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Roboter Die neuen Kollegen im Mittelstand

Autor / Redakteur: Ines Stotz / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Automatisierung durch Roboter – viele Mittelständler winken ab: Robotik sei teuer, brauche Expertenwissen und berge Gefahren für die Mitarbeiter. Doch Beispiele zeigen, wie neue Industrieroboter auch dem Mittelstand helfen, Rentabilität zu steigern.

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Wer in Hinblick auf „Industrie 4.0“ zukunftsorientiert investieren möchte, setzt heute auf die Automatisierung von Werkzeugmaschinen, um für die Zukunft gut aufgestellt zu sein.
Wer in Hinblick auf „Industrie 4.0“ zukunftsorientiert investieren möchte, setzt heute auf die Automatisierung von Werkzeugmaschinen, um für die Zukunft gut aufgestellt zu sein.
(Bild: ©Alexander Limbach - stock.adobe.com)

Ein Blick in die Fertigungshalle: Während die Drehmaschine zerspant, reicht ein Roboter das teilbearbeitete Werkstück zum Bohr-Fräs-Zentrum weiter. Dort reinigt die Maschine das Fertigteil, entnimmt es, bereitet das Spannsystem vor und legt das vorgedrehte Bauteil ein. Beide Maschinen fertigen so parallel in einem Zyklus jeweils ein Motorengehäuse. Der Roboter transportiert danach das fertig bearbeitete Gehäuse zum Puffersystem und setzt es in einen Werkstückträger. Er nimmt wiederum ein Rohteil auf und das Ganze wiederholt sich. Rund um die Uhr – bei stets gleichbleibender Qualität. Ein Szenario, das in Deutschlands Fabrikhallen bei den kleinen und mittleren Unternehmen im Werkzeugmaschinenbau zwar noch rar, aber auf dem Vormarsch ist.

Robotik holt die Wertschöpfung zurück

Für dieses Wachstum gibt es gute Gründe: So ermöglicht Automatisierung für Betriebe unabhängig von der Größe eine autarke, von Zulieferern weitestgehend unabhängige Fertigung, indem sie Maschinen auslastet und Rüstzeiten verkürzt – zwei Punkte, die sich positiv auf die Produktivität auswirken. Zudem wird es für Unternehmen zunehmend schwieriger, Personal für wenig anspruchsvolle und repetitive Aufgaben zu finden, sie können so auch dem Mangel an Arbeitskräften und den Folgen des demografischen Wandels entgegenwirken.

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Zudem erfordert die rasant wachsende Variantenvielfalt in vielen Branchen flexiblere Prozesse. Außerdem ermöglicht Robotik kalkulierbare Sicherheit: konstant hohe Qualität, wenig Ausfallzeiten, Produktion nachts und am Wochenende – all das sind für Unternehmen aus dem Mittelstand wichtige Argumente.

Und das Wichtigste natürlich: die Kosten. Neben den Vorteilen in Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit entstehen bei der Produktion mit einer automatisierten Anlage mehr oder weniger immer die identischen Kosten, egal wo sie sich befindet. Somit erhält man unter anderem eine bessere Planbarkeit bzw. planbare Kosten. Die Qualität der Werkstücke bei einer automatisierten Bearbeitung ist dabei immer gleich hoch. Für Kai Kohler, Global Key Account Manager / Product Management bei der Zimmer Group, holt die Robotik damit nichts weniger als die Wertschöpfung zurück. Denn aufgrund des Kostendrucks müssen heimische Unternehmen automatisieren, um mit der günstigen Konkurrenz aus anderen Ländern mithalten und wettbewerbsfähig bleiben zu können. Zusammengefasst: sie müssen flexibel, kostengünstig und fehlerfrei produzieren.

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Und die Integration?

Roboter sind die ideale Lösung für KMU, um Arbeitskräftemangel aufzufangen und die Produktion zu sicherer und die Qualität gleichmäßiger zu machen. Dennoch tun sie sich viele kleine Fertiger bisher schwer mit dem ihrem Einsatz Kleine Stückzahlen, die häufiges Umrüsten erfordern, eine dünne Personaldecke mit vielleicht nur einem einzigen Roboterspezialisten lassen vor dem Einsatz zurückschrecken. Vor allem aber: ein Grund hemmt den massenhaften Einsatz: Schließlich arbeitet ein Roboter ja nicht im luftleeren Raum, sondern eingebunden in ein Maschinen- und Automatisierungsumfeld.

Doch allein die Programmierung eines Roboters ist noch immer Spezialistenwissen – das einfache Anbinden verschiedener Roboter an verschiedene Werkzeugmaschinen(-steuerungen) ist eine Vision, da praktisch jeder Hersteller mit individuellen Anbindungen arbeitet.

Die Lösung des Dilemmas: Die vom VDW initiierte Universal-Schnittstelle Umati (Universal Machine Tool Interface). Sie soll als herstellerübergreifender Standard das Normungs- Problem lösen und die Basis zur flächendeckenden Digitalisierung der Produktion legen. Mehr als 70 Partner haben dazu auf der EMO 2019 Beispiele vorgestellt. Doch bis die Schnittstelle in der Praxis tatsächlich ankommt, schein noch es noch ein langer Weg. Warum eigentlich?

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU will nicht länger warten. Es hat eine Lösung vorgestellt, die mittels Künstlicher Intelligenz und Vision-Lösungen manuell ausgeführte Tätigkeiten kopiert und automatisiert den Roboter programmiert. Laut IWU sind dabei für den Anwender keine Programmierkenntnisse nötig. Und vor allem: Die Anbindung des Roboters an die Werkzeugmaschine erfolgt ohne individuell programmierbare Schnittstellen.

Zukunftsmusik? Hoffentlich nicht. Der deutsche Mittelstand braucht schnellere Lösungen als bisher. Nur dann kann er seine Stärke im Weltmarkt verteidigen.

In kleinen Schritten mitwachsen

Auf der Suche nach passenden Strategien entdecken viele KMU gerade die Vorteile der Robotik. Beispielsweise in Form mannloser Nachtschichten oder teilautomatisierter Prozesse, die dem Nutzer eine Mehrmaschinenbedienung eröffnen. In der Regel geht es dabei nicht um Highend-Automation, sondern um weniger komplexe, aber flexible Automatisierungslösungen.

Nicht zuletzt ist die Skalierbarkeit ein großes Thema: „Die Automation muss mit der Erfahrung des Unternehmens mitwachsen und darf die Bediener nicht überfordern“, sagt Harald Dickertmann, Executive Vice President Sales Gripping Systems bei Schunk.

So sind etwa smarte Greifwerkzeuge mit einfachen Inbetriebnahmetools insbesondere dort eine Hilfe, wo Nutzer Handhabungsaufgaben mit dem Roboter zum ersten Mal lösen oder nur wenig Zeit haben, um eine Umrüstung vorzunehmen. Entscheidend sind zwei Faktoren: Eine intuitive Programmierung sowie eine schnelle Integration von Greifern und End-of-Arm-Tools.

Zunächst klein anfangen

Auch bei Kuka hat man gute Erfahrungen damit gemacht, wenn KMU, die wenig oder keine Erfahrung mit Automatisierung haben, zunächst einmal klein anfangen. „Es ist wichtig, sich mit der Technik vertraut zu machen und Erfahrungen zu sammeln“, meint Steffen Günther, Business Development Manager Machine Tools bei Kuka.

Für den Einstieg in die Automatisierung bietet es sich beispielsweise an, mit einfachen Anwendungen wie Palettieren oder Pick-and-Place zu beginnen, um erste Erfahrung zu sammeln und Berührungsängste bei den Mitarbeitern abzubauen. Mit der Zeit lassen sich Kompetenzen im Bereich der Robotik im eigenen Unternehmen aufbauen und auch aufwendigere Anwendungen automatisieren. Dabei weist Jürgen von Hollen, CEO und Geschäftsführer bei Universal Robots (Deutschland) darauf hin, dass es bei der ersten Implementierung eines Cobots (kollaborierender Roboter) wichtig ist, sich mit den Anforderungen und den Umgebungsbedingungen zu beschäftigen. Entscheidend bei Applikationen im Maschinenbau sind dabei vor allem die Reichweite und der Payload eines Roboters.

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Roboter/ Cobots an Werkzeugmaschinen
Die häufigsten Einsatzgebiete
  • Bestücken und Entladen von Werkzeugmaschinen
  • Werkzeughandling
  • Verlinkung von Maschinen
  • Nachbearbeitung von Werkstücken, z. B. Entgraten, Polieren, Schleifen
  • Einsatz mobiler Robotik, z. B. für Werkzeugwechsel an den Maschinen
  • anspruchsvolle Anwendungen, z. B. Bin-Picking (Griff in die Kiste)
  • Software: Auswerten von Kennzahlen, wie MTBR, Taktzeiten

Generell sollte am Anfang einer möglichen Automatisierung immer eine Machbarkeitsstudie stehen. Diese dient unter anderem dazu, Wissen zu vermitteln, dem Unternehmen Möglichkeiten und Grenzen der geplanten Anwendung aufzuzeigen und entsprechend weitere Schritte abzuleiten. Die Gegebenheiten des Unternehmens sind entscheidend dafür, wie schnell es die Automatisierung mit Robotik vorantreiben kann. Und der Konstrukteur sollte vor der eigentlichen Anschaffung aber immer eines im Hinterkopf haben: Die Robotik muss bei der Ansteuerung sowie beim Platzbedarf berücksichtigt werden.

Robotik wird erschwinglicher – und rechnet sich

Dennoch: auch eine „kleine“ Automatisierung kostet. Vor allem für die kleinen und mittelständischen Unternehmen sind Investitionssicherheit und ein überschaubares Investitionsvolumen wichtige Entscheidungskriterien. Auf die Frage, ob sich diese Robotik leisten können, haben die Hersteller durchaus Antworten.

So haben sich die Anschaffungskosten für Robotik in den letzten Jahren kontinuierlich verringert. Zudem gibt es mittlerweile „downgesizte“ Lösungen, d. h. man kann sich auch eine an seine jeweilige Anwendung angepasste Roboterlösung installieren. Je nach Bedarf der Anwendung hat man die Wahl zwischen komplexen und leistungsstarken Maschinen oder einfacheren und somit kostengünstigeren Optionen.

Cobots zeichnen sich durch einfache Bedienung aus

Zu den erschwinglichen Lösungen zählen auch Cobots, die sich insbesondere durch ihre einfache Bedienbarkeit für KMU eignen. Das erlaubt, in Eigenregie Fertigungsschritte oder gesamte Linien zu automatisieren, ohne zusätzliches Personal für die Programmierung einstellen zu müssen. Hierdurch lassen sich gezielt Kosten einsparen.

Ebenfalls eine Option sind autonome Transportroboter für die Intralogistik. Dank ihrer Flexibilität lassen sich mit nur einem „Kollegen“ unterschiedlichste Tätigkeiten automatisieren. Jörg Faber, Sales Director DACH & Benelux bei MIR (Mobile Industrial Robots): „Ihre schnelle Inbetriebnahme hält die Gesamtbetriebskosten niedrig. Weil sie rund um die Uhr einsetzbar sind, wiegen sie ihre Anschaffungskosten oft schon binnen eines Jahres auf.“

Service-Leasing-Konzepte für die Robotik

Trotz allem ist eine Neuanschaffung, gerade in ungewissen Zeiten wie heute, nicht immer möglich. Das bedeutet aber dennoch nicht, die Automatisierungspläne begraben zu müssen. Mittlerweile gibt es auch in der Robotik Service-Leasing-Konzepte, wie sie im Softwarebereich längst gängig sind. Diese erschwinglichen Finanzierungsmodelle erleichtern den Einstieg in die Automatisierung, denn sie ermöglichen einen skalierbaren, bedarfsgerechten Robotereinsatz ohne Verpflichtungen zu langjährigen Investments.

Hinzu kommt, dass die angebotenen Leistungspakete mehr als die bloße Roboternutzung umfassen: Bei „Robots as a Service“ sind auch unterstützende Leistungen wie Systemintegration, Wartung und Instandhaltung im Preis inbegriffen.

Ist ein Roboter defekt, kümmert sich also der Anbieter oder Vertriebspartner um die Reparatur, ohne dass unvorhergesehene Kosten anfallen. Zudem beziehen sich Leasing-Angebote stets auf das neueste Robotermodell. So sind Anwender automatisch auf dem aktuellen Stand der Technik und müssen nicht nach jedem Produkt-Update erneut investieren.

Buchtipp

Das Buch Industrieroboter ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

Modelle der kleinen Schritte

Ein paar Beispiele: MIR beispielsweise bietet seine mobilen Transportroboter im Rahmen seines Leasing-Programms bereits ab 575 Euro pro Monat an. Bei einem Einsatz von acht Stunden pro Tag entspricht das umgerechnet 3,60 Euro stündlich, die Anwender für die Nutzung zahlen (bei Vertragslaufzeit von 48 Monaten). Auch Universal Robots bietet für seine kollaborierenden Roboter verschiedene Leasing- und Finanzierungsmöglichkeiten an. So lassen sich schnell und risikoarm Automatisierungspläne umsetzen.

Solche Modelle der kleinen Schritte bringen den Mittelstand auf den Weg ins Zeitalter der Digitalisierung und Automatisierung. Wettbewerbsfähig werden nur diejenigen bleiben, die sich weiterentwickeln und nicht auf konservativen Produktionsmethoden beharren. Dann wird der nimmermüde Roboter auch nach Feierabend allerorten mehrere Werkstücke mannlos bearbeiten.

Wie die automatisierte CNC-Maschine bei Sondermaschinenbauer Endutec. Der Betrieb in Chieming am Chiemsee hatte sich dazu entschieden, die Maschinenbeschickung zu automatisieren, um Kosten zu senken und Qualitätsstandards zu halten. Die Maschine, die heute Tag und Nacht produziert, ist mittlerweile ein beliebter Kollege der Mitarbeiter geworden – denn er nimmt ihnen schwere und langweilige Arbeit ab.

* Ines Stotz, Themenredakteurin Automatisierung

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