Vier Experten über die Automatica Nachgefragt: Robotik ist das Rückgrat von Industrie 4.0

Autor: Karin Pfeiffer

Sensoren, Künstliche Intelligenz und Infrastrukturtechnologien bringen wohl in so ziemlich jedem Feld der Automatisierung neue Geräte-Generationen hervor – und sogar ganz frische Ansätze. Vor allem in puncto Mensch-Roboter-Kollaboration tut sich viel, glauben vier Experten verschiedenster Disziplinen.

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Roboter: Sie automatisieren, lernen und sind hilfsbereit – fehlen womöglich nur noch ein paar Soft Skills.
Roboter: Sie automatisieren, lernen und sind hilfsbereit – fehlen womöglich nur noch ein paar Soft Skills.
(Bild: © AndSus – Stock.Adobe.com)

Auf der Automatica 2018 werden Technologie- und Produkttrends rund um die Robotik und Automatisierung gezeigt. Wir haben bei vier Experten und Ausstellern aus unterschiedlichen Bereichen nachgefragt, welche Trends und Schwerpunkte sie sehen. Und: Was sich bei der Mensch-Roboter-Kollaboration tut:

  • Martin Hägele, Abteilungsleiter Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
  • Helmut Schmid, Geschäftsführer & General Manager Western Europe von Universal Robots
  • Dr. Andreas Wagener, Elektronikentwicklung bei Faulhaber
  • Kai Hartmann, Produktmanager IDS NXT bei der IDS Imaging Development Systems

Industrie 4.0, Künstliche Intelligenz, Augmented Reality & Co.: Die Branche der Automatisierer ist von enormer Dynamik geprägt. Welche Themen sind für Sie auf der Automatica die wichtigsten – und werden den Markt voraussichtlich auch in Zukunft bewegen?

Martin Hägele ist Abteilungsleiter Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart.
Martin Hägele ist Abteilungsleiter Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart.
(Bild: Hauke Seyfarth Fotografie/Fraunhofer IPA)

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Martin Hägele: Automatica-2018-Highlights erwarten wir im Umfeld der von Ihnen angesprochenen Trends: die Integration von Robotersystemen in Industrie-4.0-Infrastrukturen, die Nutzung von Robotern in Produktionen mit kleinen Losgrößen und der weitere Wegfall der Schutzzäune. Voraussetzung dafür sind unter anderem immer bessere Sensoren sowie intelligente Greifer und Werkzeuge. Vernetzung und Datenmengen der Industrie 4.0 sind Basis für neue Services und Fähigkeiten von Maschinen. Gespannt sind wir darauf, welche Lösungen im Umfeld der Simulation und Virtual Reality, der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens gezeigt werden. Weiterhin: Die Robotertechnologien finden sich verstärkt in Anwendungen außerhalb der industriellen Produktion.

Helmut Schmid: Die Automatisierung kommt allmählich auch im Mittelstand an, wo die Mensch-Roboter-Kollaboration mit großem Zukunftspoten​zial gesehen wird. Das Thema Künstliche Intelligenz wird sich in diesem Jahr noch auf die Forschung beschränken, da zu viele Facetten des möglichen Einsatzes im Zusammenhang mit Robotern noch nicht definiert sind. Zukünftig werden sich allerdings auch in diesem Bereich Nutzen und Vorteile durchsetzen, wie es moderne Technologien zur Unterstützung der Menschen immer getan haben. Augmented Reality wird ebenfalls ein wichtiger Schwerpunkt sein, da diese Technologie speziell im Bereich der Planung, Auslegung, Service (Fernwartung), Reparatur und Inbetriebnahme eine große Rolle spielen wird.

Dr. Andreas Wagener: Wir erkennen den Trend zu immer mehr dezentraler Antriebstechnik, die über Kommunikationssysteme in das Gesamtsystem der Anlage eingebunden werden muss. Anlagenbauer stehen dabei vor der Herausforderung, heterogene Systeme zu integrieren, in denen 50-W-Servos gleichberechtigt neben Antrieben mit mehreren kW Leistung betrieben werden. Wo früher Kleinstservos durchaus auch über analoge Sollwerte oder einfache RS232-Schnittstellen eingebunden wurden, fordern insbesondere Anwender aus der Robotik und dem Maschinenbau schon seit Jahren die durchgängige Verfügbarkeit von Standard-Kommunikationsschnittstellen wie Ethercat bis hin zu kleinen Baugrößen. Für die Kleinstservos mit nur 22 mm Durchmesser wird allerdings CANopen trotzdem auf absehbare Zeit aus Platzgründen nicht zu ersetzen sein.

Kai Hartmann: Für IDS steht die Automatica im Zeichen der fortschreitenden Digitalisierung in der Fertigung und möglichst einfacher Adaption an wechselnde Gegebenheiten. Das betrifft Bildverarbeitung mittels 2D in gleichem Maße wie 3D. Adaption ist sicher auch in der Robotik ein Trendthema, da Roboter als Cyber Physical Systems durch 3D-Daten und Deep Learning immer autonomer werden. Für Automatisierer stehen hier Themen wie Datenqualität, schnelle Umrüstzeiten, hohe Varianz von Werkstücken, vereinfachte Teilezuführung bei gleichbleibend hohem Automatisierungsgrad und Bedienkomfort im Mittelpunkt.

Welche Trends erkennen Sie in der Robotik? Und wie wichtig ist das Thema Mensch-Roboter-Kollaboration in diesem Zusammenhang?

Helmut Schmid ist Geschäftsführer & General Manager Western Europe der Universal Robots GmbH.
Helmut Schmid ist Geschäftsführer & General Manager Western Europe der Universal Robots GmbH.
(Bild: UR)

Helmut Schmid: Die Robotik steckt in Europa noch immer in den Kinderschuhen – sowohl in Unternehmen als auch im Privaten. Der Automatisierungsgrad steigt jedoch kontinuierlich an. Aktuell werden zahlreiche, möglichst individuelle Lösungen entwickelt, die die spezifischen Ansprüche der unterschiedlichen Branchen und Unternehmen erfüllen. Daraus ergeben sich auch immer neue Varianten von Sensoren und Greifern – der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt! Die Mensch-Maschine-Kollaboration ist eine von zahlreichen Facetten: Sie ist nicht für alle Unternehmen von Bedeutung, sondern kann zusätzlich in bestimmten Anwendungsfällen erhebliche Vorteile schaffen. Sobald sich Robotik auch außerhalb der großen Konzerne etabliert hat, werden sich auch die monetären Geschäftsmodelle erheblich wandeln: Pay-per-Pick- und Leasing-Modelle werden den Kauf von Robotern ablösen und somit für mehr Flexibilität sorgen.

Dr. Andreas Wagener: Je enger Mensch und Maschine zusammenarbeiten, desto wichtiger wird die gegenseitige Rücksicht. Bei Servos sind deshalb integrierte Sicherheitsfunktionen erwünscht. Roboter, die ins Arbeitsumfeld integriert werden sollen, brauchen auch kompakte Schaltschränke. Dazu sind leistungsfähige Motoren und kompakte Elektronik gefordert. Das beschränkt sich nicht nur auf den Motor und seine Ansteuerung, sondern betrifft auch die Sicherheitsvorkehrungen. Wo früher die Kleinservos als inhärent unkritisch bewertet oder die Momentenfreischaltung über externe Sicherheitsrelais ausgeführt wurden, wird inzwischen mindestens Safe-Torque-Off (STO) als zertifizierte integrierte Sicherheitsfunktion erwartet. Ein hoher möglicher Performance Level ist dabei wichtig, da andernfalls die Schutztrennungen um die Roboter nicht abgebaut werden können.

Kai Hartmann ist Produktmanager IDS NXT bei der IDS Imaging Development Systems GmbH.
Kai Hartmann ist Produktmanager IDS NXT bei der IDS Imaging Development Systems GmbH.
(Bild: IDS)

Kai Hartmann: Sensoren und maschinelles Sehen sorgen dafür, dass sich Roboter ihrer Umgebung immer besser bewusst werden. Sie entwickeln sich damit von „blinden“ Befehlsempfängern zu selbst entscheidenden Werkzeugen. Das kann in der Fertigung nicht nur Prozesse beschleunigen, sondern spielt auch eine wichtige Rolle auf dem Weg zur Null-Fehler-Strategie. Die Voraussetzung dafür sind präzise 3D-Informationen und entsprechend leistungsfähige Algorithmen. Welches Potenzial in Robot-Vision liegt, zeigen wir auf der Automatica mit 3D-Kameras. Sie nutzen zwei Flächenkameras, die nach dem Prinzip der Stereovision arbeiten. 3D ist deshalb sicherlich ein Thema, das uns in der Robotik weiter begleitet. Dabei sollte 2D aber keinesfalls vernachlässigt werden, denn beide Technologien haben Vorteile für bestimmte Anwendungen. Mit 3D-Daten werden beispielsweise Formen, Oberflächenstrukturen oder eine Lage im Raum ermittelt, 2D-Daten sorgen für die präzise Erkennung von Kanten und Farben oder liefern Zusatzinforma­tionen wie Schrifterkennung oder die Inhalte von 1D- und 2D-Codes. Konkret profitieren Roboter von der Kombina­tion der beiden Verfahren etwa dann, wenn sie unbekannte Formen lokalisieren und greifen sollen und die Tiefen­informationen nicht ausreichen, um Objekte genügend separieren zu können.

Martin Hägele: Der Roboter ist das Rückgrat der Industrie 4.0: mit leistungsstarker Steuerung, Sensoren und Nutzerschnittstellen ausgestattet und vernetzbar. Wirtschaftlichkeit und Flexibilität hängen davon ab, wie Roboterprogramme teil- oder vollautomatisch generiert oder rasch angepasst werden können. Dafür müssen aktuelle Produkt- und Prozessdaten für den Roboter verfügbar sein. Letztlich geht es darum, Automatisierungslösungen flexibler zu machen, d.h. sie sollen sich auch bei kleinen oder schwankenden Losgrößen rechnen. Praktisch jeder Roboterhersteller treibt aktuell die MRK voran. Was immer mehr in den Vordergrund drängt, ist die intuitive Mensch- Roboter-Interaktion, d.h. der Roboter soll rasch programmiert oder instruiert werden, auch vom Anfänger auf Experten- Niveau. Hier entstehen aktuell interessante Produkte der intuitiven Programmierung – auch am Fraunhofer IPA.

Mit welchen Neuigkeiten oder inhaltlichem Schwerpunkt kommen Sie auf die Automatica?

Dr. Andreas Wagener arbeitet in der Elektronikentwicklung bei Faulhaber.
Dr. Andreas Wagener arbeitet in der Elektronikentwicklung bei Faulhaber.
(Bild: Faulhaber)

Dr. Andreas Wagener: Anwender aus Robotik und Maschinenbau sind Experten für ihre Prozesse, die Details der Antriebskonfiguration sind eher eine Hürde. Großen Wert legen wir daher grundsätzlich auf eine möglichst einfache Inbetriebnahme unterschiedlichster Antriebskonfigurationen mit dem kostenlos verfügbaren Faulhaber Motion Manager. Als neues Produkt für die Mensch-Maschine-Kollaboration zeigen wir mit dem MC 5004 P STO erstmals eine kompakte Servoansteuerung mit zertifizierter Sicherheitsfunktion bis zu PL e. Ein externes Sicherheitsrelais für die Motorversorgung ist nicht notwendig. Ohne dass es bei der Sicherheit Einbußen gibt, vereinfacht sich die Verdrahtung und die Kosten sinken. Mit Leistungsdaten von bis zu 50 V Versorgungsspannung und 4 A Dauerstrom (12 A Spitze) können viele BLDC-Servomotoren aus dem Faulhaber-Programm direkt in ein sicherheitskritisches Umfeld integriert werden.

Helmut Schmid: Unser Ziel für dieses Jahr ist es, unser UR+ Portfolio erheblich auszuweiten: Am Ende möchten wir gemeinsam mit unseren Partnern knapp 200 Lösungen bereitstellen können. Ein weiteres Ziel ist es, die Einstiegshürden speziell für kleine und mittelständische Unternehmen zu senken. Dazu gehört auch ein Kulturwandel, der sich jedoch nur langsam vollzieht. Die Mitarbeiter haben noch große Berührungsängste. Deshalb nutzen wir Formate wie die Automatica und unsere Roadshow, bei denen die Mitarbeiter sich die Roboter selbst anschauen, ausprobieren und bedienen können. Das nimmt bereits einen Großteil der Bedenken. Auf unserem Stand zeigen wir deshalb eine bunte Mischung aus praxisnahen Anwendungsfällen und kreativen Einsatzszenarien, die einen spielerischen Ansatz bieten. Wir haben auf der Automatica auch eine Neuheit im Gepäck – was das ist, kann ich an dieser Stelle allerdings noch nicht verraten.

Kai Hartmann: Wir präsentieren auf der Automatica mit IDS NXT beispielsweise eine neuartige Generation von Industriekameras, deren Funktionsumfang nicht vom Hersteller vorgegeben wird, sondern von Anwendern mit Hilfe von Apps ganz nach Bedarf selbst festgelegt werden kann. Das bedeutet, dass Vision Sensoren für wechselnde Bildverarbeitungsaufgaben nicht mehr umständlich umgerüstet werden müssen, sondern stattdessen einfach die passende App aufgespielt und ausgewählt werden kann. Damit lässt sich auf Entwicklungen schnell reagieren, was durchaus ein Wettbewerbsfaktor ist. Für die Mensch-Maschine-Kollaboration sind einfache Konfiguration und Bedienung sowie die eigene Sicherheit extrem wichtige Faktoren. Wir vertreiben künftig exklusiv Mikado ARC, eine Robotersteuerung mit eigener Bahnplanung und Kollisionsprüfung des Unternehmens Isys Vision, die diese Anforderungen aufnimmt und langwieriges Programmieren beispielsweise überflüssig macht.

Martin Hägele: Am Messestand des Fraunhofer IPA werden die vier Eckpfeiler der Industrie 4.0 – Produktion, Produkt, IT und Mensch anhand unterschiedlicher, vernetzter Exponate erlebbar gemacht. Mobile Roboter kooperieren in der Flotte dank „digitalem Schatten“. Verlässlichkeit, Logistikleistung und Einrichtzeit lassen sich dadurch deutlich steigern. Durch Augmented-Reality-Brillen wird der digitale Schatten für die Besucher erlebbar gemacht. Ein Trend in der Industrie 4.0 ist die Verwendung von Open-Source-Paketen. Wir zeigen, wie das Robot Operating System auch für komplexe industrielle Anwendungen (ROS Industrial) kostengünstig und effektiv genutzt werden kann. Den Griff-in-die-Kiste haben wir nochmals optimiert – mittels Maschinellem Learning. Teileerkennung, Griffe und Trajektorien werden durch Verstärkungslernen optimiert – in der realistischen Simulation. Das Softwarepaket „Smarte Systemanalyse“ kombiniert bei Maschinen und schnell taktenden Anlagen Vernetzung, Signalauswertung und Künstliche Intelligenz. Anlageneffektivität lassen sich rasch optimieren und mögliche Fehlerursachen lokalisieren. Weiterhin zeigen wir unser Exoskelett – das Stuttgart Exo-Jacket. Auf der Sonderschau der Automatica 2018, die das Fraunhofer IPA wieder begleitet, werden wieder interessante Serviceroboter vorgestellt.

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 Karin Pfeiffer

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Journalistin