Robotik in der automatisierten Fertigung und Lagerautomatisierung

Entdecken Sie, wie Roboter die Prozessautomatisierung in Lagern und Produktionsstätten auf der ganzen Welt ermöglichen.

Auf einen Blick

  • Robotik-Technologien spielen eine Schlüsselrolle bei der Lagerautomatisierung und der automatisierten Fertigung.

  • Künstliche Intelligenz und Bildverarbeitungstechnologien ermöglichen es Robotern, industrielle Umgebungen zu sehen, zu analysieren und zu verstehen.

  • KI-unterstützte Roboter führen Aufgaben aus, um die Qualität, Effizienz und Sicherheit zu erhöhen, ohne dass ein Mensch sie überwachen muss.

  • Autonome mobile Roboter und Industrieroboterarme helfen bei der Automatisierung von Pick-and-Place- und Materialhandhabungsprozessen.

  • Die IT/OT-Konvergenz versetzt Unternehmen in die Lage, intelligente Edge-Lösungen einzusetzen, mit denen sich Ausfallzeiten reduzieren und Prozesse automatisieren lassen.

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Umgestaltung von Fertigung und Lagerhaltung durch Robotik

Für industrielle Hersteller und Lagerhaltungsunternehmen wird es immer schwieriger, sich in der sich ständig verändernden Wettbewerbslandschaft einen Vorteil zu verschaffen.

Die Verbraucherausgaben steigen, was zu einer höheren Nachfrage nach dem ohnehin knappen Personal führt. In den Vereinigten Staaten stiegen die persönlichen Konsumausgaben im zweiten Quartal 2021 um 11,9 %, nachdem sie im vorangegangenen Quartal bereits um 11,4 % zugenommen hatten1. Nach einem Bericht von Deloitte und The Manufacturing Institute vom Mai 2021 erwarten 77 Prozent der mehr als 800 befragten US-Hersteller, dass sie im Jahr 2021 und darüber hinaus Schwierigkeiten haben werden, Mitarbeiter zu rekrutieren und zu halten.2

Diese beiden Faktoren in Verbindung mit dem raschen technologischen Wandel und den sich ständig erneuernden Konkurrenten bilden einen perfekten Sturm für Industrieunternehmen.

Viele Firmen wenden sich nun der industriellen Automatisierung und Robotik zu, nicht nur als Lösung für diese Herausforderungen, sondern auch als Möglichkeit, auf ihrem Markt voranzukommen und zu bleiben. Aber was ist Automatisierung, wie hilft sie bei der Lösung der heutigen Herausforderungen, und wo passen Roboter hinein?

Was ist Lagerautomatisierung?

Lagerautomatisierung ist der Prozess des Einsatzes von Technologie, z. B. von Robotern, um Prozesse mit minimaler Unterstützung durch menschliche Arbeitskräfte effizienter zu gestalten.

Bis vor Kurzem wurde die Lagerautomatisierung mit fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTS) durchgeführt, die auf vordefinierte Pfade und menschliche Bediener angewiesen sind, um Aufgaben wie die Materiallieferung zu erledigen. Die exponentielle Zunahme des elektronischen Handels und die steigende Nachfrage nach flexibler Technologie haben die Grenzen von FTS aufgezeigt.

Heutzutage kann die Lagerautomatisierung von autonomen mobilen Robotern (AMR) durchgeführt werden, die sich selbstständig in den Lagern bewegen und die menschlichen Mitarbeiter unterstützen. Industrieroboterarme sind außerdem eine gängige Automatisierungstechnologie, die zum Aufnehmen, Platzieren und Sortieren von Objekten verwendet wird. Beide Technologien sind für die Auftragsabwicklung im elektronischen Handel von entscheidender Bedeutung.

AMRs und Roboterarme können mit Bildsensoren (z. B. 2D/3D-Kameras) erweitert und mit Technologien der künstlichen Intelligenz (KI) ausgestattet werden, um den Betrieb zu verbessern und innovative Prozesse zu unterstützen. Bildverarbeitungs- und KI-fähige Roboter können „sehen“, was sie in die Lage versetzt, Objekte zu erkennen, zu klassifizieren, zu sortieren, aufzunehmen und zu verpacken. Oft arbeiten sie mit größerer Genauigkeit und Konsistenz als menschliche Bediener, was sie weniger anfällig für Fehler oder Unfälle macht.

Was ist die automatisierte Fertigung?

So wie Roboter für die Automatisierung von Lagern entscheidend sind, sind sie auch für die Automatisierung von Fabriken unerlässlich.

Bei der automatisierten Fertigung wird Technologie eingesetzt, um die Produktionsprozesse effizienter zu gestalten. Dies führt zu einer höheren Produktion bei niedrigeren Kosten für die Hersteller.

Während in der Fertigung schon seit Jahrzehnten Roboter eingesetzt werden, revolutioniert die jüngste Einführung von KI die Art und Weise, wie Geschäfte gemacht werden. KI ermöglicht es Robotern, ihre Aufgaben besser zu erfüllen und zusätzliche Aufgaben zu übernehmen. So können Roboter jetzt beispielsweise Teile während der Fertigung prüfen, um Probleme in Echtzeit zu erkennen und die Produkt- oder Prozessqualität und -ausbeute insgesamt zu verbessern. Roboterarme mit künstlicher Intelligenz verbessern die Sicherheit in einigen Industriesektoren, indem sie komplexe Aufgaben in gefährlichen Umgebungen erledigen, in denen menschliche Arbeiter Verletzungen oder schwere Schäden riskieren würden. KI macht es auch einfacher, Roboter neu zu trainieren und zu unterrichten, wenn sie für andere Aufgaben eingesetzt werden sollen. Dies kann die Betriebskosten senken und dafür sorgen, dass sich die Mitarbeiter auf komplexere, höherwertige Aufgaben konzentrieren können.

Da die Roboter vielseitig einsetzbar sind, können sie in der gesamten Fertigungsanlage oder Montagelinie für Aufgaben wie Schweißen, Lackieren, Schneiden und Inline-Inspektion verwendet werden. Außerdem arbeiten sie oft an der Seite von Menschen, um diese vor den alltäglichen, stressigen oder schädlichen Aspekten des Herstellungsprozesses zu schützen, z. B. beim Heben, Bewegen oder Halten schwerer Gegenstände.

So erreichen Sie Lagerautomatisierung und automatisierte Fertigung

Damit Industrieunternehmen die Vorteile der robotergestützten Automatisierung in der Fabrikhalle oder im Lager voll ausschöpfen können, müssen sie in der Lage sein, Daten und Informationen von verschiedenen Sensoren, Anwendungen und Prozessen zu erfassen, zusammenzuführen und zu analysieren, und zwar näher an der Quelle.

Erreicht werden kann dies durch die IT/OT-Konvergenz, d. h. die Integration der Informationstechnologie (IT), d. h. der Hard- und Software zur Datenverarbeitung, mit der Betriebstechnologie (OT), d. h. den Systemen zur Steuerung der industriellen Abläufe. Diese Konsolidierung schafft eine reaktionsschnelle, vernetzte Plattform, die es Unternehmen ermöglicht, operative Systeme nahezu in Echtzeit anzupassen, wodurch Ausfallzeiten reduziert, Prozesse automatisiert und neue, innovative Lösungen entwickelt werden können.

Mit diesen neuen konvergenten Systemen sind Unternehmen in der Lage, innovative, intelligente Industrial-Edge-Lösungen und -Funktionen zu integrieren, mit denen sich Kosten weiter senken und Gewinne steigern lassen. Dazu gehören: AMRs, die mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattet sind und die Automatisierung von Fertigung und Logistik unterstützen, um die Effizienz zu steigern; Industrieroboterarme, die mit maschinellem Sehen ausgestattet sind, um Produktfehler zu überprüfen, Strichcodes zu lesen und die korrekte Position von Etiketten auf Produkten zu bestätigen; oder kollaborative Roboter (Cobots) mit integrierten Sensoren, die menschliche Arbeiter bei der Materialhandhabung sicher unterstützen.

Vorteile der Robotik in Lagern und Fertigung

Wenn Unternehmen die IT/OT-Konvergenz erreicht haben, können sie die Robotik effektiv zur Automatisierung von Prozessen und zur Erzielung verschiedener anderer Vorteile einsetzen:

 

  • Höhere Effizienz und Produktivität. Die Roboter sind in der Lage, eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen, auch solche, die komplex, nischenartig, sich stark wiederholend und variabel sind, ohne dass sie sich ausruhen oder Pausen machen müssen. Dadurch können die Produktion, Sicherheitsinspektionen oder andere Aufgaben ohne Unterbrechung durchgeführt werden, um die Leistung zu steigern.
  • Verbesserte Produktqualität. Bei Aufgaben, die extreme Präzision erfordern, können Unternehmen von der angeborenen Präzision, Konsistenz und Genauigkeit von Roboterarmen profitieren. Roboter, die mit Kameras ausgestattet sind und durch KI unterstützt werden, tragen zur Verbesserung der Produktqualität bei, indem sie in Echtzeit Inspektionen an den Montagelinien durchführen und den Bedarf an Nacharbeit reduzieren.
  • Verbesserte Arbeitssicherheit und Ergonomie am Arbeitsplatz. Tätigkeiten, die den Zugang zu gefährlichen Umgebungen erfordern, sich stark wiederholende und anstrengende Bewegungen verlangen oder den Umgang mit gefährlichen Chemikalien oder Stoffen beinhalten, können das Verletzungsrisiko für menschliche Arbeitnehmer drastisch erhöhen. Der Einsatz von Robotern in solchen Szenarien ermöglicht es den Unternehmen, ihre Mitarbeiter aus der Gefahrenzone herauszuhalten und mögliche Verletzungen zu vermeiden.
  • Erhöhte Kosteneinsparungen. Der Einsatz von Robotern zur Automatisierung kann durch verbesserte Effizienz und Qualitätskontrolle, weniger Abfall und geringere Ausfallzeiten zu Kosteneinsparungen für Unternehmen führen.
  • Reduzierte Abfälle. Wenn sie richtig programmiert sind, können Roboter heikle Aufgaben innerhalb extrem enger Toleranzgrenzen erledigen. Der Mangel an Variationen in der Produktherstellung kann dazu beitragen, Fehler, Ausschuss, Nacharbeit und letztlich auch Abfall zu vermeiden.
  • Schnellere Zykluszeiten. Einer der häufigsten Gründe, warum Hersteller Roboter in ihren Betrieb integrieren, ist die Verkürzung der Fertigungszyklen. Sie setzen Roboter ein, weil sie schneller arbeiten können als menschliche Arbeitskräfte, weil sie zuverlässig sind und Aufgaben ohne Pausen erledigen können und weil sie präzise arbeiten - alles Faktoren, die zur Optimierung der Zykluszeiten beitragen können.

Roboterlager- und Fertigungsautomatisierungstechnologie

Zu den in der Lager- und Fertigungsautomatisierung am häufigsten eingesetzten Robotern gehören:

Autonome mobile Roboter (AMR)

Autonome mobile Roboter sind Roboter, die künstliche Intelligenz, hochentwickelte Sensoren und Rechentechnologien nutzen, um ihre Umgebung zu interpretieren und sich selbstständig in ihr zu bewegen. Dank Kameras und Sensoren können AMRs durch KI-Inferenz Hindernisse erkennen und vermeiden, während sie unterwegs sind und Aufgaben erledigen.

Industrielle Roboterarme

Industrieroboterarme sind schnell, zuverlässig und präzise. Sie werden in Fabriken eingesetzt, um sich wiederholende Aufgaben wie Lackieren, Schweißen oder Schleifen von Teilen zu automatisieren. In Lagerhäusern werden Roboter für die Entnahme und Sortierung von Waren von Verteilerbändern eingesetzt, um Kundenbestellungen zu erfüllen. Ein wesentlicher Vorteil von Roboterarmen ist ihre Vielseitigkeit in Bezug auf Anwendung und Umgebung. Da sie für eine breite Palette von Aufgaben in vielen verschiedenen Umgebungen programmiert werden können, sind sie der am häufigsten verwendete Robotertyp in der industriellen Automatisierung.

Cobots

Bei Cobots (auch bekannt als kollaborative Roboter) handelt es sich um Roboter, die mit integrierten Sicherheitsfunktionen ausgestattet sind, so dass sie sich den Raum sicher mit menschlichen Mitarbeitern teilen können, um diesen zu helfen, mehr zu leisten. Laut der Association for Advancing Automation gibt es vier Arten von Cobots: Leistungs- und Kraftbegrenzung, sicherheitsüberwachter Stopp, Geschwindigkeit und Trennung sowie Handführung.

Anwendungen in der Industrieautomation

Ein entscheidender Vorteil des Einsatzes von Robotern in Lagern und in der Fertigung ist die betriebliche Flexibilität und Vielseitigkeit. Hier einige Beispiele für den Einsatz von Robotern in der heutigen Zeit:

Wählen und Platzieren

Pick-and-Place-Roboter werden in der Regel in der modernen Fertigung und Logistik eingesetzt. Sie verfügen über fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme, die sie in die Lage versetzen, Objekte schnell und effizient zu identifizieren, zu greifen und zu bewegen, um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Palettierung

Durch den Einsatz eines Palettierroboters wird der Prozess der Platzierung von Waren oder Produkten auf Paletten genauer, kostengünstiger und vorhersehbarer. Außerdem werden menschliche Arbeitskräfte von Aufgaben befreit, die ein Verletzungsrisiko darstellen.

Materialbearbeitung

Materialhandhabungsroboter helfen dabei, ein sicheres und effizientes Lager zu schaffen, indem sie dafür sorgen, dass Waren und Materialien richtig gelagert, leicht zu finden und korrekt transportiert werden. Durch Automatisierung dieser Prozesse kann die Auslieferung von Waren an Kunden beschleunigt, Arbeitsunfälle vermieden und die Effizienz einer Anlage verbessert werden.

Um dem Arbeitskräftemangel entgegenzuwirken und gleichzeitig die Produktionsanforderungen aufrechtzuerhalten, Yamaha Motor Co, Ltd hat in Zusammenarbeit mit Tier IV und eve autonomy autonome Elektrofahrzeuge an seinen Produktionsstandorten eingeführt, um Produkte innerhalb und zwischen Gebäuden zu transportieren. Mit 3D-Vision-Sensoren, dem Autoware-Betriebssystem von Tier IV und Intel® Xeon®-Prozessoren für Hochleistungsberechnungen können diese unbemannten Fahrzeuge mit KI sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden, enge Wege, Stufen und Abhänge überwinden und sich automatisch an ihre Umgebung anpassen, um Hindernissen und Menschen auszuweichen.

Intel® Technik

Durch die Nutzung der Intel®-Technologien, der End-to-End-Lösungen und des globalen Partner-Ökosystems können Unternehmen Roboter einfacher entwickeln, einsetzen und in ihre Arbeitsabläufe integrieren, was die Zeit bis zum Erreichen positiver Geschäftsvorteile und bahnbrechender Innovationen verkürzt.

Intel® Prozessoren für IoT- und eingebettete Anwendungen stellen die leistungsstarken Rechenfähigkeiten und integrierten Funktionen zur Verfügung, die für die Datenverarbeitung am Rande des Netzwerks und die Bereitstellung wichtiger Erkenntnisse in nahezu Echtzeit erforderlich sind. Intel® RealSense™ Produkte bieten Robotern die Möglichkeit, ihre Umgebung wahrzunehmen und Objekte zu verstehen. Ein robustes Sortiment an Stereotiefen- und Verfolgungskameras ermöglicht die Tiefenkartierung und die gleichzeitige Lokalisierung und Kartierung (SLAM), die entscheidend dafür sind, dass AMRs und Roboterarme in verschiedenen Umgebungen und unter unterschiedlichen Bedingungen funktionieren.

Mit der Intel® Distribution des OpenVINO™-Toolkits können Entwickler Modelle konvertieren und optimieren, um eine hohe Leistung für Deep-Learning-Inferenzanwendungen zu erzielen. Außerdem erleichtert das Toolkit einen reibungsloseren Entwicklungsprozess und ermöglicht ein Modell, bei dem einmal geschrieben und überall eingesetzt werden kann.

Unser Edge Insights for Autonomous Mobile Robots Software Development Kit ermöglicht Entwicklern die einfache Entwicklung, Erstellung und Bereitstellung von End-to-End AMR-Anwendungen.

Für Hersteller, die ihren Betrieb auf die nächste Stufe bringen wollen, ermöglicht Intel® Edge Controls for Industrial die Umstellung ihrer industriellen Steuerungssysteme auf eine softwaredefinierte Architektur. Dies führt zu einer einfacheren Verwaltung und einer schnelleren Einführung von neuen, erstklassigen Lösungen.

Intel-basierte Bildverarbeitungslösungen für Industrie 4.0 kombinieren Hardware und Software, um Bildverarbeitungs-, intelligente Fertigungs- und Industriesteuerungssysteme zu betreiben, die für Robotiklösungen, intelligente Prozessautomatisierung, vorausschauende Wartung, automatische Bildverarbeitungsinspektion zur Fehlererkennung und vieles mehr entscheidend sind.

Intels integrale Rolle bei der Robotertechnik in der Lager- und Fertigungsautomatisierung

Unternehmen der Lagerhaltung und des verarbeitenden Gewerbes, die in einem Umfeld ständiger Veränderungen arbeiten, suchen nach innovativen Wegen, um neue Herausforderungen nicht nur zu überstehen, sondern auch zu übertreffen. Die robotergestützte Automatisierung kann die Produktivität steigern, die Sicherheit der Mitarbeiter erhöhen und die Produktqualität verbessern. Mit durchgängigen Lösungen, unübertroffenem Fachwissen und einem globalen Partner-Ökosystem unterstützt Intel Unternehmen jeder Größe auf ihrem Weg zur Roboterautomatisierung.

Ein automatisches Fertigungssystem ist ein System, das Technologien, wie z. B. Roboterlösungen, einsetzt, um Produktionsprozesse effizienter zu gestalten.

Eine Reihe von Prozessen in Lagern kann automatisiert werden, darunter einfache Aufgaben wie der Transport von Lagerbeständen, aber auch schwierigere Aufgaben wie die Navigation von Gabelstaplern im gesamten Lager. Weitere Prozesse, die automatisiert werden können, sind beispielsweise das Kommissionieren, Sortieren, Verpacken, Versenden und Zurücksenden von Paketen.

Die Automatisierung von Lagern ist wichtig, weil sie es Unternehmen jeder Größe ermöglicht, in einer überfüllten und wettbewerbsintensiven Branche zu bestehen. Unternehmen können damit ihre Effizienz steigern, Kosten senken, die Sicherheit und Zufriedenheit ihrer Mitarbeiter verbessern, den Kundenservice verbessern und die Kundenzufriedenheit erhöhen.

Produkt- und Leistungsinformationen

1

Bureau of Economic Analysis (BEA), National Income and Product Accounts. August 26, 2021. https://apps.bea.gov/iTable/iTable.cfm?reqid=19&step=3&isuri=1&nipa_table_list=1&categories=survey.

2

Deloitte, „US Manufacturing Skills Gap Could Leave as Many as 2.1 Million Jobs Unfilled By 2030, Deloitte and The Manufacturing Institute Study Finds.“ https://www2.deloitte.com/us/en/pages/about-deloitte/articles/press-releases/deloitte-manufacturing-skills-gap.html.