Wie Robotik das Engineering verändert

Der industrielle Alltag am Shopfloor steht unter massivem Veränderungsdruck. Während in der Vergangenheit die Effizienzsteigerung bei Massenprodukten im Vordergrund stand, beschleunigen heute der Bedarf nach hoher Flexibilität und tendenziell kleinere Losgrößen die technologische Entwicklung. Dabei rückt die Frage in den Fokus, wie Roboteranwendungen so effizient projektiert werden können, dass sie sich auch bei häufig wechselnden Produkten rechnen. Dr.-Ing. Werner Kraus, der am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart den Forschungsbereich Robotik- und Assistenzsysteme leitet, sieht hier einen entscheidenden Hebel für die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie.

Der Flaschenhals im Engineering

Während Themen wie Deep Learning in den USA bereits ab 2012 massiv vorangetrieben wurden, erreichte dieser Trend Europa mit einer Verzögerung von einigen Jahren. Seitdem sind insbesondere in der Bildverarbeitung enorme Sprünge gelungen, die neue Automatisierungsmöglichkeiten eröffnet haben. Doch die eigentliche Herausforderung liegt heute nicht mehr in der technischen Machbarkeit, sondern im Marktbedarf. „In vielen Produktionsbereichen führt die Entwicklung weg vom Massenprodukt hin zu kleineren bis kleinsten Losgrößen“, analysiert Kraus die aktuelle Lage. Das erfordere Roboter, die flexibel für wechselnde Produkte geeignet sind, ohne dass ein Ingenieur jedes Mal hohen Zeitaufwand in die Neuprogrammierung investieren muss.

Um diese Komplexität beherrschbar zu machen, verfolgt das Fraunhofer IPA den Ansatz der „Automation of Automation“. In der Praxis bedeutet dies den Einsatz von Assistenzsystemen, digitalen Zwillingen, Simulationen und selbstlernenden Algorithmen, um die Planungsphase massiv zu stützen. Kraus beschreibt die Vorteile dieser Rollenverteilung: „Wenn ein Roboter in der Fertigung nur eine Erfolgsquote von 80 Prozent hat, macht man sich mit Sicherheit in der Produktion keine Freunde. Aber wenn ein Assistenzsystem dem Ingenieur 80 Prozent der Arbeit abnimmt und er nur noch die Korrekturen vornimmt, ist der daraus resultierende Mehrwert enorm.“

Der Ingenieur als Kurator

Dieser Wandel verändert das Berufsbild nachhaltig. Weg vom tiefen Eintauchen in Robotics Foundation Models, hin zu einer fast schon beratenden oder unternehmerischen Funktion. Die Kernkompetenz wird künftig darin bestehen, den Praxisbezug sicherzustellen und die Kundenanforderungen im Detail zu durchdringen, um maßgeschneiderte Lösungen zu ermöglichen.In diesem Kontext spielt auch die Demokratisierung der Robotik eine zentrale Rolle. Wo vor einem Jahrzehnt für einfache Palettieraufgaben noch externe Experten oder Systemintegratoren nötig waren, agiert heute der Mittelständler zunehmend eigenständig.

Robotik als Enabler der Kreislaufwirtschaft

Ein bisher unterschätzter Bereich für den Einsatz intelligenter Robotik ist die Nachhaltigkeit. Die Kreislaufwirtschaft bietet laut Kraus ein perfektes Spielfeld für KI-Anwendungen. Während in der Montage jedes Teil neu und exakt definiert ist, sieht sich die Demontage etwa von Elektroautobatterien mit Unwägbarkeiten wie Verschleiß, Rost und Beschädigungen konfrontiert. Ein Mensch nutzt hier seine Erfahrung statt einer festen Anleitung. Genau dieses Vorwissen wird nun Robotern mitgegeben, wie das Pilotprojekt „Demobat“ zur Batteriedemontage zeigt.

Dabei geht es neben der Effizienz vor allem um die Sicherheit. Angesichts der Explosionsgefahr bei Batterien, dem sogenannten Thermal Runaway, ist ein Roboter, der flexibel auf den Zustand der Batterie reagiert, ein echter Gamechanger. Zudem zwingen steigende EU-Recyclingquoten für Rohstoffe wie Lithium zur Automatisierung, da das Volumen der Rückläufer in den kommenden Jahren massiv ansteigen wird.

Blue Ocean: Jenseits der Werkshalle

In der strategischen Ausrichtung setzt Kraus auf eine „Blue Ocean Strategie“. Ziel ist es, Märkte zu besetzen, in denen noch kein hoher Wettbewerbsdruck durch etablierte Akteure herrscht. Ein illustratives Beispiel ist ein autonomer Reithofroboter, der in einer Reithalle in Ludwigshafen den Boden einebnet. Was früher manuell mit dem Traktor erledigt wurde, übernimmt nun ein navigationsseitig simples, aber hochwirksames System, das dem Betreiber täglich bis zu zwei Stunden Arbeitszeit spart. Die enorme Resonanz auf dieses Projekt mit über 1,7 Millionen Facebook-Views führte bereits zur Produktion einer Kleinserie.

Vergleichbare Technologien kommen auch im ROX-Projekt für den Rheinmetall Konzern zum Einsatz, um den Werksverkehr in Munitionsfabriken zu automatisieren. Der entscheidende Punkt ist hier nicht die Programmierung an sich, sondern die Identifizierung des echten Bedarfs.

Humanoide und der globale Wettbewerb

Das Thema humanoide Roboter wird derzeit stark durch Marketingmaßnahmen und hohe Investitionssummen getrieben. Die Realität hinkt den Erwartungen oft noch hinterher; selbst das Stapeln einer Kiste von A nach B bleibt für humanoide Systeme eine extreme Herausforderung. Doch die massiven Entwicklungsgelder erzeugen wertvolle Spillover-Effekte für die gesamte Industrie. Ein Beispiel ist die Teleoperation: Kann ein Roboter ein Problem nicht autonom lösen, greift ein Mensch remote ein – ein Verfahren, das sich bereits bei autonomen Fahrzeugen wie denen von Waymo bewährt hat.

Gleichzeitig findet eine technologische Konvergenz statt. Da Beine oft nicht notwendig sind, setzen viele Hersteller den humanoiden Oberkörper lieber auf Räder. Diese Entwicklung könnte einen ähnlichen Verlauf nehmen wie bei den Cobots: Nach einem massiven Hype folgte Ernüchterung, bevor kollaborierende Roboter schließlich ihren festen Platz beim Schweißen oder in der Maschinenbeladung fanden.

Im globalen Wettbewerb, insbesondere gegenüber China, ist Schnelligkeit gefragt. China nutzt humanoide Tanzroboter als Lernplattform, um unter realen Bedingungen Erfahrungen zur Robustheit zu sammeln. Europa verfügt zwar über jahrzehntelanges Produktionswissen, doch dessen Halbwertszeit schrumpft. „Wir müssen raus aus dem Labor und rein in die Anwendung, auch wenn es am Anfang nicht die perfekte 100-Prozent-Lösung ist“, fordert Kraus. Die Dynamik in der europäischen Robotik-Entwicklung ziehe jedoch spürbar an, was sich auch in größeren Finanzierungsrunden widerspiegele.

Fazit: Prozesse neu denken

Der Erfolg von Robotik-Technologien wird künftig nicht davon abhängen, den Menschen eins zu eins zu kopieren. Vielmehr müssen Prozesse vollkommen neu gedacht werden. Robotik ist kein universelles Allheilmittel, sondern ein Werkzeug, das dort, wo es sinnvoll ist, durch KI so smart gemacht werden muss, dass es sich nahtlos in flexible Produktionsumgebungen integriert.