Advanced Robotics 101: Fertigungseffizienz & Innovation steigern

Manufacturing Global taucht tief in die Anwendung fortschrittlicher Robotik in der Fertigungsindustrie ein.

Im Vergleich zu konventioneller Robotik bieten „fortgeschrittene Robotik“ Herstellern „überlegene Wahrnehmung, Integrierbarkeit, Anpassungsfähigkeit und Mobilität. Diese Verbesserungen ermöglichen schnelleres Setup, Inbetriebnahme und Rekonfiguration sowie effizientere und stabilere Abläufe“, erklärt BCG.

Hersteller, die „Factory of the Future“- und „Industrie 4.0“-Strategien umsetzen, setzen fortgeschrittene Robotik als wesentlichen Teil fortgeschrittener Automatisierung ein. Nutzer profitieren von verbesserten Werksstrukturen und -prozessen, steigender Produktivität und Flexibilität in der Fabrik und entlang der Lieferkette. „Analysen zeigen: Fortgeschrittene Roboter können Umrüstkosten um bis zu 15 % senken, und die Kombination mit anderen Technologien, Prozesserweiterungen und strukturellen Layoutänderungen kann Einsparungen von bis zu 40 % erzielen“, so BCG.

Was macht Robotik-Technologie „fortgeschritten“?

BCG definiert fortgeschrittene Automatisierung als „dezentrale Intelligenz, die Geräten und Anlagen erlaubt, Entscheidungen zu treffen und autonom zu handeln, ohne menschliches Eingreifen.“ Die Technologie besteht aus vier Kernelementen:

1. Ganzheitliche Datenmodelle (Digitale Zwillinge): Digitale Repräsentation von Produkten und Produktionssystemen. „Produktionsanlagen (wie fortgeschrittene Roboter) können auf die Modelle zugreifen, um z. B. den erforderlichen Pfad ad-hoc zu planen.“
2. Cloud-Edge-Infrastruktur: Verlagert Rechenleistung und Speicher an die Ränder des Produktionsnetzwerks, verbindet IT und OT. „Ermöglicht Datensammlung und Transfer zu Cloud-Services zur Verarbeitung. Zudem erlaubt es Shopfloor-Prozessen, sich autonom an Umgebungsänderungen anzupassen.“
3. Datenverarbeitungstechnologien: Wandeln Daten variierender Größe, Art und Geschwindigkeit in sinnvolle Information um. „Jüngste Fortschritte ermöglichen kontinuierliche Prozessoptimierung (z. B. Pfadplanung).“
4. Workflow-Kontrollsystem: Synchronisiert alle Aufgaben, die Menschen oder Anlagen ausführen. „Effizientes Management des gesamten Workflows erfordert digitale Vernetzung/Integration von Maschinen und menschlichen Arbeitern. Konfigurationen werden sich von zentralisierten zu dezentralisierten Architekturen entwickeln.“

Warum sollten Hersteller fortgeschrittene Robotik adoptieren?

Mit einem aktuellen Marktwert fortgeschrittener Robotik in der Fertigung von 16,6 Mrd. US$ (2020), erwartet auf 18,6 Mrd. US$ (2021) steigend, ist klar: Digitalisierung der Abläufe schafft Wert für globale Hersteller.

Vorteile der Adoption fortgeschrittener Robotik in der Fertigung:

• Wahrnehmung: Fortgeschrittene Roboter nutzen NLP, Computer Vision, Sensoren für verbesserte Autonomie, Geschicklichkeit, Präzision – ermöglichen komplexere Aufgaben.
• Integrierbarkeit: Service-orientierte Architekturen, verbesserte Konnektivität, Zugriff auf ganzheitliche Datenmodelle, Interface- und Programmierverbesserungen – schnelleres Setup, weniger Lernzeit.
• Anpassungsfähigkeit: Fortgeschrittene Datenverarbeitung und Cloud-Services lassen Roboter lernen und sich autonom an Umgebungen anpassen, um Workflows zu verbessern.
• Mobilität: Machine Learning und Computer Vision ermöglichen autonome Navigation durch Umgebungen.
• Effizienz: Einbindung in komplexe Aufgaben reduziert kostspielige Umrüstzeiten und verbessert Effizienz.
• Produktivität: Erhöhte Flexibilität und Echtzeit-Problemlösung steigern Produktivität.
• Sicherheit: Fortgeschrittene Sensoren und Low-Latency-Kommunikation verbessern Sicherheit durch besseres Umgebungsverständnis und Anpassungs-/Reaktionsfähigkeit.
• Qualität: Netzwerk-geteilte Daten reduzieren Silos, erleichtern Qualitätsproblemerkennung und Root-Cause-Analyse.
• Agilität: Unabhängige Anpassung ermöglicht agilere Produktionsabläufe ohne zeitaufwändige Vorbereitung.

Adoptionsherausforderungen überwinden

„Aus meiner Sicht ist Kommunikation die zentrale Herausforderung – sowohl auf dem Shopfloor als auch zwischen Shopfloor und verschiedenen IT-Systemen. Auf dem Shopfloor muss Konnektivität einerseits flexibel genug für die Roboterflexibilität sein, andererseits stabil und sicher für industrielle Use Cases. Zukünftige Roboter ziehen Daten direkt aus vielen verschiedenen Datensystemen – das stellt neue Anforderungen an IT-Sicherheit, um Konnektivität nicht für neue Bedrohungen zu öffnen.

Drahtlose Konnektivität ist der Schlüssel für Shopfloor-Kommunikation, um nötige Flexibilität zu bieten. Ich sehe 5G als perfekte Kombination aus Flexibilität, Stabilität und Sicherheit. Beim IT-Sicherheitsteil: Wichtig, nicht das bestehende Büronetz in die Fabrik zu erweitern, sondern ein separates, für Fabrikbedingungen und -bedürfnisse optimiertes Netzwerk aufzubauen“, sagte Sebastian Elmgren, Portfolio Manager für Smart Manufacturing bei Ericsson.

Der Wert fortgeschrittener Robotik und ihre Rolle in der vernetzten Factory of the Future

Da die meisten Hersteller die bedeutende Rolle fortgeschrittener Robotik in der Factory of the Future erkennen, werden viele Funktionalitätstypen – Multi-Speed-Nutzung, mobile Anwendungen, robotergestütztes Kitting – zunehmend wichtig. Laut BCG: „Ca. 70 % der Umfrageteilnehmer beschreiben diese Funktionalitäten als sehr relevant für ihre zukünftige Produktion.“

Mit Potenzial, Fabrikprozesse zu transformieren, glauben Hersteller, dass fortgeschrittene Robotik das notwendige Werkzeug sein wird, um wachsende Komplexitäten in der Branche zu adressieren. „Fortgeschrittene Robotik bringt Flexibilität in automatisierte Prozesse und ermöglicht Automatisierung von zuvor nicht Automatisierbarem – öffnet Tür für Mass Customization“, sagt Sebastian Elmgren, Portfolio Manager für Smart Manufacturing bei Ericsson.

Ergänzend: „Ich sehe, dass fortgeschrittene Robotik generischere Fabriken [in der Zukunft] öffnet. Mit vollem Potenzial könnte eine Fabrik fast jedes Produkt herstellen. Das entfernt den Bedarf an produktspezifischen Fabriken, verlagert Produktion näher zum Kunden, verkürzt Logistikketten. Es senkt auch die Einstiegshürde für neue Unternehmen – Production as a Service statt großer Investitionen in dedizierte Produktionsmittel.“

Mit 52 % der Hersteller, die erwarten, dass fortgeschrittene Robotik „bis 2025 zu einem der wichtigsten Produktivitätstreiber wird“, finden sich aktuelle Anwendungen vor allem in Produktion, Logistik, Qualität und Instandhaltung. „70 % erwarten, dass fortgeschrittene Robotik bis 2025 in Produktion und Logistik ein sehr wichtiger Produktivitätstreiber wird. Signifikante Produktivitätsgewinne werden auch in Qualität und Instandhaltung erwartet“, so BCG.

Best Practices für die Zukunft der Robotik-Adoption

Bei der Adoption fortgeschrittener Robotik in einer Organisation erklärt BCG: „Es geht über Kapitalinvestitionen hinaus“ – es beeinflusst viele Aspekte des Geschäftsmodells eines Fertigungsunternehmens.

„Um den vollen Entscheidungsumfang abzudecken, muss ein Unternehmen ein ganzheitliches Zielbild der Factory of the Future entwickeln. Diese Vision sollte die Implementierung mehrerer Automatisierungstechnologien einschließlich fortgeschrittener Robotik umfassen“, kommentiert BCG.

Für erfolgreiche Adoption müssen Hersteller nicht nur Mengen, Losgrößen, Produktvarianten, Werkslayout und -prozesse identifizieren, sondern auch den Geschäftskontext und Implikationen der Technologieimplementierung berücksichtigen – um einen klaren, ganzheitlichen Implementierungsfahrplan zu erstellen.

Hersteller sollten auch organisatorische Kompetenzen aufbauen, Systemarchitektur designen, Pilotprojekte testen und kollaborieren, um erfolgreiche Lösungen in der Pilotphase rasch zu skalieren.

Mythen entlarvt: Top 3 Missverständnisse über fortgeschrittene Robotik

(Sebastian Elmgren, Portfolio Manager für Smart Manufacturing bei Ericsson)

1. Fortgeschrittene Robotik zu bestehenden Prozessen hinzuzufügen, gibt alle Vorteile.

Nein, Sie müssen neue Arbeitsweisen finden, um alle Vorteile zu nutzen.

2. Es geht nur um die Roboter.

Nein, Sie müssen das ganze System denken.

3. Es ist etwas für die Zukunft.

Nein, die Technologie ist heute da, um sie zu nutzen – Sie sollten nicht warten.