Robotik-Trends 2022: Innovative Automatisierungsstrategien für Hersteller

Mit dem Ende von 2021 inspirieren sich rasch wandelnde Technologie, Verbraucheranforderungen und Wettbewerbsdruck weiterhin zur Implementierung kreativer operativer Strategien. Infolgedessen werden immer erschwinglichere, aber hochflexible Roboter auf Produktionsflächen implementiert, um Lieferkettenherausforderungen, Fachkräftemangel, eine beispiellose Pandemie und allgemeine Marktschwankungen effektiv zu bewältigen. Mit diesem Hintergrund sind hier einige Trends und Innovationen, die clevere Hersteller bei der Planung für ein erfolgreiches 2022 und darüber hinaus in Betracht ziehen sollten.

Einführung in kleinen Betrieben

Die Fähigkeit, hochwertige Produkte mit minimalem Aufwand herzustellen, ist ein Muss, um in der heutigen Industrielandschaft wettbewerbsfähig zu bleiben. Da Automatisierungskosten sinken und die Benutzerfreundlichkeit zunimmt, veranlasst dies eine stetig wachsende Anzahl kleiner bis mittelgroßer Hersteller, Roboter in ihre Werkstätten zu integrieren. Roboterverfügbarkeit wird nun als Asset gesehen, das potenziellen Kunden versichert, dass Erwartungen an termingerechte Lieferung und Produktqualität erfüllt werden können.
Einfach zu bedienende kollaborative Roboter (Cobots) mit präziser Handführung für schnelle Inbetriebnahme oder bedarfsgerechte Umrüstung sind hochattraktiv und füllen die Lücke für High-Mix, Low-Volume-Produktion. Ideal für Lichtbogenschweißen, Plasmaschneiden, Maschinenbedienung, Leichtmontage und Palettieren – Cobots, die mit oder in unmittelbarer Nähe zu Menschen arbeiten können, adressieren eine Handvoll Anliegen wie Arbeiterverfügbarkeit, Mitarbeitersicherheit, betriebliche Effizienz und Produktqualität.
Roboter wie der sechsechsige HC10XP Cobot mit integrierter, sicherheitszertifizierter Kraft- und Leistungsbegrenzung (PFL) können manuelles Schweißen einfach ergänzen oder in einer Fabrikumgebung zu großen, schweren Werkstücken gerollt werden. Dies bietet nicht nur die benötigte Schweißkapazität für kleinere Betriebe, sondern maximiert auch den Platzbedarf in beengten Umgebungen. Auch beim Einsparen wertvoller Fläche sind Cobots mit höherer Traglast adept, wie der HC20XP mit 20 kg Traglast. Mit einem passenden Riser ist dieser IP67-zertifizierte Cobot in der Lage, eine 40×48-Zoll-Palette (bis 80 Zoll hoch) ohne Aufzug zu be- oder entladen – was größere Vielseitigkeit für besseren ROI bietet.
„Kompakte Arbeitszellen wie die ArcWorld® 50 und LC-Serie werden auch genutzt, um die Produktion für kleine bis mittlere Bauteilschweißungen in Job-Shop-Umgebungen zu skalieren“, sagt Josh Leath, Sr. Product Manager bei Yaskawa Motoman. „Erhältlich in Einzel- oder Dual-Arbeitsplatzausführung ermöglichen platzsparende Schweißlösungen wie diese schnelle und einfache Installation oder Umstellung bei sehr kurzer Amortisation.“

Offline-Roboterprogrammierung

Belegschaftsdemografie und Markttreiber verändern weiterhin die Art, wie Hersteller Roboterintegration und -programmierung angehen – so sehr, dass eine Benutzerfreundlichkeitsrevolution ausgelöst wurde. Intuitive Programmieroptionen – einschließlich Offline-Programmierung (OLP) – sind ein Muss, um einen hohen Grad an Betriebsbereitschaft zu ermöglichen, besonders für Betriebe, die sich keine Produktionsunterbrechung leisten können, während ein Roboterprogramm Punkt für Punkt vom Teach Pendant erstellt wird.
Mithilfe einer 3D-Darstellung einer Roboterarbeitszelle, die visuell einen Roboter entlang eines programmierten Pfads zeigt, bietet OLP sowohl erfahrenen als auch unerfahrenen Programmierern die Möglichkeit, ein Roboterprogramm oder einen Job von einer PC-basierten virtuellen Umgebung aus zu entwerfen, zu testen und anzupassen. Mit hilfreichen Funktionen wie Kollisionserkennung, 3D-PDFs, Förderbandverfolgung, Cam Path und mehr ist Yaskawas MotoSim® eine benutzerfreundliche, kosteneffektive Software, ideal für Programmierung und Reichweitenstudien. Andere Drittanbieter-Optionen bieten robuste Funktionalität, die es Aufgabenexperten ermöglicht, Roboter schnell und einfach zu programmieren. Robotmaster®, OCTOPUZ® und Delfoi bieten umfassende Softwarelösungen für diverse Anwendungen, einschließlich komplexer Programmierung für robotergestützte Schweißsysteme. Bezüglich letzterem kann Delfoi 90 % der Programmierzeit gegenüber Teach-Pendant-Programmierung einsparen – ein extrem schneller Weg, Programme für komplexe Konfigurationen wie Mehrarm-Arbeitszellen präzise zu erstellen.

Innovative Programmiermethoden

Die Roboterprogrammierlandschaft ist gespickt mit nicht-traditionellen Programmierideen – viele davon ermöglichen extrem schnelle und einfache Implementierung von Robotersystemen.
Präzise Handführung
Erwartet wird ein Wachstum um 40 % in den nächsten sechs Jahren¹. Einfach zu bedienende kollaborative Roboter helfen, neue und hochrelevante Anwendungen zum Leben zu erwecken. Präzise Handführung ist ein Schlüsselaspekt dieses Trends und die ideale Lösung für Unternehmen, die ein hochgradig vielseitiges, benutzerfreundliches Robotersystem integrieren möchten.
Alternativ nutzen Unternehmen wie Wandelbots intelligente Sensortechnologie, die die Bewegungen eines Bedieners modellieren kann und es dem Nutzer erlaubt, einen Roboterpfad mit einem Stift zu lehren, statt den Arm zu greifen. Dieser extrem einfache, Low-Code- und kosteneffektive Ansatz ist im Durchschnitt 20-mal schneller als traditionelle Programmierung für ausgewählte Anwendungen.
Intuitive Pendant-Applikationen
Intuitive, smartphone-ähnliche Teach Pendants werden heute alltäglich. Damit einher geht die wachsende Nutzung von Pendant- und Erweiterungsapplikationen für benutzerfreundliche, aber leistungsstarke Anwendungsfunktionalität.
Yaskawas intuitives Smart Pendant – das die Art und Weise, wie ein Roboter programmiert wird, radikal verändert – bietet nun robuste Fähigkeit, schnell Jobs zur Teilehandhabung in einem spezifischen Muster zu generieren. Bekannt als Smart Pattern, bietet diese Smart Pendant-Erweiterung eine grafische Oberfläche, die gängige Aufgaben wie Maschinenbe- und -entladung, Stapelung oder Entstapelung sowie Kistenpacken unterstützt.
Für Cobot-Schweißen und traditionelles Roboterschweißen gleichermaßen durchdringen intuitive Teach-Pendant-Applikationen wie Yaskawas Universal Weldcom Interface (UWI) historische Programmierbarrieren. Von regionalen Unterschieden bei der Speicherung von Schweißeinstellungen bis hin zu variierendem Schutzgaseinsatz, zusammen mit fortschrittlicher Stromquellentechnologie und dem Wachstum neuer Schweißverfahren – die UWI war Herstellern, die einfache Kontrolle über jeden Schweißprozess oder -parameter suchen, äußerst hilfreich. Dies umfasst Spannung, Stromstärke und Drahtvorschubgeschwindigkeit.
Low-Code und No-Code Programmierung
Tools wie UWI ergänzen auch jüngste Softwareinnovationen für Low-Code und No-Code Programmierung. Nutzer können nun flexible Entwicklungsplattformen und Applikationsmodule nutzen, um eine App oder ein Robotersystem ohne eine einzige Codezeile zu programmieren.
Andere Unternehmen wie Path Robotics entwickeln state-of-the-art künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und Computer-Vision-Systeme, um Industrieroboter intelligenter zu machen. Mit initialem Fokus auf Schweißanwendungen entfernt Path die Programmiergleichung vollständig mit einem proprietären Vision- und Wahrnehmungssystem, das erkennt, wo sich ein Teil im Raum befindet, und dann den Roboterpfad und Schweißparameter in Echtzeit anpasst. Mit fortschreitenden Sensor- und Verarbeitungsverbesserungen wird auch die Performance und Adoption intelligenter Roboterinstallationen zunehmen.
Cross-Plattform Roboterautomatisierung
READY Robotics hat ein enterprise-grade Betriebssystem für Cross-Plattform-Roboterautomatisierung geschaffen und damit ein neues Paradigma benutzerfreundlicher Automatisierung erschlossen. Nicht nur ermöglicht dies nahezu jedem, praktisch jeden Roboter zu programmieren (Yaskawa-Roboter eingeschlossen), sondern macht Automatisierung auch zugänglicher denn je mit grafikbasierter Ikonen-Programmierung, die keine spezifische Coding-Expertise erfordert.
Robot Operating System (ROS)
Abrundend der Programmiermethoden, die im neuen Jahr zu beobachten sind, ist die Evolution des Robot Operating System (ROS). Eine wachsende Sammlung von Middleware, die auf Betriebssystemen wie Linux, Java und Microsoft Windows® IoT Enterprise läuft, ist ROS ein kostenloses Open-Source-Repository aus State-of-the-Art-Algorithmen, Software, Funktionen, Treibern und mehr, unterstützt von Open Robotics unter ros.org.
ROS einen Schritt weitergehend, fokussiert ROS-Industrial® (ROS-I) spezifisch auf die fortgeschrittenen Fähigkeiten, die ROS für Industrieroboter bieten kann. Von manchen als der Klebstoff angesehen, der fortschrittliche Technologie zusammenhält, hilft diese Zusammenstellung funktionsreicher Tools Robotherstellern, Komponentenlieferanten, Systemintegratoren und Endanwendern, eine Vielzahl komplexer Anwendungen zu verbessern – wie 2D/3D-Bildverarbeitung oder Kraftregelung zur Echtzeit-Roboterpfadsteuerung statt vorprogrammierter Pfade.Ein Bedarf an größerer Fähigkeit, adaptive Funktionsmodifikationen an traditionellen Industrieroboteranwendungen für High-Mix, Low-Volume-Aufgaben vorzunehmen, führte dazu, dass Yaskawa mit dem ROS-Industrial Consortium (RIC) Americas einen robusten Kommunikationstreiber entwickelte, der Herstellern und Forschern die Option bietet, Add-ons zu erstellen und Wahrnehmungssensoren zu integrieren. Hochvorteilhaft, um einen Roboter zeit- und kosteneffizient für diverse unstrukturierte Umgebungsanwendungen kompatibel zu machen, bietet Yaskawa die Möglichkeit, diese Technologie mit ihren Robotern zu nutzen – da alle aktuellen Generationen von Yaskawa-Robotern ROS-fähig sind und modifiziert werden können, um Funktionalität für anspruchsvollere Aufgaben zu erweitern.

Optimierte Maschinenvision

Wie erwähnt, ermöglichen kosteneffektive Vision-Verbesserungen eine breitere Anwendungspalette. Vision-basierte Systeme wie Veo Robotics' FreeMove® revolutionieren die Art, wie Produkte hergestellt werden können, indem sie Maschinen reaktionsfähiger auf Menschen machen – gipfelnd in dynamischen Sicherheitssystemen mit minimalem Schutz. Das FreeMove-System projiziert alle möglichen zukünftigen Positionen der Objekte in seiner Umgebung, berechnet dynamisch schützende Trennungsdistanzen und signalisiert dem Roboter, bei Bedarf für Arbeitssicherheit zu verlangsamen oder anzuhalten.
Nicht nur bieten Systeme wie diese die Option, menschliche Arbeiter in die Produktionsgleichung einzubeziehen, sondern Roboter mit dieser Technologie können Herstellern auch helfen, sich besser an Mass Customization, kürzere Produktionsläufe und verschärfte Qualitätsanforderungen anzupassen – was langfristig kosteneffektiver ist. Vision geht über das Finden oder Prüfen von Teilen hinaus, sondern wird genutzt, um Prozesse wie additive Fertigung oder Schweißpfadplanung mit Robotik zu perfektionieren.
„Roboter-Vision wird auch auf eine wachsende Anzahl von Prüfaufgaben angewendet“, sagt Chris Caldwell, Product Manager bei Yaskawa Motoman. „Gemeinsam schneller und zuverlässiger als Menschen wird robotergestützte Inspektion für Hersteller, die Produktqualität und Durchsatz verbessern wollen, extrem wichtig.“ Um Ausschuss zu reduzieren, gute Teile zu maximieren und die Gesamtanlageneffektivität zu optimieren, werden flexible Roboter-Modelle – einschließlich kollaborativer Roboter – in Arbeitszellen integriert, um Oberflächenqualität, Schweißintegrität oder Teilegeometrie sicherzustellen. Die kombinierte Nutzung von Robotern und intelligenten Peripheriegeräten wie fortschrittlichen Vision-Systemen, robusten Netzteilen, intuitiver Sound-Analytik, Schweißinspektionssystemen und mehr kann eine Fülle von Daten für fundierte Produktionsentscheidungen liefern.

Integriertes Asset Management

Die enorme Datenmenge vernetzter Geräte wird am besten mit Edge-Server-Lösungen erfasst, wie Yaskawa Cockpit™, die eine führende OPC-UA- oder andere Datenerfassungsschnittstelle nutzen. Asset-Management-Systeme wie diese können umfassende Einblicke für Hersteller liefern, die einen Wettbewerbsvorteil suchen. Nehmen Sie Schweißqualität als Beispiel. Ob für ein hausinternes Teil oder zur Prüfung der Qualität von Teilen, die aus einem anderen Teil der Lieferkette eingebracht werden – der Einsatz von Robotern in Verbindung mit dieser Art multipler Datenquellen-Konnektivität kann positive Auswirkungen haben.

Dies bringt anhaltende Lieferkettenbedenken ins Spiel, die weiterhin im Fokus der Hersteller stehen. Die Ermöglichung von Arbeitssicherheit und die Fähigkeit, vernetzte Fabrikgeräte remote zu überwachen und zu verwalten, lassen Asset-Management-Lösungen an Bedeutung gewinnen. Ein integrierter, intelligenter und innovativer Ansatz zur Datenanalyse ermöglicht Tools wie diese, Entscheidungsträgern aktuelle und historische Produktionsvolumina sowie den Betriebsstatus jedes vernetzten Geräts (einschließlich Roboter) in Echtzeit anzuzeigen. Nicht nur hilft dies Herstellern, fundierte Entscheidungen zur Erhaltung der Geräteleistung zu treffen, sondern gibt auch die Möglichkeit, operative Ziele von praktisch überall effizient umzusetzen.

Technologiegetriebene industrielle Zukunft

Vorwärts in 2022 werden technologische Fortschritte weiterhin Marktanforderungen und nachfolgende Roboterinnovationen antreiben, während Anforderungen an Komponenten und verpackte Konsumgüter immer engere Toleranzen haben werden. Da der Fehlertoleranzbereich in den Nano-Bereich zu rücken scheint, wird die Wiederholgenauigkeit von Robotern zu zusätzlicher Automatisierung führen – besonders dort, wo Elektronik, Elektrofahrzeuge, Medizintechnik und mehr betroffen sind. Insgesamt werden Hersteller, die operative Strategien umsetzen, die neue Technologien einschließlich Roboterautomatisierung umarmen, am ehesten in der Lage sein, sich schnell an Marktbedingungen für anhaltenden Erfolg anzupassen.
¹ Collaborative Robots Market Size, Share & Covid-19 Impact Analysis, Fortune Business Insights, 2020