Kollaborativer Roboter: Ideal für die Kleinserienfertigung

Warum kollaborative Roboter die Kleinserienfertigung verändern

Der Wandel hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration in der modernen Produktion

Wir beobachten eine ziemlich große Entwicklung bei diesen kollaborativen Robotern, die oft als Cobots bezeichnet werden. Sie stellen einen bedeutenden Wandel in der Zusammenarbeit zwischen Maschinen und Menschen dar, anstatt diese einfach vollständig zu ersetzen. Herkömmliche Fabrikroboter benötigen jene Sicherheitszäune um sich herum, aber Cobots sind anders. Diese neueren Modelle verfügen tatsächlich über Funktionen wie LiDAR-Sensoren, fortschrittliche 3D-Sehsysteme und Kraftdetektionstechnologie, die es ihnen ermöglichen, direkt neben Menschen zu arbeiten, ohne Schaden anzurichten. Für viele Fertigungsprozesse bedeutet dies, dass sie langweilige, repetitive Aufgaben wie das Bewegen von Teilen zwischen Stationen oder das Be- und Entladen von Maschinen übernehmen können. Gleichzeitig können menschliche Mitarbeiter sich auf die Überprüfung der Produktqualität konzentrieren und wichtige Entscheidungen treffen, wo Urteilsvermögen gefragt ist. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht von Future Market Insights ergab, dass fast die Hälfte (rund 42 %) der kleinen und mittleren Unternehmen sich statt für ältere Automatisierungsmethoden für Cobots entscheiden, da diese weniger Platz beanspruchen, sich schnell installieren lassen und es den Unternehmen ermöglichen, ihre bestehenden Werkstattflächen besser zu nutzen.

Wie kollaborative Roboter Flexibilität und Reaktionsfähigkeit verbessern

Kollaborative Roboter überzeugen besonders dort, wo sich Abläufe schnell ändern müssen. Aufgrund ihres modularen Aufbaus sowie der benutzerfreundlichen Programmiersysteme können sie innerhalb von weniger als zwei Stunden von Verpackungsbereichen zu Fertigungsstraßen oder Qualitätsprüfungen verlegt werden. Das ist etwa 90 Prozent schneller im Vergleich zur Umrüstung herkömmlicher automatisierter Systeme. In realen Fabriken, die diese Cobots einsetzen, berichten die meisten Unternehmen, auf Produktänderungen 30 bis 50 Prozent schneller reagieren zu können. Dies macht einen entscheidenden Unterschied bei der Herstellung spezialisierter Bauteile oder bei kurzen Serien von Sondereditionen. Außerdem gibt es mobile Versionen, die Materialien genau zum richtigen Zeitpunkt dorthin bringen, wo sie benötigt werden. Kein erneutes Zerlegen von Förderbändern und wochenlange, kostspielige Umbauten mehr.

Zunehmende Akzeptanz kollaborativer Roboter in KMU

Kleine und mittlere Unternehmen setzen aktuell stark auf kollaborative Roboter. Auch die Zahlen erzählen eine interessante Geschichte – die Einfallsrate bei KMU hat sich seit Anfang 2022 tatsächlich dreimal so schnell entwickelt wie in großen Konzernen. Laut aktuellen Branchendaten aus dem Jahr 2024 arbeiten bereits rund zwei Drittel der Produktionsbetriebe mit weniger als 500 Mitarbeitern mit Cobots bei Serien unter 1.000 Stück. Warum? Diese Unternehmen schätzen, dass sie keine teuren Sicherheitskäfige mehr benötigen, ihr Geld bereits nach etwas über einem Jahr zurückerhalten und ihre Mitarbeiter zufriedener sind, da gefährliche Aufgaben von den Maschinen übernommen werden. Ein Beleg dafür ist die Entwicklung in Spaniens Automobilindustrie. Werkstätten dort, die Cobot-Technologie eingeführt haben, verzeichneten nahezu eine Verdopplung der Ausbringungsmenge bei kleinen Serien, während gleichzeitig die Arbeitsunfälle um fast vier Fünftel sanken. Ziemlich beeindruckend, wenn man darüber nachdenkt.

Wesentliche Vorteile kollaborativer Roboter in der maßgeschneiderten, kleinvolumigen Produktion

Steigende Nachfrage nach High-Mix, Low-Volume-Fertigung bedienen

Kollaborative Roboter zeichnen sich besonders aus, wenn mehr als 15 verschiedene Produkte in jeder Produktionscharge hergestellt werden – ein Umstand, der laut einer McKinsey-Studie aus dem vergangenen Jahr etwa zwei Drittel der Kleinserienfertiger betrifft. Diese Maschinen können überraschend schnell zwischen der Fertigung von Teilen für Automobile und medizinische Geräte wechseln, manchmal innerhalb weniger Stunden. Herkömmliche Fertigungsanlagen benötigen oft Wochen, um sie für neue Aufgaben neu zu programmieren, während Cobots mit einfachen visuellen Programmierwerkzeugen ausgestattet sind, die die Rüstzeiten erheblich verkürzen. Einige Fabriken berichten laut Automation World aus diesem Jahr von Einsparungen zwischen 40 und 60 Prozent ihrer bisherigen Rüstzeiten dank dieser intuitiven Schnittstellen.

Umrüsthare Arbeitsabläufe, die Ausfallzeiten minimieren

Moderne Cobot-Zellen integrieren modulare Werkzeugwechsler und unterstützen 15+ Endeffektor-Konfigurationen , wodurch dedizierte Linien für jede Aufgabe entfallen. Ein kürzlich durchgeführter Branchenvergleich ergab, dass Anlagen mit kollaborativen Robotern eine Auslastung von 92 % erreichen, im Vergleich zu 61 % in Anlagen mit fester Automatisierung. Diese Effizienz ist entscheidend bei der Abwicklung unterschiedlicher Aufträge wie:

• 50 Stück Luftfahrt-Befestigungswinkel
• 200 kundenspezifische Gehäuse für IoT-Sensoren
• 75 Prototypen medizinischer Implantate

Schnelle Produktwechsel durch flexible Cobot-Zellen

Führende Zulieferer der Automobilindustrie, die Cobots einsetzen, berichten von 24-minütigen Rüstzeiten zwischen Produktfamilien – 83 % schneller als herkömmliche Automatisierung (AMFG 2024). Diese Geschwindigkeit resultiert aus der leichten Bauweise (15–35 kg Traglast) und positionsbestimmung mittels Bildverarbeitung, die sich automatisch an neue Spannvorrichtungsanordnungen anpasst.

Fallstudie: Elektronikmontagelinie mit agiler Cobot-Integration

Ein Hersteller im mittleren Westen der USA reduzierte die Durchlaufzeiten für militärtaugliche Steckverbinder von 14 Tagen auf 36 Stunden durch den Einsatz von Cobots. Das System kombiniert:

• Kraftbegrenzte UR10e-Arme für die Handhabung empfindlicher Komponenten
• Modulare EOAT-Racks mit 12 spezialisierten Greifern
• Echtzeit-MES-Integration zur Auftragspriorisierung
  Diese Konfiguration erreichte eine Erstversuch-Ausbeute von 99,4 % und bewältigte wöchentliche Losgrößen zwischen 25 und 300 Einheiten.

Integration von kollaborativen Robotern in bestehende Fertigungssysteme

Hersteller, die gute Renditen auf ihre Investitionen erzielen möchten, ohne den täglichen Betrieb zu stören, müssen die Fähigkeiten kollaborativer Roboter mit dem abstimmen, was bereits auf der Produktionsfläche geschieht. Laut einer im vergangenen Jahr veröffentlichten Studie integrieren Unternehmen, die ihre Aufgaben sorgfältig analysieren, bevor sie diese Roboter installieren, diese 37 Prozent schneller als Betriebe, die sie einfach einsetzen und schauen, was passiert. Beginnen Sie damit, alle langweiligen, wiederholbaren Tätigkeiten wie das Anziehen von Schrauben oder das Sortieren von Bauteilen zu identifizieren, bei denen diese Cobots übernehmen können, um die Ermüdung der Mitarbeiter zu verringern und gleichzeitig die extrem enge Toleranz von plus/minus 0,1 Millimetern einzuhalten, die laut Automation World aus dem Jahr 2023 für die Montage elektronischer Geräte Standard ist. Bei der Erprobung ist es sinnvoll, zunächst separate Cobot-Arbeitsstationen einzurichten, um zu testen, wie gut sie während regulärer Schichten das Beschicken von Maschinen bewältigen, bevor sie gleichzeitig in mehreren verschiedenen Produktionsbereichen eingesetzt werden.

Bewertung von Aufgaben, die für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Cobots geeignet sind

Konzentration auf häufige, wenig variable Aufgaben, bei denen Cobots die menschliche Entscheidungsfindung ergänzen. Häufige Anwendungsfälle sind das Be- und Entladen von CNC-Maschinen (genutzt von 72 % der frühen Anwender) sowie visuell gesteuerte Inspektionen, die eine Genauigkeit unter 0,5 mm erfordern.

Klare Rollenabgrenzung zwischen Bedienern und kollaborativen Robotern

Anwendung einer rollenbasierten Aufteilung: Bediener übernehmen komplexe Werkzeugwechsel, während Cobots wiederholende Schweißarbeiten oder Klebstoffauftrag durchführen. Einrichtungen, die dieses Modell nutzen, berichten von 22 % weniger Produktionsfehlern (Robotics Business Review 2023).

Klein anfangen: Pilotprojekte zur sicheren Skalierung des Cobot-Einsatzes

Beginnen Sie mit 90-Tage-Pilotprojekten in Verpackung oder Palettierung, wo Cobots typischerweise eine Amortisationsdauer von 5 bis 7 Monaten erreichen. Dieser schrittweise Ansatz unterstützt die Anpassung der Belegschaft und liefert Zykluszeitdaten für zukünftige Optimierungen.

Auswahl des richtigen kollaborativen Roboters für Effizienz bei kleinen Losgrößen

Bewertung von Traglast, Reichweite und Präzision für spezifische Anwendungen

Kollaborative Roboter liefern maximalen Nutzen, wenn die Spezifikationen den Anforderungen der Anwendung entsprechen. Verwenden Sie diesen Rahmen, um die Auswahl zu steuern:

Anwendung	Empfohlene Traglast	Optimale Reichweite	Präzisions-Toleranz
Elektronikmontage	3–5 kg	700–900 mm	±0,05 mm
Maschinenbestückung	10–15 kg	1.300–1.500 mm	±0,2 mm
Präzisionsschweißen	5–8 kg	1.000–1.200 mm	±0,1 mm

Eine Studie zur Robotereffizienz aus dem Jahr 2024 ergab, dass 68 % der Hersteller eine zu hohe Traglastkapazität erwerben, was die Anschaffungskosten pro Einheit um 14.000–22.000 USD erhöht. Beispielsweise verschwendet ein 10-kg-Cobot, der Bauteile mit einem Gewicht von 3 kg handhabt, 40 % seiner potenziellen Energie pro Zyklus. Berücksichtigen Sie stets das Gewicht des Endeffektors (+15–20 % Reserve) sowie zukünftige Zusatzausrüstungen. Die Leitlinien zur Auswahl kollaborativer Roboter betonen die Notwendigkeit, die maximalen Abmessungen der Teile zu messen, bevor die Reichweitenanforderungen festgelegt werden.

Abstimmung der Cobot-Funktionen auf individuelle Produktionsanforderungen

Moderne Cobots bieten modulare Greifer, Vision-Systeme und Kraft-Rückkopplung, um sich an spezialisierte Arbeitsabläufe anzupassen. Bei pharmazeutischen Chargenfertigungen minimieren Modelle mit IP54-Dichtheit und einer Kraftempfindlichkeit von <0,01 N die Kontamination während der Handhabung von Vials. Für maßgefertigte Möbel erreichen Cobots mit 360°-Sicherheitsüberwachung und 6-Achsen-Flexibilität 92 % schnellere Schleif- und Polieraufbauten im Vergleich zur traditionellen Automatisierung.

Vergleich der führenden Cobot-Modelle für KMU und Nischenfertigung

Drei Faktoren beeinflussen die Rendite in Kleinserienumgebungen:

• ROI-Zeitraum : Leichte Montage-Cobots amortisieren sich in 8–14 Monaten gegenüber 22+ Monaten bei schweren Industrierobotern
• Sicherheitsbescheinigungen : Achten Sie auf die Konformität mit ISO 10218-1 und eine Schutzstopp-Kraft unterhalb von 150 N
• Reife des Ökosystems : Systeme mit vorab validierter Drittanbieter-Ausrüstung senken die Integrationskosten um 33 %

Führende Anbieter bieten heute 12-Stunden-Neuinstallationssicherheiten für flexibel bestückte Linien. Bevorzugen Sie Anbieter mit lokalem technischen Support, da nachgewiesene Integrationspartnerschaften im ersten Betriebsjahr ungeplante Ausfallzeiten um 79 % reduzieren.

Verbesserung kollaborativer Roboter durch KI und Sehsysteme

Die Rolle von KI bei intelligenterer Mensch-Cobot-Interaktion

Moderne Cobots nutzen KI, um menschliche Gesten, Sprachbefehle und Arbeitsabläufe in Echtzeit zu interpretieren. Maschinelles Lernen ermöglicht prädiktive Anpassungen – wie das Verringern der Armbewegungsgeschwindigkeit in der Nähe eines Bedieners oder die Priorisierung dringender Chargen basierend auf ERP-Daten – wodurch die kognitive Belastung verringert und der Betriebsfluss aufrechterhalten wird.

Maschinelles Sehen für die Echtzeit-Qualitätskontrolle und Anpassungsfähigkeit

Visuelle Systeme, die von künstlicher Intelligenz angetrieben werden, können Fehler in kontrollierten Umgebungen mit nahezu perfekter Genauigkeit von etwa 99,9 % erkennen und winzige Mängel erfassen, die kleiner als 0,1 mm sind, selbst wenn sich die Objekte schnell bewegen. Was diese Systeme besonders wertvoll macht, ist ihre Fähigkeit, Echtzeitanpassungen vorzunehmen. Wenn beispielsweise eine Fehlausrichtung erkannt wird, kann ein Roboterarm die Schweißposition automatisch verändern. Oder bei der Handhabung empfindlicher Teile kann das System die Greifkraft automatisch anpassen. Kürzlich haben wir im Automobilsektor beeindruckende Ergebnisse gesehen. Einige Hersteller berichteten, nach der Einführung dieser intelligenten Visuell-Systeme den Ausschuss um etwa 32 % reduziert zu haben. Laut einem Bericht von Medical Design Briefs aus dem Jahr 2023 konnten sie ungefähr 1.200 einzelne Bauteile pro Stunde überprüfen.

Fallstudie: KI-gesteuerter Kobot in der pharmazeutischen Verpackung

Ein bedeutender Akteurer im medizinischen Bereich setzt kürzlich kollaborative Roboter, die mit fortschrittlichen KI-Chips ausgestattet sind, ein, um nicht weniger als 37 verschiedene Arzneimittelformulierungen auf derselben Verpackungslinie zu bearbeiten. Das System verwendet eine spezielle Lichtscannertechnologie, um zu prüfen, wie voll jede Kapsel ist, und kann die Förderbänder je nach aktuellem Bedarf tatsächlich verlangsamen oder beschleunigen. Diese Änderungen haben die Umrüstzeit zwischen den Produkten um fast zwei Drittel verkürzt und erzielen bei Qualitätsprüfungen nahezu perfekte Ergebnisse mit einer Genauigkeit von 99,98 %. Laut Packaging World Insights des vergangenen Jahres zeigt dies, wie leistungsfähig diese intelligenten Maschinen sind, wenn es darum geht, den strengen Anforderungen der pharmazeutischen Produktion gerecht zu werden.

FAQ

Was sind kollaborative Roboter, und worin unterscheiden sie sich von herkömmlichen Fabrikrobotern?

Kollaborative Roboter, oder Cobots, sind dafür konzipiert, gemeinsam mit Menschen zu arbeiten, ohne dass Sicherheitszäune erforderlich sind, im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern. Sie verfügen über fortschrittliche Sensoren und Technologien, die einen sicheren Betrieb in unmittelbarer Nähe von Personen ermöglichen.

Warum setzen kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) zunehmend auf kollaborative Roboter?

KMU bevorzugen kollaborative Roboter, da sie weniger Platz benötigen, schnell eingerichtet werden können und eine bessere Kapitalrendite erzielen, indem sie repetitive Aufgaben übernehmen und gleichzeitig die Sicherheit der Mitarbeiter gewährleisten.

Wie erhöhen kollaborative Roboter die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit in der Produktion?

Cobots bieten modulare und einfach zu programmierende Systeme, die eine schnelle Umpositionierung und Anpassung in verschiedenen Produktionsbereichen ermöglichen und somit schneller auf Designänderungen reagieren können als alte automatisierte Systeme.