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Fabrik der Zukunft

Losgröße 1 in Serie produzieren

| Autor/ Redakteur: Jörg Reger / Mag. Victoria Sonnenberg

Die Fabrik der Zukunft ist nicht nur effizienter – sie ist von Grund auf anders. Dank Digitalisierung und erweiterter Konnektivität kann die neue Fabrik individuell angepasste Produkte in Serie herstellen. Menschen arbeiten dabei so eng wie noch nie mit Robotern zusammen.

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Die Fabrik der Zukunft ist durch Flexibilität, Modularität, Digitalisierung und enger Zusammenarbeit von Mensch und Maschine gekennzeichnet. Durch den Einsatz von Maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz sollen Roboter langfristig selbstlernend oder selbstoptimierend sein.
Die Fabrik der Zukunft ist durch Flexibilität, Modularität, Digitalisierung und enger Zusammenarbeit von Mensch und Maschine gekennzeichnet. Durch den Einsatz von Maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz sollen Roboter langfristig selbstlernend oder selbstoptimierend sein.
(Bild: ABB/Stefan Kiefer)

Bis dato setzt die Industrie bei der Produktion ihrer Waren primär auf die Nutzung von Skaleneffekten: Artikel werden in großen Mengen und über einen längeren Zeitraum unverändert produziert, um so geringere Kosten und höhere Margen zu erreichen. „Seit Beginn der Industrialisierung spielen Skaleneffekte eine Schlüsselrolle“, erklärt Steven Wyatt, Leiter Marketing und Vertrieb der Business Unit Robotics bei ABB. „Typisch sind hier fixe, aber hohe Kapitalkosten bei niedrigen variablen Kosten. Heute jedoch ist der neue Standard in vielen Branchen ein Produktmix mit geringeren Stückzahlen und hoher Diversität, statt eine Massenproduktion ohne Vielfalt.“

Gewandeltes Kaufverhalten erfordert neue Produktionsweisen

Die Ansprüche der heutigen Verbraucher an Produkte – von Kleidung über Unterhaltungselektronik bis hin zu Lebensmitteln – haben sich gewandelt. Sie erwarten individuelle „Trend“-Produkte. Um diesem neuen Kaufverhalten gerecht zu werden, benötigen Hersteller flexible Automatisierungslösungen. Neue Produktpaletten und Verpackungen sowie deutlich kürzere Produktlebenszyklen – bei einigen Waren von nur wenigen Monaten – sind gefragt. „Die neue Produktionsweise muss berücksichtigen, dass Verbraucher aus einem breit gefächerten Angebot auswählen möchten“, erläutert Wyatt. „Die alten Fertigungssysteme sind dafür nicht flexibel genug. Die Fabrik der Zukunft ermöglicht die ‚kundenindividuelle Serienfertigung‘. Jeder Artikel wird individuell angepasst, bei der Herstellung jedoch in Masse produziert.“

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Um dem wachsenden Produktmix gerecht zu werden, setzt die Fabrik der Zukunft auf die Flexibilität verschiedener Robotertypen und eine zunehmend engere Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Es wird zwar nach wie vor den „klassischen“ Industrieroboter geben, der autark seine Arbeit verrichtet. Dieser lässt sich aber innerhalb weniger Minuten und ohne die Produktion stoppen zu müssen, umrüsten. Für die engere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter werden in der Fabrik der Zukunft kollaborative Roboter eingesetzt. Durch den sicheren Betrieb von kollaborativen Robotern ohne Schutzkäfig können Hersteller den Produktionsfluss frei auf Kundenbedürfnisse ausrichten. Beispielweise kann ein kollaborativer Roboter in der „Frühschicht“ für das Kleben von USB-Sticks eingesetzt werden und nachmittags an einer Station zur Lasergravur.

Machine Learning erhöht Verfügbarkeit und vereinfacht Prozesse

Zu Wartungszwecken werden die Roboter sowohl mit einem zentralen Kontrollsystem verbunden, als auch mit den unternehmensinternen Bestell-, Datenerfassungs- und Einsatzsystemen. So kann bei einem umfangreichen Auftrag automatisch sichergestellt werden, dass zusätzliche Ressourcen vorhanden sind und die Auslieferung des Produkts pünktlich erfolgt. Das System könnte sogar erkennen, dass aufgrund einer neuen Werbekampagne für die kommende Woche eine höhere Nachfrage erwartet wird und entsprechend reagieren.

Der nächste Schritt besteht schließlich in der Weiterentwicklung des Maschinellen Lernens bzw. der Erkennung von Mustern durch künstliche Intelligenz. Roboter sind derzeit auf programmierte Abläufe beschränkt, weshalb sie nicht wie der Mensch auf Veränderungen in der Umwelt oder in ihren Aufgaben reagieren können. „Das langfristige Ziel sind leistungsstärkere Roboter, die einfacher eingesetzt werden können und weniger menschliche Eingriffe erfordern“, so Wyatt. Dies zeigt sich bereits im Wechsel von der Programmierung der Roboter zum „Unterrichten“ durch Lead-Through-Programming. Dabei führt der Mensch den Roboterarm an die gewünschten Positionen und speichert diese über eine grafische Benutzeroberfläche ab. Befehle wie „Greifer auf / zu“ lassen sich ebenfalls mit wenigen Klicks hinzufügen. Dies stellt eine ungemeine Vereinfachung des Prozesses dar, war vormals doch eine umfangreiche, vom Experten durchgeführte Roboterprogrammierung notwendig. Die Programmierdauer kann nun von vielen Stunden auf einige Minuten verkürzt werden.

Onlinekurse zu Machine Learning Digitales Weiterbildungsangebot
Das Würzburger Fachmedienunternehmen Vogel Business Media geht gemeinsam mit dem Münchner Start-up „University4Industry“ (U4I) neue Wege der digitalen Weiterbildung. Die Onlinekurse sollen es vor allem kleineren und mittelständischen Industrieunternehmen ermöglichen, „Industrie 4.0“ konkret im eigenen Betrieb anzuwenden.

Zukünftig können Roboter zudem eine neue Aufgabe, wie zum Beispiel unbekannte Objekte aufheben, von anderen Robotern lernen. Dank Maschinellem Lernen wird eines Tages sogar der selbstoptimierende Roboter realisiert. Was wäre, wenn sie genauso wie Menschen analysieren könnten, was gut und was schlecht gelaufen ist, um am nächsten Tag bessere Leistungen zu erbringen? Eines ist aber schon heute klar: Unternehmen, die in Automatisierungslösungen für gesteigerte Flexibilität, Effizienz und Leistung investieren, werden in der Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Industrie-4.0-Daten offenbaren Potentiale

Es liegt an der Fabrik der Zukunft, neue Produktionsweisen zu ermöglichen – die nötigen Werkzeuge dafür sind bereits vorhanden: Beispielsweise kann dank virtueller Inbetriebnahme die Produktion schneller gestartet werden, da bereits vor der Installation Tests wichtige Erkenntnisse bringen und Optimierungen erfolgen können. Mit Sensoren und cloudbasierten Systemen können die Betriebsdaten aller Maschinen erfasst wer-den. Die Informationen können beispielsweise zur vorausschauenden Instandhaltung genutzt werden, um die Verfügbarkeit zu erhöhen oder etwaigen Maschinenausfällen vorzubeugen. Mit ABB Ability Connected Services, einem digitalen Service-Portfolio, löst ABB zum Beispiel einen zuvor reaktiven Ansatz bei der Wartung des Roboterbestandes durch einen vorausschauenden und proaktiven Ansatz ab.

Anwender erzielen bei ihren eingesetzten Robotern dadurch bis zu 25 % weniger Störungen und können die Reaktions- und Behebungszeit bei Problemen um bis zu 60 % kürzen. Doch viele der 1,7 Millionen weltweit zum Einsatz kommenden Industrieroboter sind noch nicht mit dem industriellen Internet verbunden. Dadurch gehen Fabriken wertvolle Informationen verloren, mit der die Leistung verbessert und der Bediener bei der Entscheidungsfindung unterstützt werden könnte. Laut Steven Wyatt sind aktuell nur rund fünf Prozent der Industrieroboter mit einem Netzwerk verbunden. Dort liege „außerordentliches Potenzial“. MM

* Jörg Reger ist Local Business Unit Manager Robotics bei der ABB Automation GmbH in 61169 Friedberg, Tel. (0 60 31) 85-0, robotics@de.abb.com

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