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Erstaunliche Fakten zum Thema Schweißtechnik & Automation
Alle Informationen auf einen Blick
Entstehung und Entwicklung des Schweißens
Durch Schweißen werden heutzutage überall Verbindungen hergestellt, die unseren Alltag begleiten. Es ist nicht mehr wegzudenken. Aber wie hat es eigentlich begonnen und wie ist die Menschheit darauf gekommen, Material durch Hitze miteinander zu verbinden?
Wir möchten in diesem Beitrag einen Blick zurück werfen, wie die Menschheit Schweißen als Technologie entdeckte und welche Entwicklungsstufen nach und nach gefunden bzw. entwickelt wurden.
Tausende von Jahren ist es bereits her, dass die Menschheit die bessere Verformbarkeit von Metallen unter der Einwirkung von Hitze erstmals einsetzte. Historische Funde in den Reichen der Sumerer und Hethiter belegen, dass bereits um das Jahr 4000 v. Chr. herum die Technik des Lötens eingesetzt wurde, um Gold, Silber oder Kupfer unlösbar zu verbinden. Damit dürfte es sich beim Hartlöten um die älteste thermische Verbindungstechnik für Metalle handeln, die dem Prinzip des Schweißens recht ähnlich ist.
Das Schweißen im eigentlichen Sinne ist ein wenig jünger und kann bis ins alte Ägypten um 2700 v. Chr. zurückverfolgt werden. Man nutzte damals die Feuerschweißtechnik, um Kupferleitungen zur Wasserversorgung zu verbinden. Die gleiche Technik wurde in einem ähnlichen Zeitraum bereits zur Schmuckherstellung aus Gold verwendet. Weitere Funde belegen, dass im 15 Jahrhundert v. Chr. auch in Kleinasien bereits geschweißt wurde.
Damals wurde das Schweißen als reine Verbindungstechnik von Metallen mit großer Haltbarkeit genutzt. Es war ein Mittel zum Zweck. Im späteren Verlauf der Zeit wurden die Schweißtechniken auch in andere Bereiche übertragen, beispielsweise zur Fertigung von Werkzeugen oder zur Verzierung metallischer Gegenstände mit Metallschmuck. Mit dem Übergang der Bronzezeit zur Eisenzeit in Europa wurde verstärkt Eisen verarbeitet.
Als Urform des Schweißens gilt das Feuerschweißen, welches mit einer hohen Temperatur und einer großen Kraftanwendung in Form von Hammerschlägen durchgeführt wurde. Dies blieb auch über Jahrtausende die einzige Schweißtechnik. Der Name „Schweißen“ stammt daher, dass die Oberfläche des Metalls unter der Hitze augenscheinlich zu „Schwitzen“ beginnt.
Mit der Entwicklung der Elektrisiermaschine im Jahre 1663 durch Otto von Guericke war der Grundstein für elektrische Schweißungen gelegt. Im Jahr 1766 gab es Versuche von Johan Carl Wilcke, der zwei Flintkugeln mithilfe einer Kondensatorentladung verschweißte, wobei ein Kondensator ähnlich einer Batterie funktioniert.
Die entscheidenden Fortschritte für erfolgreiche Widerstandsschweißungen brachte letztlich der Engländer Elihu Thomson im Jahr 1877.
Durch die Entdeckung des Acetylens 1836 durch Edmund Davy war es möglich, deutlich heißere Flammen zu erzeugen als mit den bis dahin bekannten Sauerstoff-Wasserstoff-Mischungen. Kurz darauf wurde erstmals das Autogenschweißenoder Gasschmelzschweißen angewandt, welches heute noch vereinzelt ausgeführt wird.
Mit einem 1885 angemeldeten Patent gilt der Russe Nikolai Nikolaijewitsch Bernados als Erfinder des Lichtbogenschweißens mit einem Lichtbogen zwischen zwei Kohleelektroden. Ein bereits 1849 an einen Engländer vergebenes Patent zur Lichtbogenschweißung findet keine praktische Anwendung.
Perfektioniert wurde das Verfahren 1907 von Oscar Kjellberg, der die Elektroden umhüllte und damit die Schweißnaht vor der Oxidation schützte. Die Grundform des E-Hand-Schweißens, welches heute noch häufig angewandt wird, war erfunden.
Als Weiterentwicklung des Lichtbogenschweißens mit Kohleelektrode erfand Russel Meredith 1946 das WIG-Schweißen, mit einer Wolframelektrode und Helium als Schutzgas. Das WIG-Schweißen gilt heute noch als eines der Standardverfahren für manuelle und vollautomatische Schweißungen. Im Jahr 1948, also nur zwei Jahre später, wurde das MIG-Schweißen entwickelt, welches heute überwiegend für Nichteisenmetalle eingesetzt wird. 1951 folgten das Plasmaschweißen, im gleichen Zeitraum das Elektroschlackeschweißen und 1953 das MAG-Schweißen. Letzteres bildet das Gegenstück zum MIG-Schweißen und wird für eisenhaltige Metalle eingesetzt. Die Vorteile der elektrischen Schweißverfahren sollten in Rekordzeit die Gasschmelzschweißung verdrängen. Weitere hochmoderne Schweißverfahren folgten 1957 mit dem Ultraschallschweißen und 1961 mit dem Laserschweißen. Diese Techniken minimieren den Verzug der Werkstücke durch eine geringe Wärmeentwicklung. Das Ziel derartiger Neuentwicklungen war stets, immer sauberere Schweißungen mit geringerem Wärmeeintrag durchzuführen. Die 2005 entwickelten Techniken Cold Metal Transfer und Cold Metal Arc erreichen genau diese Ziele durch einen gepulsten Schweißstrom. Außerdem musste die Kontrolle über die Prozesse immer verbessert werden, um die Schweißverfahren mit den ab den 60ern hergestellten Schweißrobotern in der Industrie nutzbar zu machen. Generell kann man sagen, dass die Entwicklung der Schweißtechniken in den letzten 50 Jahren größere Schritte gemacht hat als in den 5000 Jahren davor. Nationale und internationale Verbände arbeiten täglich daran, vorhandene Schweißtechniken zu verbessern und neue Methoden zu entwickeln. Ein Ende der technologischen Entwicklung ist beim Schweißen, ebenso wie in vielen anderen Bereichen, noch in weiter Ferne.
Industrieroboter oder Cobot: Welcher Roboter eignet sich besser?
Cobots gelten als attraktiver und günstiger Einstieg in die Automatisierung. Im Gegensatz zu Industrierobotern können Menschen ohne zusätzliche trennende oder nicht-trennende Schutzvorrichtungen mit oder neben Kollaborativen Robotern (oder eben Cobots) arbeiten. Allerdings ist dies nur unter strengen Vorgaben und mit begrenzter Kraft und Leistung möglich. Kollaboratives Arbeiten geht also zulasten der Performance des Roboters. Nicht selten erweist sich erst nach dem Kauf, dass ein Cobot nicht der beste Weg für Ihre Anwendung ist. Hier erfahren Sie, wie Sie dieses Risiko vermeiden können.
Unter Realbedingungen stellen Betriebe häufig fest, dass sie ihren Cobot nur mit zusätzlichen Sicherheitseinrichtungen nutzen können. Damit ist der Grundgedanke dieser Roboterart auf den Kopf gestellt: Das direkte Arbeiten mit oder neben dem Menschen wird unmöglich. Das gilt unter anderem, wenn schnell verfahren werden soll oder der Roboterarm mit Komponenten (zum Beispiel Greifern oder Werkzeugen) ausgestattet ist, die nicht für kollaboratives Arbeiten ausgelegt sind. Nicht immer kommunizieren Cobot-Hersteller diese Bedingungen vollständig – zum Unmut des Anwenders.
Selbst, wenn ein Unternehmen in Kauf nimmt, dass der neue Roboter für die Anwendung nicht oder nur teilweise kollaborativ eingesetzt werden darf, ist eine nachträgliche Investition in Sicherheitstechnik nötig. Darüber hinaus würde ein wesentlicher Kostenfaktor für Cobots gar nicht benötigt: die zur Mensch-Roboter-Kollaboration verbauten Sensoren in den Gelenken zur Kraft- und Leistungsbegrenzung. Das Produkt wird dadurch teurer, als er es für den konkreten Anwendungsfall sein müsste.
Ab 2010 ist ein Hype um Cobots entstanden. Sie erleichtern, erweitern und vergünstigen die Automatisierung für viele Anwendungen. Diese Merkmale gelten auch für Digital Robots. Sie revolutionieren Industrierobotik ebenfalls: durch die Fusion aus leistungsstarker Hardware, kinderleichter Software und den Möglichkeiten des Industrial Internet-of-Things (IIoT).Beide Roboterarten sind insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) interessant.
Um das Prinzip „Safety First“ zu realisieren, müssen Roboter per se über Not- und Sicherheitshalte, mehrstufige Zustimm-Taster am Bedienpanel für das manuelle Verfahren und eine per Schlüssel einstellbare Auswahl des Betriebsmodus verfügen. Anders als Cobots arbeiten Industrieroboter nicht unmittelbar Hand-in-Hand mit dem Menschen ohne trennende beziehungsweise nicht-trennende Schutzelemente. Um Roboter in der Industrie sinnvoll einsetzen zu können, sollte daher eine Safety-Schnittstelle vorbereitet sein, um diese Schutzelemente mechanisch und elektronisch einbinden zu können.
Menschen können dennoch auch eng mit Digital Robots zusammenarbeiten: einerseits physisch im gesicherten manuellen Betrieb, andererseits im laufenden Betrieb aus geschützter Entfernung. Hier erweist sich der digitale Zwilling des realen Digital Robots als hilfreiches Tool. Dieser wird auf dem Touchpad- oder externen Bildschirm 1:1 dargestellt und ermöglicht so auch eine kinderleichte grafische Programmierung im Teach-Modus. Über den digitalen Zwilling lassen sich programmierte Anwendungen außerdem anschaulich validieren, ohne den eigentlichen Roboter bewegen zu müssen.
Die späteren Prozesse können über die Bediensoftware schon vor dem Start des Projekts simuliert werden – auf Wunsch noch bevor der reale Roboter beim Unternehmen eingetroffen ist. Eine Vernetzung über das Industrial Internet of Things (IIoT) erweitert und vereinfacht die Möglichkeiten der (digitalen) Zusammenarbeit noch einmal, etwa im Bereich Predictive Maintenance und Transparenz im Flottenmanagement. .
Gerade KMU wollen unkompliziert und schnell in die Automatisierung einsteigen. Für sie kommen daher zunächst Cobots wie Industrieroboter infrage. Nun fehlen kleineren und mittleren Betrieben meist zeitliche und finanzielle Budgets sowie Erfahrungswerte, um sich eingehend mit der richtigen Art von Robotern für ihre Anwendung zu beschäftigen.
Gerade beim Thema Sicherheitstechnik herrscht bei Industrieroboter im Vergleich zu Cobots mehr Klarheit. Im Folgenden werden die wichtigsten Informationen zu ISO-Normen, EU-Richtlinien und CE-Kennzeichnung erläutert, die damit einhergehen.
Die für den sicheren Betrieb von Industrierobotern relevante ISO-Norm (ISO 10218) beschreibt in zwei Teilen Anforderungen an Roboterhersteller sowie Anlagenbauer und Integratoren. Die Norm unterscheidet zwischen vier Formen der Mensch-Roboter-Kollaboration:
- Sicherheitsbewerter überwachter Halt,
- Handführung
- Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung
- Leistungs- und Kraftbegrenzung durch inhärente Konstruktion oder Steuerung
Wobei eine tatsächliche Kollaboration nur in der letztgenannten Form stattfindet. Bei den anderen arbeitet entweder der Mensch oder der Roboter. In der Fachwelt haben sich hierfür statt Kollaboration die Begriffe Koexistenz oder Kooperation etabliert.
Wörtlich heißt es in ISO 10218-1: „Der Roboter ist nur eine Komponente in einem fertigen kollaborierenden Robotersystem und ist an sich unzureichend für den sicheren kollaborierenden Betrieb. Die Anwendung des kollaborierenden Betriebs muss durch die Risikobeurteilung, die während der Auslegung des Anwendungssystems durchgeführt wird, festgelegt werden.“
Übertragen auf Cobots bedeutet das: Cobots müssen so gebaut sein, dass sie keinerlei Gefahr für Menschen besteht, wenn diese ihn (un)absichtlich berühren.
Lange war unklar, welche Anforderungen für die Zusammenarbeit erfüllt sein müssen. 2016 wurde ergänzend zur ISO-Norm hierzu die für Cobots geltende technische Spezifikation ISO/TS 15066 veröffentlicht. Sie beschreibt näher, welche Sicherheitsmerkmale für kollaboratives Arbeiten erfüllt sein müssen. Genannt wird beispielsweise eine risikofreie Kontaktfläche (keine scharfen oder spitzen Bereiche und Kanten), ausreichend Umhüllungen und/oder Polster sowie die Vermeidung von Kontaktmöglichkeiten auf Kopfhöhe.
Unterschieden wird zwischen quasi-statischen Kontakten (ein Körperteil wird zwischen einem Roboter und einer Fläche eingeklemmt) und transienten Kontakten (Roboter und Mensch stoßen zusammen). ISO/TS 15066 geht sehr weit ins Detail und gibt in einer Schmerzschwellentabelle Grenzwerte für fast 30 Körperzonen von Kopf bis Fuß an. Das zeigt deutlich, wie hoch die genormten Ansprüche bei der Mensch-Roboter-Kollaboration und damit die Herausforderungen für Cobots sind. Deren Hersteller begegnen diesen in erster Linie mit sensibler Sensorik in den Gelenken der Roboter, die die Einhaltung der Grenzwerte überwacht.
Überprüfen können Produktionsbetriebe die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen über die CE-Kennzeichnung am Roboter. Das CE-Zeichen weist nach, dass ein Maschinenhersteller alle für sein Produkt notwendigen EU-Richtlinien erfüllt. Nur „vollständige Maschinen“ dürfen eine CE-Kennzeichnung tragen.
Da es sich bei einem Roboterarm ohne weitere Komponenten um eine „unvollständige Maschine“ handelt, kann die CE-Prüfung erst nach der Ergänzung durch weitere Komponenten (zum Beispiel Werkzeuge oder Greifer) für die gesamte Anlage erfolgen. Die bewusst einfach und schlank gehaltenen Cobots können suggerieren, dass sie bereits „vollständig“ im Sinne der EU-Richtlinie sind. Unternehmen, die über eine Automatisierung mit diesem Robotertypus nachdenken, sollten daher noch genauer prüfen, inwieweit sich die Verantwortung für das CE-Zeichen auf sie übertragen hat. Ohne diese Kennzeichnung darf das vollständige Robotersystem nicht in Betrieb gehen!
Auf Unternehmen, die nicht CE-zertifizierte „unvollständige“ Roboterarme erhalten haben und die Beurteilung selbst vornehmen müssen, kommen eine zeitliche Verzögerung und nachträgliche Kosten zu. Schließlich greifen Industriebetriebe in der Praxis für die Abnahme der CE-Kennzeichnung inklusive sicherheitstechnischer Überprüfung in der Regel auf spezialisierte externe Fachleute zurück.
Gerade bei Cobots kann, aufgrund der erweiterten Sicherheitsanforderungen angesichts der direkten Zusammenarbeit mit dem Menschen, eine solche Prüfung auch erst später oder erneut notwendig werden. Etwa dann, wenn sich der Arbeitsbereich des Roboters ändert oder Werkzeuge beziehungsweise Greifer ausgetauscht werden.
Besonders ärgerlich für Unternehmen, die sich gerade auf den Weg der Automatisierung begeben: Sie stellen erst bei der Risikoprüfung fest, dass der gewünschte Cobot ohne trennenden oder nicht-trennenden Schutz doch nicht kollaborativ eingesetzt werden kann. Sie kann beispielsweise erforderlich sein, wenn der Greifer spitz- oder scharfkantig ist und folglich eine Verletzungsgefahr besteht. Dasselbe gilt, wenn der Roboter schweißen, fräsen oder mit einem Laser arbeiten soll. Direkte Kollaborationen mit Menschen sind dann natürlich ausgeschlossen.
Besonders störend für die Planungen der Produktion ist es, wenn durch den Wechsel des Werkzeugs oder der Anwendung aus den genannten sicherheitsrelevanten Gründen das kollaborative Arbeiten nicht mehr möglich ist. Ein anderer Robotertyp hätte sich dann als sinnvollere Wahl für das Unternehmen herausgestellt.
Ohnehin ist die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Cobot ein beschränkender Faktor. Arbeiten sie direkt neben- oder miteinander, wird die Geschwindigkeit des Robotersystems auf ein niedriges, risikoarmes Niveau gesenkt. Die ebenfalls äußerst kompakten und agilen Industrieroboter können Geschwindigkeiten von mehr als vier Metern pro Sekunde erreichen. Mit ihnen sind folglich deutlich höhere Produktionsleistungen möglich.
Weiterhin sollten Unternehmen vorab berücksichtigen: Die für Cobots obligatorische Sensorik erhöht den Preis im Vergleich zu anderen Robotern mit vergleichbarer Leistung. Es sollte daher also wirklich notwendig oder zumindest sehr wahrscheinlich sein, dass Mensch und Maschine sich bei der Arbeit berühren. Ansonsten bringt die schwächere Performance von Cobots durch die leichtere Bauweise Nachteile mit sich.
- Dass ein Mensch direkt mit einem Cobot zusammenarbeiten kann, ist nicht garantiert. Auch kann sich für die geplante Anwendung herausstellen, dass die Kollaboration nicht sinnvoll ist. Zum Beispiel, weil der Cobot wegen der rechtlichen Vorgaben nur noch sehr langsam mit dem Menschen Hand-in-Hand arbeiten darf.
- Der zunächst günstige Preis eines Cobots kann aufgrund zusätzlich benötigter Sicherheitstechnik um mehrere Tausend Euro steigen.
- Die verbindliche CE-Konformitätsbewertung der Anwendung stellt bei Cobots im Vergleich zu Digital Robots einen höheren Aufwand dar. Dies liegt an den für Kollaborative Roboter besonders detaillierten und strengen Richtlinien und Normen.
- All diese Punkte sollten Unternehmen beim Vergleich zwischen Cobots und den ebenfalls flexiblen, günstigen und intuitiv bedienbaren Digital Robots beachten, um später kein böses Erwachen zu erleben.
Letztlich muss jedes Unternehmen selbst entscheiden, welcher Robotertyp für die gewünschte Anwendung die bessere Lösung ist.
Wie viel Strom verbraucht ein Industrieroboter?
Angesichts rapide gestiegener Stromkosten wägen Unternehmen derzeit gezielt ab, in welche Bereiche sie investieren. Dabei erweist sich die Energiebilanz von Automatisierung als nach wie vor hochrentabel, um die Produktion auf ein zukunftsfähiges Level zu heben. Industrieroboter sind alles andere als Stromfresser, wie sich nicht zuletzt durch einen Vergleich mit typischen Haushaltsgeräten zeigt.
Die europäische Industrie kämpft gegen die steigenden Energiepreise an. Ein Ende der Lage ist derzeit noch nicht absehbar. Nicht nur die anhaltende Gas-Krise sorgt für hohe Stromkosten, auch Abgaben, Steuern und Transport schlagen kräftig zu Buche. Weil außerdem französische Atomkraftwerke aktuell aus Wartungsgründen stillstehen, sind höhere Produktionskosten unvermeidlich. In Deutschland stieg der durchschnittliche Strompreis für Unternehmen zwischen 2021 und 2022 von 21 auf 55 Cent pro kWH – eine Erhöhung von 160 Prozent.
Es ist nur verständlich, dass das produzierende Gewerbe daher vor größeren Investitionen zurückschreckt. Umso mehr, wenn diese zusätzlichen Strom verursachen. Dies gilt auch für die Automatisierung mit Industrierobotern. Beim genaueren Blick auf deren Stromverbrauch zeigt sich jedoch: Heutige Roboter müssen keine Stromfresser mehr sein.
Je nach Reichweite und Traglast kommen sie mit einem Verbrauch zwischen 0,25 und 0,5 Kilowatt aus. Zum Vergleich: Ein Wasserkocher läuft je nach Modell mit 0,6 bis 3 kW, ein Haartrockner mit 1,0 bis 2,0 kW Leistung.
Gerade moderne Industrieroboter sind in ihrer Bauweise und der Antriebstechnik auf effizientes Arbeiten hin optimiert. Bei einem Preis von 55 Cent/kWh können Unternehmen ihren Roboter – je nach Größe – bereits für 1,10 bis 2,20 Euro pro 8-Stunden-Schicht nutzen. Umgerechnet auf ein Praxisbeispiel, einer Automatisierung mit einem Roboter im 2-Schicht-Betrieb, fallen pro Monat nur zwischen 44 und 88 Euro an.
Ein deutscher Privathaushalt lässt sich die vier größten Stromverbraucher (Elektroherd, Kühlschrank, Waschmaschine und Fernseher) durchschnittlich circa 100 kWh oder 40 Euro pro Monat kosten. Ein einziger Waschmaschinengang allein kostet je nach Modell und Temperatur bei den derzeitigen Energiepreisen zwischen 30 und 80 Cent. Wer sich täglich zehn Minuten die Haare trocknet, muss mit 25 bis 50 Euro pro Monat dafür rechnen.
Es ist offensichtlich: Wenn sich Unternehmen mit automatisierter Produktion fit für die Zukunft machen wollen, müssen sie keinesfalls explodierende Stromkosten fürchten.
Industrieroboter-Rekord und Fachkräftemangel
Mehr als eine halbe Million Industrieroboter wurden laut der aktuellen Statistik der International Federation of Robotics allein im Jahr 2021 weltweit installiert – neuer Rekordwert für die Branche. Auch in Deutschland kamen Tausende Exemplare dazu, womit das Land die Spitzenreiterposition in Europa festigt. Erfahren Sie in diesem Artikel, was die Politik sich von mehr Industrierobotern erhofft. Lesen Sie außerdem, wieso auf dem deutschen Arbeitsmarkt auch bei zunehmend massentauglicher Automatisierung keine Arbeitslosenwelle zu erwarten ist.
| Rekord | Weltweit mehr neue Industrieroboter als je zuvor, Deutschland mit den meisten Robotern in Europa |
| Boom | Arbeits- und Fachkräftemangel kurz- und langfristig lassen Bedarf an Automatisierung steigen |
| Veränderung | Potenziell wegfallende Arbeitsplätze kommen in anderen Branchen dazu, keine Massenarbeitslosigkeit durch Roboter |
| Politik | Roboter können für gute Arbeitsqualität sowie sichere und gesündere Arbeitsbedingungen sorgen |
| Trend | Einfache und günstige Industrieroboter öffnen kleinen und mittleren Unternehmen Türen zur Automatisierung |
Diese Zahlen gehen aus dem World-Robotics-Report 2022 des Branchenverbands International Federation of Robotics (IFR) hervor. Weltweit gesehen werden mittlerweile mehr als doppelt so viele Industrieroboter jährlich neu installiert als noch 2015. IFR-Präsidentin Marina Bill sprach von einer Zunahme der Robotik und Automation mit „rasanter Geschwindigkeit“. Für die kommenden Jahre geht die IFR von weiterhin steigenden Absatzzahlen aus.
Auch der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) berichtete unlängst von einem Nachfrageboom. Der Vorsitzende der Sparte Robotik + Automation, Frank Konrad, erkannte eine „Hochkonjunktur“ der Robotik. Für die Branche erwartet der VDMA 2022 ein Umsatzplus von fünf Prozent auf 3,6 Milliarden Euro. Und das, obwohl insbesondere Hersteller, die nicht im Inland produzieren und ihre Bauteile vorwiegend aus dem Ausland beziehen, von Lieferengpässen betroffen sind. Ein Problem, das sich mit Industrierobotern „Made in Germany“ weitgehend umgehen lässt.
Dass das Roboter-Wachstum dringend benötigt wird, steht außer Frage. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen haben einen enormen Nachholbedarf. Während Industrieroboter bei Großkonzernen bereits zur Normalität gehören, nutzt nur ein niedriger einstelliger Prozentsatz der Betriebe mit weniger als 250 Mitarbeitenden einen oder mehrere Roboter.
Dabei können diese zur Lösung des Arbeits- und Fachkräftemangels – die wohl größte Herausforderung der Industrie heute und in Zukunft – beitragen. Abgesehen von der Kindererziehung sowie Alten- und Gesundheitspflege sind technische Berufe mit am stärksten von fehlendem Personal betroffen. Fehlende Arbeitskräfte sind wegen sinkender Geburtenraten und voranschreitendem Renteneintritt der Babyboomer-Generation auch mittel- und langfristig ein Haupttreiber für die Etablierung von Robotern in der Industrie.
Frank Konrad vom VDMA gibt jedoch zu bedenken, dass Robotik und Automation allein nicht den Arbeits- und Fachkräftemangel beheben können. Er drängte im Frühjahr 2022 auf „ein stärkeres Engagement von der Politik“. Wenige Monate später erschien eine Fachkräftestrategie der Bundesregierung. Sie fußt auf einem gemeinsam mit Verbänden, Gewerkschaften, Bildungseinrichtungen und weiteren Institutionen durchgeführten Fachkräftegipfel.
Fünf Schwerpunkte beschreiben, wie Fachkräfte gewonnen und gehalten werden können. Unter anderem sei „gute Arbeitsqualität, sichere, gesunde und gute Arbeitsbedingungen sowie eine mitarbeiterorientierte Arbeitskultur“ zentral. Hier kommen laut Bundesregierung wiederum Roboter ins Spiel, da sie „schon heute körperlich schwere, gesundheitlich gefährdende und monotone Aufgaben übernehmen“.
Kritische Stimmen merken dennoch an, dass durch mehr Roboter massenhaft Arbeitsplätze in der Produktion verloren gehen würden. Teils wird von bis zu sechs gestrichenen Stellen je Roboter gesprochen. Eine Gruppe von Forschenden hat dies für Deutschland dagegen relativiert, solche Szenarien seien nicht zu erwarten. Vorstellbar wäre dies in Nationen mit anderen Voraussetzungen am Arbeitsmarkt und einem laxen Schutz für Mitarbeitende, wie beispielsweise in den USA.
Der Rückgang hierzulande beträgt laut Studienlage rund zwei Arbeitsplätze pro Industrieroboter. Allerdings kommen diese Stellen in anderen Branchen hinzu. Insgesamt halten sich Job-Rückgänge und -Zugewinne durch die Etablierung von Robotern die Waage.
Laut der Forschenden liegt das einerseits daran, dass das bestehende Personal nicht etwa entlassen, sondern für andere Aufgaben im Unternehmen umgeschult und weitergebildet wird. Für die Betroffenen hätte dies einen Aufstieg in der beruflichen Hierarchie zufolge – eine Win-Win-Situation für Mitarbeitende und Unternehmen.
Zweitens profitiert die deutsche Industrie davon, dass sie im internationalen Vergleich über mehrheitlich produktive Unternehmen verfügt. Diese Firmen – darunter weltweite Branchenführer jeder Betriebsgröße oder Hidden Champions – steigern ihre Produktivität, ihre Konkurrenzfähigkeit und letztlich auch die Zahl der Beschäftigten durch neue Technologien, zu denen Roboter fraglos zählen.
Gleich mehrere Trends sorgen dafür, dass auch bisher nicht automatisiert produzierende Unternehmen auf den Robotik-Zug aufspringen können. Erstens wird der Einsatz von Industrierobotern immer einfacher – von der Einrichtung über die Programmierung und Bedienung bis zur Kontaktaufnahme mit den Herstellern bei Support-Fragen. Zu den Vorteilen dieser neuen Generation der sogenannten Digital Robots gehören die intuitive, Smartphone-artige Bedienung ebenso wie die Bündelung von Software und Hardware.
Für Nutzer:innen der Roboter hat der Aufbau eines Automatisierungs-Ökosystem „einen enormen Mehrwert, da sich Aufwand und Zeit bis zur Inbetriebnahme deutlich reduzieren“, fasst die International Federation of Robotics zusammen. Zudem wird die Einbindung von Werkzeugen oder externen Komponenten in die gesamte Robotik-Anwendung einfacher, da standardisierte Programmbausteine – beispielsweise für häufig benötigte Prozessschritte – in die Bediensoftware integriert werden können.
Zweitens sind Roboter der modernen Generation nicht mehr mit ihren Vorläufern vergleichbar. Digital Robots agieren wesentlich intelligenter. Die Software dieses innovativen Robotertyps entwickelt sich ständig weiter und wird in rascher Abfolge ausgereifter und benutzerfreundlicher. Hierzu gehört auch der Austausch und die Interpretation von Daten zwischen Robotern untereinander und mit Maschinen über eine Industrial Internet-of-Things-Plattform.
Industrieroboter in kleineren Unternehmen: Sinnvoll oder unnötig?
Digitalisierung, Industrie 4.0, Industrial Internet-of-Things (IIoT): Das ist doch etwas für Großkonzerne mit entsprechendem Budget, Personalbestand und Zeit. Sicher? Ganz und gar nicht. Die Zahl der kleinen und mittelgroßen Unternehmen (KMU), für die diese Themen wichtiger wird, nimmt rasant zu. Hier lesen Sie, wie diesen Firmen mit modernen, kostengünstigen und intuitiv bedienbaren Industrierobotern der Weg in die Digitalisierung bereitet wird.
Die oben genannten Trends – vor wenigen Jahren noch Zukunftsmusik – sind in die Gegenwart gerückt. Die automatisierte Produktion wird zunehmend alternativlos, auch für kleine und mittelgroße Unternehmen und zwar unabhängig von der Branche, vom Standort und der Größe des Unternehmens.
Immer mehr KMU stellen sich bereits nicht mehr die Frage, ob sie in automatisierte Verfahren investieren sollen, sondern wie und wofür der Roboter eingesetzt wird.
- Welcher Roboter hilft, Kosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten?
- Welchen Ablauf übernimmt er in der Herstellung von Produkten?
- Prüft der Roboter Materialien, optimiert er die Prozesskette, bewegt er Teile von A nach B?
Konkrete Anliegen, die konkrete Antworten erfordern. Eine repräsentative Umfrage, die fruitcore robotics kürzlich in Auftrag gegeben hat, kommt zu dem Ergebnis: Mehr als die Hälfte der mittelständischen Unternehmen mit 50 bis 500 Mitarbeiter:innen hat bereits einen Roboter oder will diesen demnächst anschaffen.
Wer sich speziell für den Bereich der KMU fragt, welches System aus dem wachsenden Angebot der digitalen Robotik in Frage kommt, für den gibt es drei Schlüsselbegriffe. Künftig wird niemand mehr darum herumkommen, sich mit ihnen eingehender zu beschäftigen: Einfache Bedienbarkeit, Flexibilität und Individualisierung.
Je einfacher und intuitiver ein Roboter gesteuert wird, desto schneller haben sich die zuständigen Mitarbeiter:innen eingearbeitet. Je flexibler der Roboter konzipiert ist, desto schneller kann er für wechselnde Produktionsprozessen umgerüstet und somit kostengünstig eingesetzt werden. Je individueller ein Roboter auf die räumlichen und produktionsbedingten Bedürfnisse der Nutzer:innen zugeschnitten ist, desto effizienter kann er genutzt werden.
Ausgangspunkt aller Überlegungen ist das Anwendungsgebiet. Welche Aufgabe soll der Roboter übernehmen? Welchen Prozessablauf soll er beherrschen? Die Möglichkeiten sind schier grenzenlos. Vielleicht finden Sie sich und den Bedarf Ihres Unternehmens bei einem oder mehreren dieser Beispiele wieder:
- Da sind die vielen Varianten der Werkstück-Handhabung – also das Bestücken, Montieren, Verschrauben, Palettieren, Stapeln und Verpacken von Gegenständen. Überlegen Sie sich, welche Lasten Ihr Roboter dabei tragen und bis zu welcher Reichweite er gelangen soll.
- Insbesondere die Reichweiten des Roboter sind auch bei der Werkstück-Prüfung wichtig. Messen, Lehren, kontaktloses Prüfen: Einmal programmiert, spielen Roboter hier ihre ganze Leistungsfähigkeit, Genauigkeit und Qualität aus.
- Bleibt noch das weite Feld der Fügetechnik: Dazu zählen sämtliche Klebe- und Abdichtprozesse (auch das Auftragen) und ähnliche, stets wiederkehrende Vorgänge. Auch hier setzen automatisierte Prozesse die Benchmark – und das schon heute.
Diese Liste hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit, aber sie zeigt: Industrieroboter nehmen dem produzierenden Gewerbe eine Menge Arbeit ab. Und sie schaffen Freiraum, den viele Unternehmen benötigen: Ganze Branchen sind mit dem Druck steigender Kosten und Kundenerwartungen bei gleichzeitig fehlenden Fachkräften und langen Lieferzeiten konfrontiert. Die Robotik gewinnt an Bedeutung.
Unabhängig dieser Trends auf dem Arbeitsmarkt und bei den Lieferketten: Welches Unternehmen sollte nicht angespornt sein, seine Produkte zuverlässiger, schneller und in größerer Bandbreite ausliefern zu können? Man will doch gut sein, möchte liefern, die Qualität soll stimmen, die Fehlerquote reduziert werden.
Die fiktive Firma HORST Fruchtkern GmbH, ein mittelständisches Unternehmen der metallverarbeitenden Industrie, möchte ihre Produktion aufs nächste Level heben. In der Produktion weiß jede:r: Dafür müssen sie Arbeitsschritte automatisieren. Erster Knackpunkt: Welche sollen das überhaupt sein? In der HORST Fruchtkern GmbH fehlt zur Beantwortung dieser Frage bisher die Erfahrung.
Klar ist: Roboter in die Firma zu integrieren, verändert nicht nur einzelne Prozessabschnitte. Es wird auch für einen Wandel der Firmenkultur, des Selbstverständnisses, des Denkens und Handelns der Mitarbeiter:innen sorgen. Außerdem stellt sich der Geschäfts- und Produktionsleitung von HORST Fruchtkern die Frage: Zahlt sich die Investition in einen Industrieroboter aus – und wann? Von der Frage nach den Kosten für das Engineering und den laufenden Betrieb einmal ganz abgesehen.
Was also kann dieser Mittelständler jetzt tun? Die erste Antwort: Robotersysteme erst einmal ignorieren oder aufs nächste und übernächste und überübernächste usw. Jahr verschieben. Doch was würde das Festhalten am Status Quo bedeuten?
- Die Abläufe bleiben starr.
- Verbesserungen der Qualität verzögern sich.
- Es gibt weiterhin, beispielsweise liefer- oder personalbedingte, Schwankungen in der Produktionsmenge.
- Es wird zunehmend schwieriger, die Bedürfnisse der Kund:innen zu bedienen.
Ebenfalls in die Gesamtbewertung der Fruchtkern GmbH gehört folgende Überlegung: Wie werden wir der Erwartung unserer Kund:innen gerecht, die sich immer kleinere Stückzahlen, dafür aber eine größere und diversere Produktpalette wünschen?
Derartige Anforderungen müssen nicht in jedem Betrieb heute anstehen, auch nicht morgen. Aber vielleicht in einem halben Jahr? Mit welchem Prozess lässt sich dies dann effizienter abbilden?
Der Markt bietet bereits Industrieroboter, deren Software sehr einfach und flexibel eingerichtet und bedient werden kann. Diese Roboter können Produktionsprozesse übernehmen, ohne dass dies zuvor kompliziert programmiert werden müssen. Die neue Roboter-Generation, Digital Robots genannt, bringt eine hohe Dynamik und Anpassungsfähigkeit mit. Das ist auch notwendig. Beispielsweise, wenn neue Teile einfach und wirtschaftlich in den aktuellen Fertigungsprozess integriert werden sollen oder sich das Einsatzgebiet häufig ändert. Hier kommen die bereits erwähnten Schlüsselbegriffe erneut ins Spiel: Einfache Bedienbarkeit, Flexibilität und Individualisierung.
Ein weiterer wichtiger Aspekt: Deutschland ist eine hochentwickelte Industrienation und ein Hochlohnland. Das Motto „Made in Germany“ steht weltweit für hochwertigste und verlässliche Produkte. Nicht jedes Unternehmen ist willens oder fähig, die entsprechend hohen Lohn- und Produktionskosten zu tragen.
Die Folge: In den vergangenen Jahrzehnten wurden viele industrielle Produktionsschritte ausgelagert und die internationale Abhängigkeit, insbesondere vom asiatischen Raum, ist heutzutage sehr groß. Corona, militärische und diplomatische Krisensituationen, Auswirkungen des Klimawandels auf die Wirtschaftsmärkte: Die jüngere Vergangenheit und Gegenwart zeigt die Kehrseite der globalisierten Welt. Laut einer Studie des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung waren 2021 drei von vier Betrieben von Lieferengpässen betroffen, besonders stark gilt das für das Baugewerbe und die verarbeitende Industrie. Also auch die fiktive HORST Fruchtkern GmbH.
Wenn diese Firma – und ihre realen Entsprechungen – sichere Lieferketten für wichtig hält, wenn sie Deutschland als Produktionsstandort erhalten und unabhängig von Krisen der Weltmärkte werden will, ist es durchaus angebracht, sich schon heute mit Digitalisierung, Automatisierung und Robotik zu beschäftigen. Eine kluge, abgewogene Rückbesinnung auf das Gütesiegel „Made in Germany“ bedeutet nicht, sich der Realität der Globalisierung romantisch zu verweigern. Vielmehr lohnt es sich, strategisch zu überlegen, in welchen Bereichen Ausfallrisiken und Abhängigkeiten durch die Produktion im Inland minimiert werden können.
Die Industriegeschichte ist gespickt von Innovationssprüngen, Produktivitätssteigerungen, dem Entstehen und Vergehen von Prozessen, Strukturen und Märkten. Wer hätte noch vor 30 Jahren gedacht, dass dem Auto mit Verbrennermotor nicht eine unumkehrbare Zukunft ins Haus steht? Wer hätte sich vorstellen können, dass ein „Handy“ unser ständiger Begleiter sein wird?
Genau davon handelt auch die digitale Transformation, die heute ganze Branchen erfasst und für die roboterbasierte Automatisierung ein wesentlicher Baustein ist. Der Vorteil der neuen, einfach zu bedienenden und preiswerten Digital Robots für den Wandel in der Robotik: Um sich frühzeitig aktiv zu beteiligen, muss nicht – wie einst James Watt mit seiner Dampfmaschine, Henry Ford mit seinem Fließband oder Steve Jobs mit dem Smartphone – jemand das Rad neu erfinden. Es reicht, den nächsten Schritt zu denken, zu planen und ihn dann zu gehen.
Schweißroboter steigern die Produktivität bis zu 40 %
Im Rahmen einer Umstellung vom manuellen Schweißen auf automatisiertes Schweißen können die Fertigungsprozesse um bis zu 40 % beschleunigt werden und erzielt gleichzeitig reproduzierbare Schweißergebnisse.
Wachsende Anforderungen an Produktivität und Qualität bei gleichzeitig steigenden Lohnkosten und einem Mangel an gut ausgebildeten Fachkräften stellen Industrieunternehmen vor neue Herausforderungen.
Die Nachfrage nach automatisierten Fertigungslösungen ist enorm und steigt weiter. Dies liegt vor allem an großen Investitionen in der Automobilindustrie, von denen zahlreiche Branchen profitieren. Die Roboterdichte in Zahlen ausgedrückt: 2020 kamen in Deutschland auf 100.000 Mitarbeiter 371 Roboter-Einheiten.
Die Fertigungslinien müssen Baugruppen in verschiedenen Losgrößen und Varianten bearbeiten. Die Positionierer lassen sich auf die unterschiedlichen Größen einstellen und bringen die Werkstücke in die optimale Schweißposition. Um ein schnelles Umrüsten zu ermöglichen, kann die Roboteranlage Offline programmiert werden. Während in der Anlage die Produktion läuft, wird gleichzeitig ein neues Programm erstellt, was nochmals Zeit spart.
Schweißer können sich verstärkt auf die Prozessüberwachung konzentrieren
Da nun die Roboter die physisch schwere Arbeit erledigen, ist die allgemeine Gefährdung durch Lichtbogenstrahlung und Schweißrauch geringer. Die Schweißer können sich verstärkt auf die Prozessüberwachung konzentrieren. Die Mitarbeiter werden geschult, um die Technik voll ausnutzen zu können.