Neue Chancen in der Automatisierung

Mobile Robotik in der Prozessindustrie

In der Fertigungsindustrie, insbesondere der Automobilbranche, ist mobile Robotik schon state-of-the-art, während die Prozessindustrie darin noch in den Kinderschuhen steckt. Doch das Potenzial ist enorm: Mobile Roboter können zu einer effizienteren Produktion beisteuern und dabei gesellschaftliche Veränderungen abfedern.

(Bild: ANYbotics AG)

Innerhalb Europas verzeichnet Deutschland die höchste Roboterdichte und folgt dicht auf Japan, Singapur und Korea. Was in diesen Statistiken aber nicht berücksichtigt ist, ist die Nutzung mobiler Robotiksysteme im industriellen Umfeld. Trotz vorhandener Automatisierungslösungen stehen Unternehmen in der Prozessindustrie hier noch ganz am Anfang. Erste Leuchtturmprojekte mit AGVs (Automated Guided Vehicles) mit einer Nutzlast von bis zu 100 Tonnen in der Chemieindustrie und mit kleineren Fahrzeugen in der Pharmaindustrie lassen aber erahnen, was künftig möglich sein wird.

Welche Roboter sind mobil?

Unter mobilen Robotern sind automatisierte, autonome oder teilautonome Roboter zu verstehen, die sich in einer Umgebung auf Beinen oder Rädern bewegen und verschiedene Aufgaben ausführen können. Sensoren und Kameras erlauben ihnen, ohne menschliche Intervention, Aufgaben zu erledigen und ihre Umgebung wahrzunehmen. Gängige Anwendungen sind AMRs (Autonomous Mobile Robots), AGVs, Cobots, ALRs (Autonomous Legged Robots) oder Inspektions-Roboter.

Auch für die Prozessindustrie?

Die Liste der Vorteile und Chancen mobiler Robotiksysteme ist lang, nicht zuletzt, weil diese Automaten Tätigkeiten übernehmen können, die entweder zu gefährlich, schwer zugänglich oder aufgrund der monotonen, sich wiederholenden Aufgaben für menschliche Arbeitskräfte unattraktiv geworden sind. Die Möglichkeit des Rund-um-die-Uhr-Betriebs und die Skalierbarkeit bei gleichbleibender Qualität steigern die Effizienz deutlich. Grundsätzlich sind mobile Roboter flexibel: Neben ihrer Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Produktionsumgebungen oder Routen können mobile Roboter mit menschlichen Arbeitskräften kollaborieren und mehrere Aufgaben in einer Umgebung übernehmen. Das öffnet Spielräume bei der Materialflussgestaltung in der Produktion und kann langfristig dazu beitragen, Betriebskosten zu senken, die Produktqualität zu verbessern und die Produktionsleistung zu steigern. Darüber hinaus sind die mit Sensorik ausgestatteten Plattformen mobiler Robotik ein Weg, um die Betriebssicherheit zu erhöhen und Fehlerquellen früh zu finden. Anlagenbereiche mit erhöhtem Gefahrenpotenzial können außerdem lückenlos und revisionssicher überwacht und mit sogenannten Heat Maps visualisiert werden.

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Verwaltungsschicht für mobile Roboter

Sowohl Global Player als auch Startups bieten vielfältige Robotermodelle und Softwares an. Doch der Markt ist intransparent, denn die erhältlichen Systeme unterscheiden sich oft in ihren technologischen Grundlagen und sind nur schwer oder gar nicht vergleichbar. So lassen sich Produktversprechen oft kaum kontrollieren. Hinzu kommt, dass viele Anbieter mit ihren Produkten nicht den gesamten Markt abdecken, sondern spezielle Use-Cases adressieren. Bei einer stringenten Einführung von mobiler Robotik ist der Betreiber dementsprechend schnell mit Systemen verschiedener Hersteller sowie unterschiedlichen proprietären Leitsteuerungen konfrontiert. Diese sind wie Expertensysteme zu betrachten, die in On-Premise-Installationen im Rahmen der routinemäßigen Wartung stets auf dem neuesten Stand gehalten werden müssen. Um mobile Robotik sicher zu betreiben, können Unternehmen die verschiedenen Leitsteuerungen durch eine zentrale Leitsteuerung ersetzen. Eine Möglichkeit stellt hierbei ein zentraler Robotic Orchestration Layer (ROL) dar, auf dem die Koordination, das Management und die Steuerung vieler Roboter und Automatisierungssysteme ausgeführt wird.

Zentrale Leitsteuerung

Bei der Investition in mobile Robotik handelt es sich in der Regel um eine weitgehende Entscheidung, die mit einem monetären wie personellen Initialaufwand verbunden ist. Damit bei künftigen Investitionen eine Kompatibilität beim Betrieb von Mischflotten sichergestellt, sowie der Integrationsaufwand möglichst gering ist, verdient die Middle- oder Software im Sinne eines Orchestration Layers besondere Aufmerksamkeit. Eine zentrale Leitsteuerung sollte sich hierbei nicht auf die Intralogistik beschränken, sondern auch die Interaktion mit Anlagen, Gebäuden und externen Maschinen wie Cobots ermöglichen. Die Automobilindustrie hat mit der VDA5050-Schnittstelle den standardisierten Betrieb von AGV-Mischflotten verschiedener Hersteller bereits ermöglicht. Diese Schnittstelle organisiert den Materialfluss, sichert die Anlagenverfügbarkeit und verhindert Deadlocks. Eine Leitsteuerung nach VDA5050 in Verbindung mit einem Manufacturing Execution System (MES) sowie der Anbindung der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) ist ein erster Baustein eines umfassenden Robotic Orchestration Layers. Dieser ermöglicht es, die Grenzen der einzelnen Systeme zu überwinden und bildet ein Fundament für künftige Automatisierungsvorhaben.

Wie der Einstieg gelingt

Die Einführung von mobiler Robotik in einer Organisation mit vielen verschiedenen operativen Systemen kann die IT-Komplexität erhöhen, die häufig unter Zeitdruck bewältigt werden muss. Erfahrene Experten können bereits in der Planungsphase helfen, den Ablauf zu ordnen. Um kostenintensive Nacharbeiten zu verhindern und sicherzugehen, dass die Unternehmensziele berücksichtigt werden, sollten die Projektverantwortlichen eine systemneutrale Version des Lastenhefts erarbeiten, das beispielsweise einen digitalen Zwilling als Spezifikation in Form einer dynamischen 3D-Simulation beinhaltet. Grundsätzlich bietet es sich auch an, auf externe Expertise zurückzugreifen und angestrebte Projekte durch eine dritte, beratende Partei moderieren zu lassen. Gerade in diesem innovationsstarken, teilweise unübersichtlichen Markt ist ein herstellerunabhängiger Beratungsservice nützlich, um die Entwicklungen im Blick zu halten.

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Potenzial erkennen und heben

Der Einsatz mobiler Robotik entwickelt sich auch in der Prozessindustrie zunehmend zu einer Notwendigkeit, um dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken und die Wettbewerbsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens zu erhalten. Die Verbreitung modularer Produktionssysteme, Reshoring-Projekte und steigende Ansprüche in puncto Anlagenverfügbarkeit sowie Prozesseffizienz deuten darauf hin, dass mobile Robotik auch in der Prozessindustrie häufiger zu finden sein wird. Best Practices gibt es bereits. Nun gilt es, Potenziale und Chancen zu erkennen und gewinnbringend zu nutzen.

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