterprogrammierung ist der Fluch vieler Ingenieure – und der Hersteller, die sie dafür bezahlen müssen. Die hohen Kosten für den Einsatz von Robotik können von niemandem amortisiert werden, der kleine Produktmengen oder Produkte von geringem Wert herstellt, und es hat sich sogar für Lieferanten als schwierig erwiesen, sich eine groß angelegte Einführung zu leisten. Jüngste Erkenntnisse der International Federation of Robotics zeigen, dass durchschnittlich 75 Prozent der Betriebskosten während der Lebensdauer von Industrierobotern auf die Programmierung zurückzuführen sind. Bei jeder Aufgabenänderung muss die Anwendung neu programmiert werden.

Ein zweites Hindernis für die Adoption ist Inflexibilität. Sobald Sie Ihre Arbeitszelle konstruiert und Ihre Roboter programmiert haben, sind Sie fertig – solange Sie Ihre Arbeit in keiner Weise ändern. Jede Änderung – sei es ein neuer Roboter oder eine Variation im Herstellungsprozess – erfordert (mindestens) eine Neuprogrammierung und beginnt höchstwahrscheinlich mit einem Prozess der Neugestaltung und Neuvalidierung der Arbeitszelle, um die Roboterplatzierung zu ändern. Diese Inflexibilität macht die Robotik für jeden unbrauchbar, der eine Vielzahl von Produkten mit kleinen Mengen herstellt.

Die dritte Barriere sind die geringen marginalen Vorteile des Hinzufügens von Robotern zu Arbeitszellen. Einen einzelnen Roboter zu programmieren ist eine Herausforderung; Mehrere Roboter so zu programmieren, dass sie in einem gemeinsamen Raum ohne Kollisionen arbeiten, ist eine außerordentlich schwierige Aufgabe, die monatelange Entwicklungszeit in Anspruch nimmt. Tatsächlich ist die Programmierung mehrerer Roboter so schwierig, dass Ingenieure Vereinfachungen vornehmen, um die Programmierzeit auf Kosten einer stark reduzierten Effizienz zu verkürzen.

Die häufigste Vereinfachung ist die Verwendung von „Interferenzzonen“, die verbieten, dass sich mehr als ein Roboter in einem Raum aufhält, der von mehr als einem Roboter erreicht werden könnte, obwohl sich in der Praxis mehrere Roboter häufig solche Räume ohne Kollision teilen könnten. Durch den Einsatz von Störzonen kommt es nicht selten vor, dass eine Arbeitszelle mit vier Robotern weniger als die doppelte Leistung eines Roboters erreicht. Diese geringe Effizienz von Arbeitszellen mit mehreren Robotern führt zu einem Rückgang des Einsatzes von Robotern, selbst in Unternehmen, die sich diese leisten können.

Wenn wir das Potenzial der Robotik erschließen wollen, müssen wir die Barrieren für die Einführung abbauen. Wir wollen, dass alle in der Automobilbranche die Robotik stärker nutzen können. Da die Kosten für Roboter und die Entwicklungszeit wahrscheinlich nicht sinken werden, sind die wichtigsten Hebel in unserer Kontrolle die Zeit und die Kosten für die Bereitstellung und Programmierung.

Um unsere Ziele zu erreichen, brauchen wir Roboter, die sich an ihre aktuelle Situation anpassen und es ihnen ermöglichen, in relativ unstrukturierten Arbeitszellen zu arbeiten. Die Anpassungsfähigkeit wiederum hängt von zwei Fähigkeiten ab:zuverlässiges Sehen und schnelle Bewegungsplanung:

• Zuverlässiges Sehen – ermöglicht es Robotern, ihre Umgebung zu beobachten und darauf zu reagieren. Demokratisierung erfordert, dass Vision nicht nur zuverlässig, sondern auch relativ kostengünstig ist. Glücklicherweise gibt es viele gute, kostengünstige Optionen für das Sehen, und sie werden immer besser und billiger.
• Bewegungsplanung – der Prozess der Berechnung und Koordination, wie ein Roboter kollisionsfrei von seiner aktuellen Pose in die gewünschte Pose gebracht werden kann – muss schnell genug sein, um sich an dynamische Umgebungen anzupassen, insbesondere für Umgebungen mit Menschen. Die Bewegungsplanungsleistung war in der Vergangenheit für Allzweckanwendungen nicht ausreichend, was zu Robotern führte, die entweder langsam reagieren oder überhaupt ohne Sicht arbeiten (z. B. in einer hochtechnisierten Arbeitszelle, so dass die Roboter niemals reagieren müssen). Jüngste Fortschritte in Wissenschaft und Industrie deuten jedoch darauf hin, dass der Engpass bei der Bewegungsplanung bald fallen wird.

Die Demokratisierung erfordert auch Roboter, die sich schnell programmieren lassen und dennoch eine hohe Leistung erbringen. Derzeit können wir entweder eine hohe Leistung oder erträgliche (aber immer noch lange) Programmierzeiten erreichen, und die Industrie hat sich konsequent für letzteres entschieden. Die einzige Lösung zur Reduzierung der Programmierzeit und Verbesserung der Leistung ist eine stärkere Automatisierung der Programmierung selbst.

Ingenieure zu bitten, über die Bahnen mehrerer Arme nachzudenken, während sie alle ihre Bewegungen choreografieren, ist kein Weg zum Erfolg. Die Automobilindustrie benötigt neue Softwaretools, die den Ingenieuren den größten Teil oder den gesamten Aufwand abnehmen, damit sie einfach die Aufgaben angeben können, die die Roboter ausführen sollen, und die Software die Roboterprogramme generiert. Diese Fortschritte würden die Produktivität jedes Roboterprogrammierers auf die gleiche Weise verbessern, wie die allgemeine (Nicht-Roboter-)Programmierung in einer Hochsprache wie Java oder Python eine weitaus höhere Programmiererproduktivität ermöglicht als die Programmierung in Assemblersprache. Der Schlüssel in beiden Fällen besteht darin, dem Programmierer eine höhere Abstraktionsebene zu bieten und Softwaretools zu verwenden, um diesen einfacher zu schreibenden Code automatisch in das umzuwandeln, was auf der niedrigeren Ebene benötigt wird.

Die Robotikindustrie hat ihr Potenzial im Automobilherstellungssektor und in der Lieferkette noch nicht annähernd ausgeschöpft, aber mit Innovationen in nur wenigen Schlüsselbereichen könnte ein weitaus größerer Wert realisiert werden. Die Demokratisierung der Robotik würde es vielen Automobilunternehmen ermöglichen, zusätzliche Roboter einzuführen und stark davon zu profitieren. Darüber hinaus könnten wir das Wertversprechen erhöhen, indem wir Kosten senken und den Grenznutzen des Hinzufügens von Robotern zu Arbeitszellen verbessern. Das Endergebnis wäre eine große Steigerung der inländischen Produktionskapazität und die Möglichkeit, zuverlässigere inländische Lieferketten zu schaffen, was dazu beitragen würde, das Land besser auf künftige Material- oder Arbeitsunterbrechungen im pandemischen Ausmaß vorzubereiten.