Fortschrittliche Robotik: Industrielle Fertigung für mehr Flexibilität transformieren

Rahav Madvil und Noam Ribon, Siemens, untersuchen den Aufstieg fortschrittlicher Robotik in der industriellen Fertigung.

Individualisierung und Flexibilität sind derzeit die heißesten Schlagworte in der industriellen Fertigung. Kunden wollen etwas, das genau für sie gemacht ist – personalisiertes Aftershave mit ihrem Namen auf der Flasche, Fahrzeug mit genau den Features, die sie brauchen, neues Handy mit neuester 5G-Radioantenne. Diese Individualisierung führt zu einem Schluss: Fertigung bewegt sich Richtung High-Mix-Produktion – Millionen unterschiedlicher Produkte in sehr kleinen Losgrößen.

Gleichzeitig sind viele heutige Produkte zu komplex für etablierte Automatisierungstechnologien allein – Hersteller müssen traditionelle Robotik mit manueller Montage durch menschliche Arbeitskräfte ergänzen. Menschen werden für ihre Fähigkeit geschätzt, Änderungen in Prozessen sehr schnell zu verstehen und zu berücksichtigen. Was wäre, wenn diese Flexibilität in automatisierten Prozessen inkludiert wäre?

Ein flexibles, automatisiertes (sogar autonomes) Produktionssystem ist der Heilige Gral für Hersteller, die wachsende Produktkomplexität meistern und gleichzeitig Anforderungen an größere Individualisierung erfüllen wollen. Die Fähigkeit, Produktion schnell von einem Produkt auf ein anderes umzustellen, wird definierendes Merkmal von Unternehmen auf dem Weg zu Losgröße 1 und hochindividualisierten Produkten von morgen.

Kleine Losgrößen sind an sich kein Problem – aber aktuelle Produktionsprozesse können dies nicht ohne große Investitionen in zunehmend komplexe Infrastruktur einfach bewältigen. Um das Problem exponentieller Investitionen zu vermeiden, das das Problem vielleicht löst, vielleicht nicht, suchen viele Unternehmen nach flexibleren Produktionsansätzen. Wie können Hersteller multiple Produkte effizient mit minimalen Änderungen am Shopfloor zwischen Produkten fertigen?

Fortschrittliche Robotik ist die Antwort – und viele Unternehmen sind bereits auf dem Adoptionspfad.

Die Reise der fortgeschrittenen Robotik

Viele Shopfloors nutzen Förderbandnetze für Transport von Rohmaterial bis Fertigprodukt. Doch diese Netze waren nicht für tausende verschiedene Produkte ausgelegt, die zu ständig wechselnden Orten in Multi-Produkt-Fertigung müssen. Was, wenn sich ein Fördersystem ändern könnte? Wege ändern, um Staus zu vermeiden? Ziele ändern, um Werkstück zur optimalen Bearbeitungsstation zu bringen?

Diese Probleme löst fortgeschrittene Robotik mit Automated Guided Vehicles (AGVs) und Autonomous Mobile Robots (AMRs) in Kombination mit fortschrittlicher Software, Lösungen und Application Development Platform.

Typisches Ziel: Material von Punkt A nach B mit relativer Leichtigkeit liefern. Doch es ist nicht so einfach, AGVs oder AMRs einfach einzuführen. Viel Investitionswert kommt aus Optimierung und Koordination der fortgeschrittenen Robotertechnologien. Erfahrung zeigt: Einführung fortgeschrittener Robotik in Fertigungsprozesse ist eine vierstufige Reise.

Stufe 1: Entrant (Einsteiger)

Fixierte Automatisierungsrobotik oder ähnliche Technologien, die meisten Operationen manuell programmiert. Prozessplanung durch Menschen, ggf. mit Softwareunterstützung, Tasks dann spezifischen Robotern an spezifischen Orten und Zeiten zugewiesen. Funktioniert gut bei hohen Volumina, minimalen Änderungen an Produktionslinien. Da jede Roboteraktion explizit spezifiziert: Roboter muss für Änderungen offline genommen, manuell umprogrammiert werden – beeinträchtigt Produktionszeiten negativ.

Stufe 2: Veterans (Erfahrene) – Häufigste Stufe heute

Nutzung des Digitalen Zwillings für komplette Systemvalidierung und Aufbau Steueralgorithmen für gesamte Produktionslinie. Digitale Zwilling-Simulation der gesamten Anlage liefert tiefe Einblicke für spätere Stufen. Signifikante Produktivitätssteigerungen durch gleichzeitiges Update mehrerer Roboter auf derselben SPS – reduziert Stillstandzeiten.

Stufe 3: Pioneer (Pioniere)

Automatisierung weiterer Produktionsprozesse. Aufbauend auf Digital Twin Insights, ergänzt durch IoT-Sensor-Feedback, kann aufgabenbasierte Programmierung für Roboter im gesamten Werk implementiert werden. Drastisch reduzierte Programmierzeit für Design- oder Prozessänderungen. Einfache Befehle justieren Roboter automatisch basierend auf Closed-Loop-Kalibrierung zwischen physischer Umgebung und Digital Twin.

Stufe 4: Visionary (Visionäre) – Optimaler Punkt für AGVs/AMRs

Fortgeschrittene Robotik-Initiativen werden hochautonom – nahezu vollständige Roboterautonomie. AGVs und AMRs werden hochwirksam, ersetzen statische Förderbänder und lineare Prozesspfade durch fortschrittliche mobile Robotik. Produktionsänderungen fast so einfach wie Eingabe: Stückzahl und Variantenanzahl. System bestimmt optimalen Pfad zur Fertigung des gewünschten Lots.

Software bestimmt nun: Wie viele Teile aus Lagerraum B? Welche Bearbeitungsstation rampt am schnellsten hoch? Wenn Primärwahl in Wartung: nächste beste Option? Grenzen enden nicht an Werkmauern. Vorteile erstrecken sich auf Lieferanten und Distributoren – effizienteste Arbeitslast für das Werk.

Visionary-Stufe ist optimal für AGV/AMR-Implementierung durch komplette Fabriksimulation. Doch fortgeschrittene Robotik kann in früheren Stufen für einfachere Aufgaben als Produktionsplanung eingesetzt werden. Manche Firmen nutzen AGVs/AMRs als semi-autonome Pick-Wagen im Lager – Roboter folgt und assistiert menschlichem Arbeiter.

Je nach Fabrikbetrieb gibt es nahezu unendliche Optimierungsmöglichkeiten. Deshalb ist Investition in umfassenden Digital Twin so wichtig für diese Reise. Er ermöglicht tiefere Einblicke in Fabrikbetrieb, hilft bei zukunftssicheren Investitionen. Fortgeschrittene Robotik ist Teil von Siemens Xcelerator Portfolio – Software, Lösungen, Application Development Platform, wo heute auf morgen trifft für industrielle Fertigung.

Von: Rahav Madvil, Simulation Product Manager für Siemens Digital Industries Software, und Noam Ribon, Senior Business Consultant bei Siemens Digital Industries Software.