Fantasie oder Realität: eine Fabrik, in der nur Roboter arbeiten

Unbemannte Fabriken - fast, aber nicht ganz

Technische und wirtschaftliche Veränderungen, die Digitalisierung der Produktion und die Automatisierung auf allen Ebenen des Lebens führen auch zu Veränderungen bei den Arbeitskräften. Unternehmen kaufen zunehmend Roboter und ersetzen Mitarbeiter teilweise durch Maschinen. Analysten versprechen seit langem einen raschen Abbau von Fabrikarbeitern durch die Robotisierung. Einige Industriestandorte haben die manuelle Arbeit bereits aufgegeben und die Mitarbeiter durch Maschinen ersetzt. Aber im Moment sind die Menschen noch da. Cobots - Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten - gelten als wahrscheinlicher für die Zukunft. Nach Angaben der International Federation of Robotics' wurde 2021 ein neuer Rekord aufgestellt - 3 Millionen Industrieroboter arbeiteten bereits in Fabriken auf der ganzen Welt, 10 % mehr als vor einem Jahr. Asien ist der weltweit größte Markt für Industrieroboter: 71% aller 2020 gekauften Roboter werden dort installiert, wobei China den größten Teil ausmacht - 168.400 Einheiten, 20% mehr als im letzten Jahr. Dies ist die höchste jemals für ein einzelnes Land verzeichnete Stückzahl. Inzwischen sind in China bereits 943.223 Roboter in Betrieb, so dass die 1-Million-Marke im Jahr 2021 bereits überschritten wurde. Der zweitgrößte Markt für Industrieroboter nach China ist Japan. Allerdings wurde die japanische Wirtschaft von der Covid-19-Pandemie hart getroffen, mit einem Umsatzrückgang von 23 % im Jahr 2020 und nur 38.653 installierten Robotern, aber der japanische Robotikmarkt wird voraussichtlich um 5 % im Jahr 2022 wachsen. Die USA sind der größte Nutzer von Industrierobotern und der drittgrößte in der Welt. Die Erwartungen für den nordamerikanischen Markt sind insgesamt sehr positiv. Die Installationen von Industrierobotern erreichen wieder das Niveau von vor der Rezession. Im Jahr 2021 wird die Zahl der automatisierten Anlagen um fast 17 % steigen. Die Republik Korea ist nach Japan, China und den Vereinigten Staaten der viertgrößte Robotermarkt in Bezug auf die jährlichen Installationen geworden. Korea hat mit 932 Robotern pro 10.000 Einwohner den weltweit höchsten Robotisierungsgrad in der Elektronik- und Automobilindustrie (zum Vergleich: Singapur, das bei diesem Indikator an zweiter Stelle steht, hat nur 605 Roboter pro 10.000 Einwohner, und Japan hat 390). Die wichtigsten Einsatzgebiete für Industrieroboter sind nach wie vor die Elektronik- und die Automobilindustrie. Der branchenweite Meilenstein von 500.000 weltweit installierten Industrierobotern pro Jahr wird bereits im Jahr 2024 erreicht. Bereits im Jahr 2030 werden weltweit 20 Millionen Arbeitsplätze durch Roboter ersetzt werden, so die Analysten von Oxford Economics. Seit dem Jahr 2000 sind bereits 1,7 Millionen Arbeitsplätze dank Robotern weggefallen: 400 Tausend in Europa, 260 Tausend in den USA und 550 Tausend in China. Laut Statistik entfallen auf einen Roboter bis zu 1,6 Arbeitsplätze. Analysten gehen davon aus, dass sich die Roboterisierung auf Regionen auswirken wird, in denen vor allem ungelernte Arbeitskräfte eingesetzt werden.

Was ist eine umfassende Automatisierung?

Wenn das Produktionsvolumen in irgendeinem Bereich steigt, ist die natürliche Lösung die Prozessautomatisierung. Dieser Prozess beinhaltet die Einführung neuer Technologien, Anlagen und geeigneter Software. Während früher in fast allen Phasen der Produktion manuell gearbeitet wurde, werden heute viele Vorgänge von Maschinen, Robotern und mit Hilfe von computergestützten Konstruktionssystemen ausgeführt. Die Automatisierung kann sowohl auf einzelne Produktionsprozesse als auch auf deren Gesamtheit angewendet werden. Die umfassende Produktionsautomatisierung wird eingeführt, um die Effizienz und Rentabilität zu steigern und finanzielle und zeitliche Ressourcen zu sparen. Die umfassende Produktionsautomatisierung ist eine Art der industriellen Automatisierung, bei der alle Phasen des Produktionsprozesses, einschließlich des Transports und der Qualitätskontrolle der Produkte, mit Hilfe spezieller Anlagen durchgeführt werden, die mit Hilfe von Programmen und Modi gesteuert werden und durch ein gemeinsames Steuersystem verbunden sind. Die komplexe Automatisierung umfasst fast alle Phasen der Vorbereitung und Herstellung von Produkten: Entwurf, Steuerung der Maschinenausrüstung während der Produktion, Erfassung und Verteilung von Informationen, Palettierung, Versand und Abrechnung. Die Ersetzung von Menschen durch Roboter wird die Einführung automatisierter Prozesse zu minimalen Kosten erleichtern. Letztendlich werden die Fabriken die Zahl der Beschäftigten auf ein Minimum reduzieren, wenn nicht sogar eine mannlose Produktion schaffen. Berufe, die mit Empathie und Kreativität verbunden sind, werden sich länger halten als andere. Obwohl ein Roboter bereits ein Bild gemalt hat, das für 432,5 Tausend Dollar versteigert wurde, wird die Nachfrage nach intelligenten und qualifizierten Fachkräften vor dem Hintergrund der Ersetzung von Menschen durch Roboter steigen.

Ziele der Unternehmensautomatisierung

Die Ziele der Modernisierung von Produktionsprozessen, die durch Automatisierung erreicht werden können, sind:

• Schnelle Anpassung der Produktion an die vorgenommenen Änderungen,
• Steigerung der Produktqualität
• Reduzierung der Produktionskosten,
• höhere Produktionskapazität,
• eine schnellere Markteinführung von Produkten
• verbesserte Sicherheits- und Ergonomiefaktoren.

Die Haupttypen der Automatisierung sind der Umfang ihrer Anwendung

Hardware-Software-Komplexe

Hardware-Software-Komplexe sind ein System von Hardware- und Softwarelösungen, die parallel arbeiten, um eine oder mehrere homogene Aufgaben zu erfüllen. Aufgrund der Einführung solcher Komplexe können Eigentümer von Unternehmen in allen Bereichen die Effizienz und Rentabilität der Produktion verbessern und das Volumen der im Umlauf befindlichen Vermögenswerte reduzieren. Oft kann die Verwaltung des Gerätes mit jedem Internetbrowser erfolgen, was den Wartungsaufwand minimiert. Solche Komplexe sind mit einer Leistungsüberwachung ausgestattet, die im Fehlerfall eine automatische Wiederherstellung der Funktionalität ermöglicht. Optimierte Software hilft, Produktionsprozesse so schnell wie möglich hochzufahren. Beispiele für Software- und Hardwarekomplexe sind automatisierte Arbeitsstationen, Videoanalyse, Videoüberwachung und Zugangskontrollsysteme.

Automatisierte Produktionslinien

Automatisierte Fertigungsstraßen werden für die Massenproduktion von Produkten eingesetzt, die eine mehrstufige Verarbeitung erfordern. Die Produktionslinie besteht aus geografisch verteilten Arbeitsstationen in einer Fabrik, die durch ein mechanisiertes Arbeitstransportsystem verbunden sind, das Teile in einer vorbestimmten Reihenfolge von einer Arbeitsstation zur nächsten liefert. Der Betrieb der Linien erfolgt weitgehend ohne Bedienereingriff. Die Aufgabe des Einrichters besteht darin, den Betrieb der Anlagen periodisch zu kontrollieren, die Werkstücke am Anfang der Linie zu laden und am Ende der Linie zu entnehmen. Dank des Einsatzes von automatisierten Linien wird ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit in der Produktion erreicht: die Anzahl der Arbeiter und Maschinen wird minimiert und die Produktionsfläche wird reduziert. Darüber hinaus verbessern automatisierte Linien die Qualität der Teile und die Stabilität der Produktion.

Robotik in der Automatisierung

Die Robotik als Methode der Produktionsautomatisierung wird immer beliebter. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil einer umfassenden Automatisierung. Oft wird angenommen, dass die Einführung der Robotik nur für die Großproduktion gilt, doch das ist ein Irrtum. Auch kleine Unternehmen bevorzugen Industrieroboter, weil sie sich von den vielen Vorteilen dieser Geräte leiten lassen. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören eine kurze Amortisationszeit, die langfristige Senkung der Produktionskosten, die Minimierung des menschlichen Faktors und der Ausschussquote, die Gewährleistung der Qualität der ausgeführten Arbeiten, die Steigerung der Arbeitsfähigkeit und der Produktionsgeschwindigkeit, die Programmierbarkeit und die einfache Neukonfiguration. Heutzutage werden die meisten Roboter in der Fertigung eingesetzt und in drei Kategorien eingeteilt: Be- und Entladen, Bearbeitung, Montage und Kontrolle. Die erste Kategorie umfasst den Transport und das Be- und Entladen von Materialien auf ein Förderband oder eine Maschine. Beim Transport besteht die Aufgabe der Roboter darin, Teile von einem Ort zum anderen zu bewegen. Andere Vorgänge sind komplexer, wie z. B. das Ablegen von Teilen auf Paletten in einer vom Roboter selbst berechneten Reihenfolge. Für das Be- und Entladen von Materialien wird ein Roboter mit einem speziellen Greifer eingesetzt. Bei automatisierten Bearbeitungsvorgängen steuert der Roboter ein bestimmtes Werkzeug, zum Beispiel beim Punktschweißen und Lackieren. Das Punktschweißen von Autokarosserien ist eine der häufigsten Anwendungen von Industrierobotern in den Vereinigten Staaten. Andere Arbeitsgänge in dieser Kategorie sind Schleifen, Polieren und Fräsen. Industrieroboter werden heute in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Medizin, in der Lebensmittelindustrie, im Automobilbau, in der Metallverarbeitung, bei optischen Geräten und vielen anderen.

Unmenschliche Kampagnen

Die Automobilindustrie ist das größte Robotiksegment. Darüber hinaus verzeichnen die Lebensmittel-, Kunststoff- und Chemieindustrie ein schnelles Wachstum. Die Unternehmen in den Industrieländern ersetzen nicht nur Menschen durch Roboter, sondern bauen auch Hallen oder Lager, in denen Menschen keinen Platz haben.

Amazon spart dank Robotern jährlich 22 Millionen US-Dollar ein. An den Standorten der Einzelhändler arbeiten mehr als 100.000 Roboter. Das Unternehmen plant, bis 2025 100.000 Mitarbeiter zu Schulungen zu schicken, nachdem es 700 Millionen US-Dollar dafür ausgegeben hat.

Im Philips-Werk in Drachten, Niederlande, produzieren 128 Roboter Elektrorasierer in Werkstätten ohne Beleuchtung. Vor der Gründung der Fabrik stellte das Unternehmen hochwertige Rasierer her. Daher wurde die Handarbeit in der Fabrik auf ein Minimum beschränkt.

Das Unternehmen sah sich mit der Notwendigkeit konfrontiert, die Modelle der produzierten Rasierer schnell zu ändern. Das Portfolio des Unternehmens umfasst 60 Gerätelinien und 600 Modelle. Die Fabrik kann ohne Personal in Stunden von einem Modell zum anderen wechseln.

Das Unternehmen weiß nicht, wie die Rasierer in zehn Jahren aussehen werden, aber es entschied sich für Geräte, die zu minimalen Kosten auf neue Modelle umkonfiguriert werden können. Der Rasierer besteht aus drei Hauptkomponenten, die auf unabhängigen Linien montiert werden. Das Montagesystem ist modular aufgebaut, wobei jede Zelle getrennt und verbunden wird, ohne die Produktion zu stoppen. Neun Personen überwachen die Ausgabequalität.

Das Audi-Werk in Ingolstadt (Deutschland) stempelt täglich bis zu 2,5 000 Autos. Die Montagehalle arbeitet ohne Licht, ist aber mit Bewegungsmeldern ausgestattet. Das Licht schaltet sich ein, sobald jemand den Laden betritt. Die 800 Präzisionsschweißroboter verrichten kontinuierlich ihre Arbeit in Sekundenschnelle.

Die Einzigartigkeit der Fabrik liegt in der Herstellung von Maschinen auf Bestellung. Ob der Kunde ein Schiebedach, ein Lenkrad auf der linken Seite oder knallige Farben wünscht, die Roboter berücksichtigen jeden Wunsch. Ein spezielles Modul wird angewendet, um die Bestellungen zu verwalten.

Früher wurden Tausende von Präzisionsschweißnähten von Schweißern hergestellt. Durch die Automatisierung konnte der Personalaufwand reduziert und gleichzeitig das Qualitätsniveau gesteigert werden. Lebende Mitarbeiter wurden am Endmontageband und in der Endfertigung zurückgelassen, wo die Innenausstattung des Fahrzeugs eingebaut wird.

In der Mobiltelefonfabrik der Changying Precision Technology Company in Dongguan (China) haben Roboter fast alle Menschen ersetzt. 60 Roboterarme produzieren Tag für Tag ununterbrochen Smartphone-Komponenten an zehn Fließbändern. Ein Roboterarm ersetzt die Arbeit von 6-8 Mitarbeitern. Das Unternehmen plant, die Zahl der Roboter auf tausend zu erhöhen.

Die Linien sind mit einem automatisierten Förderer ausgestattet, dessen Arbeit von drei Personen gesteuert wird. Die Überwachung erfolgt aus der Ferne. Durch die Verbesserung der Roboter konnte die Anzahl der Fehler von 25 % auf 5 % reduziert werden. Die Produktivitätssteigerung betrug 250 %.

Im Jahr 2012 automatisierte L'Oréal (Frankreich) die Blisterverpackungslinie in seinem Werk in Somerset, England.

Einige Jahre lang wurde die Blisterverpackung in der Fabrik manuell durchgeführt, da nicht viele Produkte auf diese Weise verpackt wurden. Die Hauptnachteile der manuellen Verpackung sind Kosten, geringe Sicherheit und geringe Effizienz. L'Oréal benötigte Roboter, um die erforderlichen Standards für Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit zu erfüllen.

Die Einführung von Robotern entsprach der hohen Nachfrage nach den Produkten und erfüllte die zu Beginn des Projekts anvisierten Anforderungen an Produktivität, Arbeitsaufwand, Kosten und Effizienz.

Das niederländische Unternehmen MQ Statieven hat seine Produktionslinie automatisiert. MQ Statieven produziert Stative für Industrie, Erdarbeiten, Bauwesen und Eisenbahnen. Um Prozesse zu automatisieren, wählten sie einen kollaborativen Roboter, der für den Schwerlastbetrieb ausgelegt ist. Der Roboter kann bis zu zwölf Kilogramm schwere Teile heben.

Bei MQ Statieven wird der Roboter ausschließlich zum Beladen der Maschine verwendet. Das System nimmt das Rohmaterial auf, nimmt das bearbeitete Material aus dem Spannfutter, legt das Rohmaterial an seinen Platz und legt das bearbeitete Material auf das Förderband. Auf diese Weise werden die Mitarbeiter von lästiger Arbeit befreit und können sich wichtigeren Aufgaben widmen, um die Produktion zu erweitern.

Der Grund für die Automatisierung im Unternehmen ist ein Mangel an Technikern. Mit einer begrenzten Anzahl von Menschen konnte die Fabrik nur für kurze Zeit hart arbeiten, aber das war keine langfristige Lösung. Die Lösung war der Einsatz eines Roboters, der die monotone Arbeit übernimmt.

Die Spezialisten von MQ Statieven haben den Roboter mobil gemacht. Sie bewegen es mit einem Wagen mit Pumpe schnell von einer Maschine zur anderen, und die Einrichtung dauert nur 15 Minuten, sodass die Automatisierung in kleinen Produktionen effizienter wird. Nach Angaben des Firmeninhabers amortisieren sich die Kosten für den Cobot innerhalb eines Jahres, sofern er nur während der Tagschichten eingesetzt wird.

Die Effizienz des Roboters ist viel höher als die eines Menschen. Der Roboter kann ohne Unterbrechung arbeiten, was die tägliche Produktivität um 12 Prozent erhöht. Darüber hinaus kann der Roboter Material mit einer Geschwindigkeit von 12-20 Sekunden wechseln. In weniger als einem Jahr hat sich seine Produktivität um etwa 30 % erhöht. Und das sind noch nicht alle Funktionen, die der Roboter zu bieten hat.

Isomo (ISOlation Modern) ist eine bekannte belgische Marke, die Styroporplatten herstellt. Isomo verkauft 40 % seiner Produkte in Belgien. Hinzu kommt Frankreich, ein potenziell wachsender Markt für kleinformatige Module, den das Unternehmen so schnell wie möglich erschließen wollte. Das Problem war, dass die eingesetzte Isolierverpackungslinie nicht an die kleinen Formate angepasst war und somit die Erschließung des neuen Marktes behinderte. Anfangs war der Verpackungsprozess halb manuell.

Im August 2011 wurde eine neue automatisierte Linie implementiert, um kleinere Plattengrößen schneller und effizienter zu handhaben.

Die neue Linie ist mit zwei Robotern zum Entladen und Handhaben von Plattenstapeln ausgestattet. Der erste Roboter übernimmt die Platten vom ersten Roboter, und der zweite, ausgestattet mit speziellen Greifern, nimmt die erforderliche Anzahl von Platten auf und schickt sie zur Verpackungsmaschine. Ein Computer steuert die gesamte Installation.

Zusätzlich zur Verdoppelung der Isolationskapazität der Verpackung (wenn man bedenkt, dass dies das Haupthindernis war) und der Vergrößerung des Produktionsumfangs reduzierte das Unternehmen den Produktionsprozess von drei auf zwei Schichten.

Unbemannt und teuer

Der Übergang zur digitalen Fertigung umfasst das Entwerfen und Bauen einer Fabrik von Grund auf. Die Schaffung intelligenter Fabriken beinhaltet die Robotisierung und die Umsetzung eines digitalen Konzepts. Systeme werden komplexer, und künstliche Intelligenz analysiert Daten und trifft Entscheidungen ohne menschliches Zutun – diese Prozesse führen zur Entstehung eines solchen Konzepts wie einer Lights-out-Fabrik. Die unbemannte Fabrik beginnt mit der Produktdesignphase, dem digitalen Zwilling und anderen Technologien. Das nächste ist die Einstellung der Produktion, Logistik und Verwendung des fertigen Produkts. Menschenlose Fabrikprojekte erfordern erhebliche Investitionen nicht nur in Ausrüstung, sondern auch in die Infrastruktur. Der Start eines Großprojekts ist vor allem mit wirtschaftlichen Risiken verbunden und dauert lange. Die Wirtschaftlichkeit eines Projekts wird durch die Amortisationszeit bestimmt, die traditionell weniger als drei Jahre beträgt. Ein weiteres Problem für ein Unternehmen, das sich für den Bau einer solchen Anlage entscheidet, ist die ausreichende Verfügbarkeit von Fachwissen, Ressourcen und Ausrüstung in der richtigen Qualität. Es ist eine Herausforderung, unbemannte Produktionsanlagen in schnell wachsenden Industrien zu bauen. Oft verkürzen Unternehmen im Streben nach Automatisierung den Testmoment. Deshalb produzieren Roboter Ausschuss. Daher benötigen auch unbemannte Fabriken Menschen. Viele Experten glauben, dass pro Produktionsbereich ein oder zwei Spezialisten gefragt sind und für ein ganzes Werk mit 8-10 Regionen ein Team von mindestens 5-6 Personen benötigt wird. Gleichzeitig halten sie es für vernünftig, in gefährlichen Produktionsstätten vollständig auf menschliche Dienste zu verzichten.

Der Mann wird unterschätzt

Der Milliardär Elon Musk wollte die Menschen in der Tesla-Autofabrik vollständig ersetzen, aber er schickte die Mitarbeiter zurück in die Sitzinstallationsabteilung des Ausstellungsraums. Der Punkt ist, dass Roboter die Bewegungen eines Menschen nicht nachahmen und die Aufgabe gut ausführen können. Elon Musk gab zu, dass er es eilig hatte, das Personal zu ersetzen. Er glaubt, dass Menschen unterschätzt werden, weil ein Mensch und ein Roboter gemeinsam bessere Ergebnisse erzielen als alleine. Eine neue Dimension wird entstehen, wenn menschlicher Intellekt und künstliche Intelligenz zusammenkommen. Die Zukunft der Fertigung liegt in der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Aus diesem Grund wird der Markt für kollaborative Roboter in Kürze um 44,5 % jährlich bis 2025 auf rund 8,5 Milliarden US-Dollar wachsen. Die Nachfrage nach kollaborativen Robotern für die intelligente Montage von Teilen und Elektronik, bei denen mechanische Aktionen allein nicht ausreichen, wächst am schnellsten.