Robotik - Bringt die Industrie nach vorn

Die Welt erwartet, dass Roboter wahre Wunder vollbringen werden. Institutionelle Investoren sind begeistert, Regierungen schmieden Förderprogramme und erklären die Entwicklung der Roboter-Industrie zur strategisch wichtigen Sache. Die breite Öffentlichkeit aber interessiert sich paradoxerweise nur dann für Roboter, wenn es gelingt, sie optisch „menschlicher” zu gestalten, sie Emotionen zeigen und Musikinstrumente spielen können oder sich menschenähnlich graziös bewegen. Nur selten kommen Berichterstattungen über Errungenschaften aus dem Bereich Service-Robotik wie etwa neuartige Staubsauger- und Feuerlöschsysteme, autonome Schwimmbadreiniger und Rasenmäher in die Nachrichten. Fast unsichtbar bleibt das gesamte Universum der industriellen Roboter, die sich hinter dem Begriff "Automation" verbergen. Aber genau in diesem Segment der Großindustrie bahnt sich die vierte industrielle Revolution an, die den produzierenden Unternehmen enorme Profite bescheren wird.

Industrie-Robotik R-Evolution

Ihren Anfang nahm die industrielle Robotik in den 40er Jahren, als die ersten Lackierautomaten für die Automobilindustrie entwickelt wurden. In den 50ern wurden erste Patente für „Manipulatoren” angemeldet, doch die eigentliche Geburtsstunde der industriellen Robotik war das Jahr 1961, als General Motors in New Jersey den ersten mechanischen Roboterarm namens „Unimate” in Betrieb nahm. Dieser wog fast 2 t und war auf das Punktschweißen von Druckgussteilen für KFZ-Karosserien spezialisiert.

Industrieroboter sind schon seit einem halben Jahrhundert an den Fertigungsfließbändern im Einsatz. Aber erst die voranschreitende Digitalisierung ermöglichte die Evolution des Industrieroboters zu einem hochpräzisen, schnellen und autonomen Fertigungs-, Herstellungs-, Verpackungs- und Lieferungssystem. Somit eröffneten sich ganz neue Horizonte, die das Potenzial haben, die Großindustrie mit ihrer „Armee” menschlicher Arbeitskräfte zu revolutionieren. Durch intelligente Automation mittels Robotik wurde zum ersten Mal in der industriellen Geschichte eine Verschmelzung einer digitalen Organisations- und Steuerungswelt mit der realen Fertigungs- und Herstellungswelt erreicht.

Analytischen Einschätzungen zufolge bleibt die Industrie-Robotik mit ihrem immensen Potenzial in den nächsten zehn Jahren das lukrativste Segment der gesamten Roboterindustrie. Dafür sprechen Faktoren wie die ständig wachsende Nachfrage seitens der fertigenden Industrie, sehr großes Interesse seitens der Investoren, aber auch der durchschnittliche Verkaufspreis eines Industrieroboters, der je nach Roboterart und seiner Softwareausstattung zwischen 100.000 und 200.000 USD liegen kann.

Marktpotenziale

Zahlen des Internationalen Verbands der Robotik-Industrie (IFR) zufolge betrug der Gesamtmarkt für Industrieroboter im Jahr 2013 bereits 29 Mrd. USD. Für die Entwicklung in den nächsten zehn Jahren halten einige Analysten ein Wachstum bis zu 70 Mrd. USD für realistisch. Diese Prognose wird auch durch die Tatsache bekräftigt, dass das Jahr 2014 ein Rekordjahr war. Laut IFR wurden weltweit rund 225.000 neue Industrieroboter in Betrieb genommen, im Vergleich zu 2013 ist das ein Zuwachs von 27 %. Die größten Abnehmer der Industrie-Robotik sind weiterhin die Automobil- und Elektronikindustrie. Diese Tendenz sollte sich in den nächsten zehn Jahren nicht wesentlich ändern, da die beiden Industriesparten für Massenproduktion stehen und in der letzten Zeit immer mehr mit der Problematik der teurer werdenden menschlichen Arbeitskraft konfrontiert sind.

Mensch vs. Roboter

Die prä-evolutionäre Zeit der industriellen Robotik war im Wesentlichen durch die Ausführung monotoner, gefährlicher und gesundheitsschädlicher Aufgaben gekennzeichnet. Dank der umfassenden Digitalisierung, der vorangeschrittenen Sensorik und der allgemeinen Entwicklung der gesamten IT-Branche, entwickelten sich Roboter von reinen „Muskelpaketen” zu feinfühligen und hochpräzisen „Arbeitern”. Verschiedene Sensoren und spezifische Softwareausstattung, die je nach Aufgabe leicht angepasst werden kann, machen moderne Industrieroboter flexibel und smarter als ihre Vorgänger und lassen sie somit in neue Sphären des Herstellungsprozesses vordringen. So können beispielsweise moderne Roboter schnelle und effiziente Entscheidungen in Bezug auf die Optimierung des Materialverbrauchs bei der Herstellung treffen. Zudem wächst ihre Effektivität mit Hilfe von speziellen Anwendungen nicht nur in einem spezifischen Bereich der Massenproduktion, sondern entlang der gesamten industriellen Wertschöpfungskette. Auch bei der Fertigung von kleineren Produktserien ist dieser Effekt kaum zu übersehen. Roboter lassen sich ganz schnell mit Hilfe eines Computerbefehls auf eine neue technologische Fertigung einstellen und nehmen ihre Aufgabe im Gegensatz zum Menschen sofort zu 100 % auf, ohne Einarbeitungszeit. Mehr noch als Menschen sind Industrieroboter tatsächlich multitaskingfähig, können mehr als zwei Arme haben, brauchen bei der Arbeit kein Licht, keine Heizung und keine Mittagspause, sie schlafen nicht, brauchen keine Sozialversicherung und – vermutlich das wichtigste aus der Sicht des Arbeitgebers neben dem Anschaffungspreis – sie bilden keine Gewerkschaften, die für unerwartete Arbeitsniederlegungen und somit für Milliardenverluste sorgen können. All diese Argumente haben eine enorme Wirkung auf Industriekonzerne weltweit und überzeugen bei der Frage Mensch oder Roboter zugunsten eines Roboters.

Robotisierung als strategisches Ziel

Mittlerweile gibt es einen Index, um den Roboteranteil messen zu können – die sog. Robotisierungsdichte. Sie wird durch die Anzahl der Industrieroboter auf 10.000 Industriearbeiter ermittelt. Der Mittelwert weltweit beträgt momentan 40 – 50. Die höchste Dichte wurde bis jetzt in Südkorea (396) und Japan (332) gemessen. Global gesehen ist Asien, dicht gefolgt von der EU und Nordamerika, momentan Vorreiter der industriellen Automation. Branchenspezifisch – und dafür ist keine andere als die Automobilbau-Industrie besser geeignet – beträgt die Robotisierungsdichte in fünf Ländern- USA, Frankreich, Deutschland, Italien und Japan bereits jetzt schon mehr als 1000. Anders ausgedrückt: auf 10 Mitarbeiter kommt ein Roboter zum Einsatz und die Tendenz ist in den nächsten 10 Jahren weiterhin steigend.

Einer der Gründe dafür ist die enorm wachsende Nachfrage nach industrieller Automation aus China. Im Zuge der letzten politischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklungen kam der „chinesische Wirtschaftsmotor” zur logischen Schlussfolgerung, dass man nur mit dem Faktor der billigen Arbeitskräfte allein auf keinen Fall zur führenden Wirtschaftsmacht werden kann. China wird somit plötzlich auf einen Schlag zu einem der größten Importeure von industriellen Robotern. Das positive Ergebnis der Robotisierung ließ nicht lange auf sich warten: der Hersteller von Elektronikkomponenten Guangdong Everwin Precision Technology konnte dank der Automation die Anzahl von Angestellten auf ein Sechstel reduzieren und ist nun völlig unabhängig von dem Arbeitermangel, der in der Provinz Guangdong herrscht. Damit wurden langfristig sowohl der Kosten- als auch der Unsicherheitsfaktor in Bezug auf das Personal eliminiert. Auch Apple-Zulieferer Foxconn, in dessen Werken momentan 1,2 Mio. Menschen und 10.000 Roboter im Einsatz sind, gab nach einer tragischen Welle von Selbstmorden in den Herstellungswerken und darauf folgende Arbeitsniederlegungen bekannt, dass man im Laufe der nächsten drei Jahre die Anzahl der Roboter auf 1 Mio. zu erhöhen gedenke.

Abschließend lässt sich in diesem Zusammenhang sagen, dass die Frage „Mensch oder Roboter” im Rahmen der Großindustrie in den nächsten zehn Jahren überwiegend zugunsten des Roboters entschieden wird. Dies wird auch durch die ökonomische Annahme bekräftigt, der nach ein Rückgang der zur Verfügung stehenden qualifizierten Arbeitskräfte und als Folge ihr steigendes Lohnniveaus erwartet wird. Am meisten wird dieser Effekt aller Voraussicht nach Länder wie China, Japan, Deutschland und Südkorea treffen. Aus dieser Perspektive heraus ist es auch nicht weiter verwunderlich, dass gerade diese Länder schon heute alles nur erdenkliche dafür tun, um nicht nur die industrielle Automation, sondern auch die Robotisierung der Landwirtschaft, des Bergbaus oder auch der Alterspflege voranzubringen. Alison Sander, Leiterin des Forschungszentrums der Boston Consulting Group, kommt zu dem Schluss, dass genau diese Strategie in der langfristigen Perspektive sehr erfolgreich und gewinnbringend sein wird: Industrieroboter steigern sowohl die Business- als auch Arbeitsproduktivität und heben regionale Lohnniveau-Unterschiede komplett auf. Dies könnte dazu führen, dass in der näheren Zukunft (in den nächsten zehn Jahren) gerade die Robotik das Fundament der industriellen Wettbewerbsfähigkeit bilden wird. In diesem Fall werden die Investoren viel eher dazu tendieren, ihre Kapitalflüsse aus den Ländern mit billigen Arbeitskräften in die Länder mit dem höchsten Grad der Robotisierung und der breiten Roboterinfrastruktur umzulenken.

Trends, Unternehmen, Profiteure

Der Markt für die Herstellung von Industrierobotern ist hart umkämpft und momentan zwischen den japanischen und europäischen Unternehmen aufgeteilt. Japanische Roboter sind in den Bereichen der Fließbandfertigung, Metallbearbeitung, Kunststoffherstellung, Fertigung von Elektronik und Nahrungsmittelverarbeitung führend. Marktführer sind hier Fanuc und YaskawaElectrics. Europäische Roboter sind dagegen hochgradig auf die Anforderungen der Autoindustrie spezialisiert. Marktführer sind die schwedisch-schweizerische Holding ABB und das deutsche Unternehmen Kuka AG.

Der Markt für stationäre Industrieroboter ist schon bereits jetzt ein etablierter Markt mit der Größenordnung von 29 Mrd. USD und einer Wachstumsdynamik von etwa 8 % p. a. Seine wesentlichen Potenziale und Wachstumschancen liegen in den nächsten zehn Jahren hauptsächlich in den Bereichen kleine und mittelständische Unternehmen und einer breiten Etablierung der kollaborativen Roboter-Systeme, die mit dem Menschen zusammenarbeiten können. Spannend für das kollaborative Segment ist, dass neben den Analysteneinschätzungen, die ein Wachstum von 120 Mio. USD in 2015 auf bis zu 12 Mrd. USD prognostizieren, führende Roboterhersteller wie Kuka, Fanuc, ABB u. a. versuchen, sich schon jetzt für den Megatrend zu positionieren. Momentan scheint es so, dass die Roboterhersteller beim Zukunftsthema Menschen-Roboter-Kollaboration (MRK) mit aller Kraft versuchen, strategisch in möglichst viele Produktnischen vorzudringen. Dies verdeutlicht die bereits jetzt vorhandene MRK-Produktauswahl, die von Kleinmontageroboter (ABBs "Yumi") bis hin zu MRK-Solutions mit 35 kg Traglast (Fanucs CR-35iA) reicht.

Marktführer und ihre Vision vom Einsatz von MRL-Systemen

ABB Group

Eines der Beispiele im Bereich MRK ist ABBs Dualarm-Roboter "Yumi".

Traglast: 0,5 kg pro Arm.
Spezialisation: Kleinmontage.
Anwendungsbereich: hauptsächlich Elektronik-Industrie.
Kostenpunkt: 40.000 Euro inklusive Vision System, berührungsempfindlicher Sensorik, flexiblem Greifer und der notwendigen Softwareausstattung.

In die Karten der schwedisch-schweizerischen Holding spielt die Tatsache, dass momentan eine sehr große Automationsnachfrage aus Asien besteht. Für großen Optimismus sorgte auch die Meldung des Apple-Zulieferers Foxconn, der eine starke Robotisierung seiner Werke (von 10.000 Robotern auf 1 Mio.) in den nächsten drei Jahren beabsichtigt.

Neben "Yumi" forscht ABB verstärkt an der Entwicklung einer neuen Generation von kollaborativen Robotern, die sich durch die Integration von Sicherheitskomponenten auszeichnen. Zu diesem Zwecke wurde im April 2015 die Übernahme des bayrischen Mechatronik-Spezialisten Gomtec getätigt, dessen Gründer Bernd Gombert, der früher für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) tätig war, an einem gemeinsamen Projekt eines Leichtroboters mit Kuka AG zusammengearbeitet hat (der Leichtroboter war der Vorgänger von Kukas LBR "iiwa"). Damit sichert sich ABB zwar bis jetzt defizitäres Mechatronik-Knowhow, verschärft jedoch den Wettbewerb mit der Kuka AG.

Kuka AG

Die Kuka AG, die als Pionier im Bereich Menschen-Roboter-Kollaboration gilt und schon seit einigen Jahren an MRK-Systemen forscht, begegnete der Konkurrenz zunächst mit einer sehr attraktiven Preissenkung für ihren LBR "iiwa", der nun ab 60.000 Euro je nach Ausstattung statt der vorherigen 100.000 Euro kosten soll. Dieser ist mit einer Traglast von entweder 7 oder 14 kg erhältlich.

Durch die Mehrheitsbeteiligung der Kuka Tochtergesellschaft Kuka Systems am Unternehmen Faude, einem international agierenden Lösungsanbieter für Produktion- und Prozessautomation, sichern sich die Augsburger das Knowhow im Bereich sensitive Robotik und Montage und können somit ihr Produktportfolio weiter ausbauen.

Universal Robots

Im Gegensatz zu anderen Marktteilnehmern sieht Universal Robots wiederum potenzielle Märkte im Bereich der sog. Tisch-Automation, in der sich ihr neues Modell UR3 mit 3 kg Traglast als eine Art „dritte Hand” hervorragend eignet. Kostenpunkt: rund 16.000 Euro.

Fanuc

Fanuc baut seinen CR-35iA, der ganze 35 kg heben kann. Damit wird signalisiert, dass man sich nicht nur auf Leichtbaurobotik beschränkt. Laut Geschäftsführer Olaf Kramm habe man diesen Roboter in enger Abstimmung mit Automobilherstellern und ihren Anforderungen entwickelt. Das Unternehmen setzte sich das Ziel, bis 2020 rund 2000 Fanuc CR-35iA in deutschen Werken zu installieren. Außerdem verfügt der Roboter über eine neuartige Sicherheitstechnologie, die ihn bei einer Berührung von 30 Newton zum Stillstand bringt. Und zuletzt verfügt der Roboter über eine sog. „Push2Escape”-Funktion, die es dem menschlichen Mitarbeiter erlaubt, den Roboter wegzuschieben, falls er sich eingeengt fühlen sollte. Kostenpunkt des neuen Fanuc CR-35iA: Rund 75.000 Euro.

Beim genaueren Vergleich der aufgeführten Unternehmen, die sich im Bereich der Herstellung von Industrie-Robotern bereits behaupten konnten, fällt ein Unternehmen ganz besonders auf: Es ist die Kuka AG, die bereits in „aktien” (Heft 11) ausführlich diskutiert wurde.

Abgesehen davon, dass Kukas Roboter in der klassischen Automobilindustrie (BMW, Daimler und VW) ihren festen Absatzmarkt gefunden haben, liefert das Unternehmen ihre Roboter direkt in die Fabrik von Elon Musk (Tesla Motors). Diese werden von Tesla beispielsweise bei der Produktion seiner Model S Elektroautos benutzt. Bei einer Ausweitung der Produktion, was eigentlich nur eine Frage der Zeit ist, werden beide Unternehmen voneinander profitieren. Tesla kann seine Elektroauto-Produktion für den Massenmarkt reibungslos durch den Zukauf von bewährten Kuka-Robotern nach Bedarf sehr schnell erweitern. In diesem Fall wird Kuka sehr schnell eine Flut von Millionenaufträgen verzeichnen. Das sind aber nur die Elektroautos.

Tesla baut derzeit in Nevada eine Mega-Fabrik für Akkus, genannt "Gigafactory", die 2016/17 in Betrieb gehen soll. Eins ist in diesem Zusammenhang sicher: es werden dort überwiegend Roboter eingesetzt. Ob es die Roboter von Kuka sein werden, ist nicht sicher, rückblickend auf den MRK-LBR "iiwa" jedoch, der in zwei Varianten bzgl. der Traglast (7 und 14 kg) erhältlich ist, scheint Kuka hervorragend positioniert zu sein.

Auch in den Industriezweigen Warenlogistik und Smart-Factory des Trendthemas Industrie 4.0 ist Kuka stark vertreten.
Neben dem stationären LBR "iiwa" bietet Kuka eine mobile Roboterplattform "KUKA flexFellow" an, auf der sich Leichtbauroboter installieren lassen, was in einer Smart Factory neben der angestrebten Automation für den notwendigen Grad der Flexibilität sorgen soll.

Um sich das notwendige Knowhow im Bereich Warenlogistik zu sichern, übernahm Kuka 2014 den Schweizer Logistikspezialisten Swisslog für 280 Mio. Euro. Der Zukauf soll Kuka unabhängiger von der Automobilindustrie machen und dem Konzern eine hervorragende Positionierung im Bereich Warenlogistik ermöglichen.

Derzeit baut Kuka in Augsburg ihr eigenes Technologie- und Entwicklungszentrum, das Ende 2015 in Betrieb gehen soll. Neben Industrie 4.0 will man sich ebenso stark am Geschäft mit Privatkunden orientieren. Angesichts der zunehmenden Alterung der Gesellschaft möchte Kuka durch Serviceroboter profitieren.

Beim Thema Haushalt 4.0 macht das Unternehmen sich bereits Gedanken über den Einsatz von Haushaltsrobotern. Ein möglicher nächster Trend: die Sicherheit 4.0.

Wie man sieht, hat sich die Kuka AG zu einem echten Allrounder in Sachen Robotik entwickelt und ist jetzt schon für die bevorstehende Entwicklung in der Roboterbranche gut positioniert.

Zusammengefasst lässt anmerken, dass Unternehmen, die einen Visionär an der Spitze haben, einen großen Vorsprung in der Entwicklung, Qualität und praktischen Erfahrung gegenüber ihrer Konkurrenz vorweisen können. Der First-Mover-Advantage sichert ihnen jetzt eine viel bessere Positionierung in Vorfeld der bevorstehenden Robotisierung, denn eines ist sicher – die Roboter werden kommen!