Ausblick auf 2030: Vier technologische Trends werden Robotik und Fabriken verändern

Was die Robotik in den letzten zehn Jahren erreicht hat, sei beeindruckend, aber was die Branche in den nächsten 20 Jahren möglich machen wird, sei noch viel aufregender, meint Ros. Tatsächlich steht die Technologie erst am Anfang. Zwar können heutige Roboter bereits so gebaut werden, dass sie bestimmte Aufgaben wiederholt mit bester Präzision ausführen. Aber selbst die fortschrittlichsten Roboter kommen noch nicht so gut mit Unsicherheiten oder unvorhergesehenen Veränderungen zurecht. Das hat vor allem mit den Technologien zu tun, mit denen sie gebaut werden:

• Robotik – Sie setzt die Datenverarbeitung in Bewegung, indem sie einem Computersystem einen physischen, mobilen Körper verleiht. Das Pendant dazu wäre ein Smartphone mit Rädern, Flügeln oder sogar einer Hand.

• Künstliche Intelligenz – Sie ermöglicht, Entscheidungen in ganz bestimmten Bereichen zu treffen. Derzeit nutzen Forscher beispielsweise die generative KI und andere Techniken, um Robotern neue Fähigkeiten beizubringen – einschließlich Aufgaben, die sie im Haushalt übernehmen könnten.

Es wird erwartet, dass sich der Robotersektor in den kommenden Jahren drastisch ausweiten wird. Einigen Prognosen zufolge könnten bis 2030 weltweit Millionen von Robotern im Einsatz sein – und genauso viele von menschlichen Arbeitsplätzen ersetzen.

Die wichtigsten Trends

Die oben erwähnten technologischen Fortschritte in Verbindung mit den sich ändernden Anforderungen der Industrie haben dazu geführt, dass die großen Anbieter vier Haupttrends sehen: Sie werden die Merkmale und Funktionen von Robotern in der Fertigung in den nächsten sechs bis sieben Jahren neu definieren.

Industriebereiche, die bereits heute hoch automatisiert sind, werden eine größere Optimierung und Flexibilität erfahren, ein Beispiel dafür ist softwaredefinierte Automatisierung. Zur selben Zeit sind Bereiche, die sich noch in der Anfangsphase befinden – oft aufgrund der Inflexibilität aktueller Systeme oder der begrenzten taktilen Fähigkeiten der heutigen Robotik – für eine größere Evolution bereit. Im Laufe der Zeit wird dies wahrscheinlich zu einer Situation führen, in der sich alle Sektoren auf ein ähnliches Niveau fortgeschrittener Automatisierung zubewegen.

Diese Entwicklungen und das Aufkommen fortschrittlicher, autonomer Robotersysteme sowie zusammengesetzte Innovationen in Bereichen wie Extended Reality (XR), KI und digitale Zwillinge werden weitreichende Auswirkungen haben. Auch wenn es wie immer eine Herausforderung ist, die genaue Zukunft vorherzusagen, zeigen mehrere Szenarien das transformative Potenzial dieser Technologien auf – von einem Einfluss auf tägliche Abläufe in den Fabriken bis hin zur Ermöglichung flexibler und innovativer Geschäftsstrategien sowie der Revolutionierung globaler Lieferketten.

• Roboter navigieren selbstständig durch die Werkshalle und liefern Teile sowie Werkzeuge genau dann, wenn sie benötigt werden.
• Bildverarbeitungssysteme mit KI-Technologie helfen den Robotern, genau die Teile zu identifizieren und zu entnehmen, die für die jeweilige Aufgabe benötigt werden. In gefährlichen Bereichen (z. B. beim Schweißen oder bei der chemischen Verarbeitung) werden Roboter die riskanten Arbeiten übernehmen, während Menschen die Aufsicht führen und wichtige Entscheidungen treffen.

Außerdem: Mit Augmented-Reality-Systemen (AR) kann spezialisierte Unterstützung von überall auf der Welt übertragen werden. Wenn ein Arbeiter auf ein kompliziertes Problem stößt, sieht ein Experte auf der anderen Seite des Globus innerhalb von Minuten genau das, was er sieht, und gibt in Echtzeit Hilfestellung – als wäre er direkt in der Fabrik anwesend. „Diese Technologie ermöglicht es, Fachwissen sofort und überall auf der Welt einzusetzen“, sagt Maria Chen, Director of Innovation bei TechManufacture Solutions. „Es ist, als hätte man ein Team globaler Experten, das rund um die Uhr auf Abruf bereitsteht.“

Die wichtigsten Merkmale dieser selbstoptimierenden Fabriken sind:

• Roboter zerlegen gebrauchte Batterien effizient und machen den Prozess schneller, sicherer und nachhaltiger.
• Das industrielle Metaversum bietet eine virtuelle Umgebung zur Simulation und Perfektionierung von Prozessen, bevor diese in der realen Welt umgesetzt werden.
• Die softwaredefinierte Automatisierung ermöglicht es Robotern, ihre eigenen Prozesse in Echtzeit zu aktualisieren und sich ohne menschliches Zutun an neue Produkttypen anzupassen – ein Automatisierungsgrad, der nicht nur die Effizienz steigert, sondern auch die globale Fertigung umgestalten könnte.

Durch die Automatisierung komplexer Aufgaben lässt sich die Produktion näher an die Endmärkte heranbringen. Gleichzeitig verringert sich die Abhängigkeit von weit entfernten Lieferketten, was eine schnellere, reaktionsfähigere Fertigung ermöglicht.

• Ein digitaler Zwilling erkennt einen Fehler im Fließbandprozess.
• Sofort aktualisiert das integrierte Managementsystem die Programmierung der Robotersysteme, um das Problem zu beheben.
• Das System kann auch selbstständig Materialbestellungen anpassen oder Produktionsprioritäten auf der Grundlage von Echtzeit-Marktdaten ändern.

„Die nahtlose Integration von Sensoren, IoT, Cloud Computing und Robotik schafft ein neues Paradigma im Fertigungsmanagement“, erklärt Dr. Alex Wong, Professor für Wirtschaftsingenieurwesen an der Tech University. „Es geht nicht mehr nur um die Ausführung von Aufgaben, sondern um die Schaffung wirklich anpassungsfähiger und reaktionsschneller Produktionssysteme.“

• Lokale Fabriken verwandeln digitale Entwürfe schnell in physische Produkte, die auf die lokalen Bedürfnisse zugeschnitten sind.
• Die Fertigung auf Abruf verringert den logistischen Aufwand und die Umweltbelastung.
• Die geringere Abhängigkeit von komplexen globalen Lieferketten erhöht die Widerstandsfähigkeit und steht im Einklang mit den Bemühungen um eine Verringerung des Kohlenstoffausstoßes.

„Diese Verlagerung hin zur ‚Glokalisierung‘ der Produktion kann das Wirtschaftswachstum und die technologische Innovation in verschiedenen Regionen fördern“, erklärt Samantha Lee, Chefvolkswirtin bei Global Manufacturing Insights. „Diese Veränderung verdeutlicht aber auch die Notwendigkeit umfassender Programme für die Ausbildung und Qualifizierung von Arbeitskräften auf der ganzen Welt.“

Ein flexibles, automatisiertes (oder sogar autonomes) Produktionssystem ist der Heilige Gral für viele Hersteller, die gleichzeitig die Herausforderungen der zunehmenden Produktkomplexität meistern und eine größere Individualisierung erreichen wollen. Die Fähigkeit, die Produktion schnell von einem Produkt auf ein anderes umzustellen, wird ein entscheidendes Merkmal für Unternehmen auf dem Weg zu einzigartigen Chargengrößen und hochgradig individualisierbaren Produkten von morgen sein. Deshalb wird die flexible Automatisierung als Schlüssel zur Erfüllung der Anforderungen der zukünftigen Fertigungsindustrie angesehen.

Im Mittelpunkt dieses Ansatzes steht die Fähigkeit von Robotersystemen, in Echtzeit mit einem Netzwerk aus digitalen Zwillingen und IoT-Sensoren zu interagieren. Diese Konnektivität ermöglicht es Robotern, digitale Erkenntnisse in unmittelbare Aktionen beim Fertigungsprozess umzusetzen. Außerdem ließen sich so Abläufe auf der Grundlage von Vorhersage- und Echtzeitdaten dynamisch optimieren. Dazu gehören auch moderne Entwicklungsumgebungen, mit denen schnell neue Automatisierungslösungen erstellt werden können.

Fortgeschrittene Robotik-Prozesse wurden als Säulen konzipiert, um künftige digitale Plattformen zu tragen, und bieten wesentliche Funktionen wie integrierte Validierung für KI, Datenanalyse mit IIoT, virtuelle Inbetriebnahme mit Automatisierungssystemen und eine offene Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) für nahezu unbegrenzte Anpassungen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Robotern verfügen fortschrittliche Roboter über eine bessere Wahrnehmung, Integrierbarkeit, Anpassungsfähigkeit und Mobilität. Diese Optimierungen ermöglichen eine schnellere Konfiguration, Inbetriebnahme und Neukonfiguration sowie einen effizienteren und stabileren Betrieb. Die Kosten für diese hochentwickelte Ausrüstung werden sich reduzieren, da die Preise für Sensoren und Rechenleistung sinken und die Software zunehmend die Hardware als Haupttreiber der Funktionalität ersetzt. Zusammengenommen bedeuten diese Verbesserungen, dass fortschrittliche Roboter in der Lage sein werden, viele Aufgaben wirtschaftlicher zu erledigen als die vorherige Generation automatisierter Systeme.

Darüber hinaus kann die Optimierung von Werksstrukturen und Prozessen mit Hilfe digitaler Technologien die Produktivität und Flexibilität sowohl in der Fabrik als auch in der Lieferkette erhöhen. Dadurch wird es Herstellern möglich sein, sich schnell an veränderte Kundenbedürfnisse anzupassen.

Auf Seiten der Arbeitenden gilt allerdings, Grundvoraussetzungen zu erfüllen: Da die Robotik immer mehr fortgeschrittene Funktionen übernimmt, werden die Entwicklung umfassender Schulungsprogramme und Partnerschaften mit Bildungseinrichtungen der Schlüssel zur Ausbildung der Mitarbeiter sein. Die Arbeitskräfte sollen nicht nur auf die Bedienung fortschrittlicher Robotersysteme vorbereitet werden, sondern auch auf Problemlösungs- und Entscheidungsprozesse auf höherer Ebene.