Roboterautomatisierung: Der Schlüssel zur Evolution der Fertigung

Wie robotische Automatisierung die Transformation der Industrie 4.0 vorantreibt

Die Schleife schließen: Integration robotischer Automatisierung mit IoT-Sensoren und KI-gestützter Analyse

Roboterbasierte Automatisierung ist heutzutage für Industrie-4.0-Anwendungen unverzichtbar. Sie arbeitet Hand in Hand mit IoT-Sensoren und KI-basierten Analysen, um einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen. Die direkt in Fabrikmaschinen integrierten Sensoren erfassen in Echtzeit sämtliche Informationen über deren Leistungsverhalten, Betriebstemperatur, auftretende Vibrationen sowie sogar umgebende Umweltfaktoren. Anschließend folgt der KI-basierte Teil: Diese Modelle verarbeiten sämtliche gesammelten Daten und führen umfangreiche Berechnungen durch. So können sie beispielsweise vorhersagen, wann ein Gerät ausfallen könnte – noch bevor es tatsächlich geschieht –, Einstellungen automatisch anpassen und ganze Produktionsprozesse präzise optimieren. Was wir hier sehen, ist im Grunde ein System, das eigenständig lernt und sich anpasst. Ein Beispiel hierfür ist die vorausschauende Wartung: Sobald Fabriken diese Technologie einführen, konnten viele ihren unvorhergesehenen Ausfallzeitraum nahezu halbieren. Einige Hersteller berichten zudem über eine Verbesserung der Produktqualitätskonsistenz um mehr als 20 %. Diese Zahlen verdeutlichen eine wichtige Erkenntnis der modernen Fertigung: Wenn Maschinen mithilfe von Daten miteinander kommunizieren, profitieren alle Beteiligten von intelligenteren Entscheidungen, weniger Fehlern und letztlich geringeren Kosten.

Fallstudie: Ein führender europäischer Hersteller erreicht durch vollständige robotergestützte End-to-End-Automatisierung eine Qualität von 99,9988 %

Ein großes europäisches Elektronikunternehmen hat kürzlich auf seinen komplexen Montagelinien eine vollständige robotergestützte Automatisierung eingeführt – mit Robotern, die gemeinsam mit Menschen arbeiten, intelligenten Inspektionssystemen, die von Kameras gesteuert werden, sowie flexiblen Steuermechanismen. Das Ergebnis? Eine außergewöhnliche Qualität von 99,9988 % – das bedeutet im Prinzip lediglich zwei fehlerhafte Produkte pro Million hergestellter Einheiten. Durch das Echtzeit-Feedback des Systems konnten Abweichungen sofort erkannt und behoben werden, wodurch der Materialverschnitt um rund 40 % gesenkt wurde. Tatsächlich amortisierte sich die Investition innerhalb von weniger als 22 Monaten, da deutlich weniger Nachbesserungen erforderlich waren, die Erstqualität der Produkte stieg und die Mitarbeitenden sich stattdessen auf andere Aufgaben statt auf repetitive Tätigkeiten konzentrieren konnten. Dieser Fall zeigt deutlich, dass Investitionen in intelligente Automatisierung nicht nur technisch sinnvoll sind, sondern auch aus geschäftlicher Sicht überzeugen.

Messbarer geschäftlicher Nutzen durch Roboterautomatisierung

Reduzierte Durchlaufzeiten, Verhütung von Verletzungen und erhöhte Präzision in der Automobilfertigung der Stufe 1

Für Automobilhersteller der Stufe 1 bieten Roboter in drei Hauptbereichen echte Vorteile: schnellere Produktion, verbesserte Arbeitssicherheit und höhere Genauigkeit. Wenn Maschinen sich wiederholende Aufgaben wie Schweißen, Dosieren von Materialien oder das Bewegen von Komponenten übernehmen, können sie die Zykluszeiten um bis zu 20 % bis hin zu 110 % verkürzen. Dadurch produzieren Fabriken mehr Fahrzeuge, ohne dabei die gleichbleibende Qualität zu beeinträchtigen. Indem Menschen von gefährlichen Bereichen – etwa Presslinien oder Lackierkabinen – ferngehalten werden, wird der Arbeitsplatz ebenfalls sicherer. Studien zeigen, dass die Unfallrate bei Einsatz von Automatisierung um rund 80 % sinkt; zudem sparen Unternehmen zwischen 20 % und 60 % bei den damit verbundenen Sicherheitskosten. Der entscheidende Durchbruch liegt jedoch in der Präzision, mit der Roboter arbeiten: Ihre Genauigkeit im Submillimeterbereich bei strukturellen Schweißarbeiten und empfindlichen Montageaufgaben reduziert Ausschuss um nahezu 90 % im Vergleich zu den Ergebnissen menschlicher Fachkräfte. All diese Verbesserungen summieren sich und machen insbesondere dann einen erheblichen Unterschied, wenn bereits kleinste Abweichungen die Fahrzeugleistung beeinflussen, Gewährleistungsansprüche erhöhen oder den Ruf eines Herstellers schädigen.

ROI-Zeitrahmen und Steigerung der Produktivität: Erkenntnisse aus der Globalen Robotik-Umfrage 2023 von Deloitte

Die globale Robotik-Umfrage 2023 von Deloitte zeigt, dass das geschäftliche Argument für Roboter in Fertigungshallen tatsächlich ausgereift ist. Rund 76 % der Industrieführungsmitglieder betrachten Automatisierung mittlerweile als zwingend notwendig für ihre Strategie – vor allem, weil sie sich heutzutage schneller amortisiert und im Laufe der Zeit kontinuierlich an Wert gewinnt. Die meisten Unternehmen erhalten ihre Investition bereits nach 1,5 bis 3 Jahren zurück, was deutlich besser ist als die damals üblichen Wartezeiten von über fünf Jahren vor zehn Jahren. Diese Verbesserung resultiert daraus, dass bei grundlegenden Fertigungsaufgaben rund 30 bis 50 % mehr Leistung erbracht wird. Was bewirkt das? Maschinen können ununterbrochen laufen, ohne dass Schichtwechsel berücksichtigt werden müssen; sie erzeugen nahezu keinen Abfall, da sie stets konsistent arbeiten; und sie ermöglichen eine um etwa 25 bis 45 % höhere Produktionsdichte pro Quadratfuß Hallenfläche im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. Interessanterweise werden die Beschäftigten jedoch nicht vollständig ersetzt. Stattdessen wechseln sie in Tätigkeiten, bei denen sie Systeme überwachen, Störungen beheben und kontinuierlich zur Prozessverbesserung beitragen – sodass Menschen auch dann noch eine zentrale Rolle spielen, wenn Maschinen routineorientierte Aufgaben übernehmen.

Jenseits starrer Fertigungslinien: Flexible und skalierbare robotergestützte Automatisierung

Kollaborative Roboter (Cobots), die eine agile, kleinvolumige, hochgradig variantenreiche Produktion ermöglichen

Heutzutage benötigt die robotergestützte Automatisierung nicht mehr all diese schwere Infrastruktur und lässt sich auch nicht mehr ewig lange einrichten. Wir sehen zunehmend leichte kollaborative Roboter – jene ISO-konformen Systeme, die als Cobots bezeichnet werden –, die sich recht schnell umstellen und an andere Standorte versetzen lassen. Der Wechsel zwischen verschiedenen Aufgaben dauert dank einfacher Programmieroptionen und integrierter intelligenter Funktionen nur noch wenige Minuten. Herkömmliche Automatisierungslösungen sind mit diesen Systemen nicht vergleichbar. Cobots arbeiten direkt neben Menschen, ohne Sicherheitsbedenken zu verursachen, und können unterschiedliche Produkte verarbeiten, ohne das gesamte System neu konfigurieren zu müssen. Nehmen wir beispielsweise Automobilfabriken: Dort setzen sie bereits diese anpassungsfähigen Cobots in Montagelinien ein, auf denen sowohl Limousinen als auch SUVs gemeinsam gefertigt werden. Die für den Modellwechsel erforderliche Zeit ist drastisch gesunken – um etwa 85–90 %. Auch Elektronikunternehmen nutzen ähnliche Ansätze: Ihre Cobots wechseln innerhalb eines Arbeitstages problemlos zwischen der Fertigung von Smartphones und kleineren tragbaren Geräten und gewährleisten dabei stets die erforderliche Präzision, um strenge Qualitätsstandards einzuhalten. Besonders interessant ist hierbei, wie sich dadurch die Möglichkeit einer maßgeschneiderten Serienfertigung eröffnet: Unternehmen können mit kleinen Testserien beginnen und anschließend die Produktionsmengen steigern, ohne Einbußen bei der Produktqualität, der Raumausnutzung in der Fabrik oder der Flexibilität ihrer Belegschaft in Kauf nehmen zu müssen.

Entwicklung der Belegschaft im Zuge der Roboterautomatisierung

Wenn es um robotergestützte Automatisierung geht, beobachten wir eine Transformation der Arbeitsplätze statt einer bloßen Ersetzung. Die langweilige und körperlich belastende Arbeit wird heute von Maschinen übernommen, wodurch das Personal für anspruchsvollere Aufgaben freigestellt wird – etwa die Überwachung der Roboter, die Planung von Wartungsmaßnahmen, die Analyse von Daten zur Produktqualität sowie die Abstimmung verschiedener Systeme miteinander. Unternehmen stellen fest, dass sie heutzutage Mitarbeiter mit anderen Fertigkeiten benötigen: Programmierkenntnisse, die Fähigkeit, Zahlen zu interpretieren, und die Kompetenz, querschnittliche Probleme zu lösen. Fabriken im Mittleren Westen haben etwas Interessantes bemerkt: Arbeitnehmer, die in technische Rollen wechseln, bleiben durchschnittlich zehn bis fünfundzwanzig Prozent länger im Unternehmen als zuvor. Sie scheinen zudem zufriedener zu sein, und es werden weniger Arbeitsunfälle gemeldet. Statt Menschen überflüssig zu machen, stärkt diese Technologie vielmehr die Unternehmen: Sie hilft ihnen, Personalengpässe zu bewältigen und qualifizierte Fachkräfte in den Mittelpunkt moderner, intelligent gestalteter Fertigungsanlagen zu stellen, an denen Mensch und Maschine gemeinsam auf den Produktionslinien zusammenarbeiten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Industry 4.0?

Industrie 4.0 bezeichnet die laufende Automatisierung traditioneller Fertigungs- und Industrieprozesse mithilfe moderner intelligenter Technologien.

Wie verbessert die Roboterautomatisierung Produktionsprozesse?

Die Roboterautomatisierung steigert die Produktion durch Verkürzung der Zykluszeiten, Minimierung von Fehlern und Verbesserung der Präzision, was insgesamt die Effizienz und die Produktqualität erhöht.

Was sind kollaborative Roboter?

Kollaborative Roboter oder Cobots sind so konzipiert, dass sie sicher gemeinsam mit Menschen arbeiten können; sie werden häufig in agilen und hochgradig variantenreichen Produktionsumgebungen eingesetzt.

Wie lange dauert es, bis sich die Roboterautomatisierung amortisiert?

Laut der Global Robotics Survey 2023 von Deloitte erzielen die meisten Unternehmen innerhalb von 1,5 bis 3 Jahren eine Amortisation der Investition in Roboterautomatisierung.