Industrierobotik

Künstliche Intelligenz in der Industrie : Häufig sind damit Industrieroboter gemeint, die sich in den letzten Jahren zu intelligenten Assistenzsystemen des Menschen entwickelt haben. Wie Industrierobotik funktioniert, was sie besser kann als der Mensch und wo sie bereits eingesetzt wird, verrät der folgende Beitrag.

Definition: Was sind Industrieroboter?

Die Robotik ist ein Ansatz der Automatisierungstechnik . In der Industrierobotik werden manuelle, repetitive oder fehleranfällige Tätigkeiten durch Roboter beziehungsweise Bots erlernt und automatisiert ausgeführt. Nach DIN EN ISO 8373 sind unter "manipulierenden Industrierobotern" automatisch geführte, mit programmierbaren Bewegungsachsen versehene Manipulatoren zu verstehen. Zur Ausübung von Tätigkeiten sind sie mit sogenannten "Endeffektoren", also Greifern oder Werkzeugen, ausgerüstet. Industrierobotik kann ortsfest sein, die Roboter können aber auch mobil im Rahmen industrieller Anwendungen zum Einsatz kommen.

Welche Fähigkeiten haben Industrieroboter?

Intelligente Roboter können komplexe Berechnungen wie beispielsweise eine invertierte Matrix innerhalb sehr viel kürzerer Zeit durchführen als jeder Mensch. Zudem zeigt Industrierobotik auch beim Ausführen repetitiver oder zeitintensiver Tätigkeiten keine Ermüdungserscheinungen, sie ist also Tag und Nacht einsatzfähig.

Industrieroboter sind nicht anfällig für Flüchtigkeitsfehler und können auch kraftzehrende oder gesundheitsgefährdende Tätigkeiten übernehmen. Darüber hinaus gelangen sie an Orte, die für den Menschen nur schwer zugänglich sind. Für die Montage sind Roboter daher oftmals hervorragend geeignet.

Auch die feinmotorischen Fähigkeiten der Industrierobotik wachsen. So sind sie unter Überwachung des Menschen zunehmend in der Lage, auch hochpräzise Tätigkeiten auszuüben. Als Nanobots werden Roboter zum Beispiel bereits in der Medizin eingesetzt.

Eine weitere Fähigkeit und ein Vorteil der Industrierobotik ist, dass sie sehr schnell auf neue Informationen reagiert. Ändert sich die Informationslage, stoppt der Roboter die eingeleitete Aktivität und entscheidet aufgrund der neuen Informationen neu – und ohne persönliche Bedenken oder Vorbehalte. Dem Menschen fällt dieser Schritt deutlich schwerer.

Trotz aller Vorteile sind auch die Grenzen der Industrierobotik zu bedenken. Denn: Je komplexer die Aufgabe, desto öfter kommt es bei Entscheidungen und Schlussfolgerungen zu Fehlern durch Künstliche Intelligenz. Das liegt häufig daran, dass Roboter nicht "zwischen den Zeilen" lesen können und daher Teilaspekte nicht berücksichtigen. Außerdem sind sie unzugänglich für Emotionen. Möglichkeiten, solche Fehler zu vermeiden, bieten Systeme, die dank künstlicher neuronaler Netzwerke erfahrungsbasiert lernen.

Welche Arten von Industrierobotern gibt es?

Bereits heute werden in der Industrie eine Vielzahl von Robotern eingesetzt, die für verschiedene Aufgabenstellungen entwickelt wurden. Es gibt also verschiedene Bauarten von Robotern, die jeweils mit Vor- und Nachteilen verbunden sind. Man definiert die Roboterarten mittels sogenannter "Kinematiken", die sich aus der Zahl und Anordnung der Achsen sowie der Achsenbewegung ergeben.

Zu den wichtigsten Roboterkinematiken, die in der Industrie zum Einsatz kommen, gehören folgende:

  • Knickarmroboter: Knickarmroboter haben in der Regel fünf bis sieben Achsen. Damit haben sie alle Freiheitsgrade und verfügen über nahezu unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten. Die Achsen sind dem menschlichen Arm nachempfunden, weshalb der Roboter alle Aufgaben ausführen kann, die ein Mensch mit seinem Arm erledigen kann.

  • SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) Roboter: SCARA Roboter sind Montageroboter mit vier Achsen. Sie verfügen zwar nicht über die Fähigkeit, Gegenstände zu wenden, können aufgrund ihrer geringeren Anzahl an Achsen aber hochpräzise Aufgaben ausführen. Meist sind sie mit schnellen Pick-and-Place-Anwendungen betraut.

  • Delta Roboter: Diese Roboterkinematik hat ebenfalls vier Achsen und wird ausschließlich für Anwendungen eingesetzt, bei denen der Roboter an der Decke befestigt ist und von dort aus agiert. Delta Roboter sind für vergleichsweise geringe Traglasten ausgelegt. Auch sie kommen hauptsächlich bei schnellen Pick-and-Place-Anwendungen zum Einsatz.

  • Kollaborative Roboter (Cobots): Ein Cobot kann durch spezielle Sicherheitsfeatures direkt mit dem Menschen zusammenarbeiten. Da es sich beim Cobot um eine spezielle Ausführung der anderen Roboterkinematiken handelt, können kollaborative Roboter sowohl als SCARA Roboter als auch als Knickarmroboter gebaut werden.

Wo werden Industrieroboter eingesetzt?

Industrieroboter werden heute für vielfältige Aufgaben eingesetzt und stellen damit einen entscheidender Wettbewerbsfaktor industrieller Fertigungsprozesse dar. Als Herzstück der Automation ist die Robotik längst im Fokus vieler Industrieunternehmen. Viele große wie auch mittelständische Firmen nutzen Roboter im Rahmen der Automatisierung bereits sehr erfolgreich.

Vor allem in der produzierenden Industrie werden kollaborative Roboter in die bestehenden Fertigungsschritte integriert. Da die Modelle der verschiedenen Hersteller meist über eine große Auswahl an Greifern und Werkzeugen verfügen, eignen sie sich besonders gut für die Bereiche Montage und Messung. Hier setzt man sie vor allem für Arbeiten wie das Spritzlackieren sowie das Schweißen, Nieten und Verschrauben ein. Weitere typische Anwendungsgebiete sind Palettierung, Maschinenbeschickung und Qualitätskontrolle.

Warum sind Roboter in der Industrie wichtig?

Industrieunternehmen profitieren von Robotern, weil sie ihre Produktivität erhöhen. Sie benötigen keine Ruhepausen, können rund um die Uhr eingesetzt werden und gewährleisten noch dazu eine gleichbleibende Qualität. Anwender können die Roboter so programmieren, dass diese die gleiche Tätigkeit immer wieder ausführen.

Manche intelligente Roboter können mittels Sensoren selbst Defekte erkennen und die nötigen Industrieersatzteile verbauen.

Die Produktion wird so schneller, flexibler und agiler. Es entstehen Mehrwerte bezüglich Verfügbarkeit, Qualität und Leistung. Das Resultat: Unternehmen können mehr Produkte in größerer Stückzahl herstellen und außerdem kleinere Losgrößen realisieren. Langfristig führt dies zu einem höheren Return on Investment (ROI).

Zudem unterstützen Roboter repetitive Arbeiten und stellen damit menschliche Arbeitskräfte für kreativere Aufgaben frei. So wird die Arbeitsbelastung für den Menschen in einigen Bereichen verringert, was andere Geschäftsprozesse antreiben kann.

Hinzu kommt, dass Roboter "schmutzige", gefährliche oder unergonomische Arbeiten übernehmen können. Beispiele dafür finden sich zum Beispiel bei der Arbeit mit radioaktiven Stoffen oder mit Chemikalien.

Wer die eigene Produktion von einer linearen zu einer modulen umstellen will, profitiert ebenfalls von der Industrierobotik. Auf diese Weise können Produkte noch besser angepasst werden und Unternehmen können schneller auf sich ändernde Marktsituationen und Anforderungen reagieren.

Eine gute Nachricht: Auch kleine und mittelständische Unternehmen können sich Industrieroboter leisten. Die Erfindung der kleineren und einfacher zu handhabenden kollaborativen Roboter hat dazu geführt, dass Industrieroboter nur noch einen Bruchteil ihres anfänglichen Preises kosten. Ein weiterer Vorteil: Cobots lassen sich für eine Vielzahl von Anwendungen verwenden.

Fazit

Die Industrierobotik stellt ein spannendes und vielversprechendes Gebiet der Automatisierung dar. Dabei ist die Robotik für mehr geeignet als nur für den Einsatz in der Massenfertigung. Inzwischen gibt es kostengünstige, einfach zu integrierende Cobots, die gerade in den Fertigungsprozessen kleiner und mittelständischer Unternehmen zahlreiche Standardaufgaben übernehmen.

Die Fähigkeiten von Robotern übersteigen die des Menschen in einigen Bereichen, beispielsweise was die Wissensspeicherung, Präzision oder komplexe Berechnungen angeht. Unkonventionelle Überlegungen und ein ethisches Bewusstsein sowie Kreativität und Empathie gehen den Künstlichen Intelligenzen hingegen ab.

Für die Zukunft gilt: Die Industrierobotik muss (noch) intelligenter werden. Nur so wird sie sich autonom an unbekannte Situationen – beispielsweise in der Zusammenarbeit mit dem Menschen oder Unsicherheiten in der Arbeitsumgebung – anpassen können.

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