Personalisierte Serienfertigung: Robotik und KI in der Produktkonfiguration

Die rasante Entwicklung von smarten Technologien wie Künstlicher Intelligenz und Robotik eröffnet der seriellen sowie personalisierten Fertigung ganz neue Möglichkeiten. Das eigentlich Revolutionäre daran ist, dass beides zeitgleich möglich ist – dank agiler Automatisierungstechnologie. Dieser Paradigmenwechsel ist zugleich die Grundvoraussetzung für das Konzept und Zukunftsmodell der Smart Factory. Vorerst profitieren Hersteller unterschiedlicher Branchen jedoch von den Möglichkeiten, den stetig wachsenden Anforderungen nach individuellen, maßgeschneiderten Produkten auch bei hohen Stückzahlen gerecht zu werden.

Automatisierung auf allen Prozessebenen
Ganz gleich, ob im Automotive-Bereich, in der Luftfahrt oder Medizintechnik: Die Automatisierung ist überall angekommen. Doch oft ist sie nicht so gut sichtbar wie in der mit Industrierobotern bestückten Werkhalle. So entfällt ein nicht unerheblicher Teil der Automatisierungsbemühungen in unterschiedlichen Branchen auf Büro- und Verwaltungsarbeit. In diesem Feld sind vor allem repetitive Schreibtischarbeiten betroffen, wodurch Mitarbeiter Zeit für komplexere Tätigkeiten haben. In der Fertigung übernimmt der Roboter dank KI-gestützter Sensorik selbst vollkommen eigenständig Prozesse, die früher menschliche Unterstützung erforderten. Dies umfasst nahezu alle Stationen in der Fertigung:

• Angefangen bei der Selbstkalibrierung
• bis hin zur Echtzeitanpassung an wechselnde Werkstücke
• unter Berücksichtigung individueller Konfigurationen.

Ein gutes Beispiel hierfür sind Reinigungslösungen, die zur Entfernung von Rückständen aus vorangegangenen Prozessen oder dem Säubern von Bohrungen eingesetzt werden. Diese sehr spezialisierten Gerätschaften lassen sich genau an die Anforderungen im Betrieb anpassen. Hersteller von entsprechender Automatisierungstechnik wie abag erfreuen sich deshalb einer wachsenden Nachfrage. Der Erfolg von Reinigungsanlagen von abag und anderen spezialisierten Herstellern kann daher als Trendbarometer verstanden werden. Doch auch im Software-Bereich besteht großes Interesse. Entwickler nehmen deshalb mittlerweile alle Ebenen in Unternehmen ins Auge, wodurch von der Arbeitszeiterfassung bis zur Lagerverwaltung immer öfter die Robotic Process Automation (RPA) zum Zuge kommt.

Intelligente Systeme sorgen für Agilität
Insbesondere in der Fertigung könnte die Automatisierung die Lösung für ein altbekanntes und zugleich wachsendes Problem sein.

• Während Kunden vermehrt nach personalisierten Produkten verlangen,
• streben Unternehmen weiterhin nach Kosteneffizienz und schnellen Produktionszyklen.

Hier liegt eine der zentralen Herausforderungen:

• Wie können Fertigungsprozesse flexibel genug gestaltet werden, um individuelle Anpassungen zu ermöglichen,
• ohne dabei auf die Vorteile serieller Produktion verzichten zu müssen?

Immer mehr Hersteller setzen deshalb auf Produktkonfiguratoren, mit denen Kunden ihre Produkte remote an die eigenen Vorstellungen und Wünsche anpassen können. So lassen sich in Sekundenschnelle neue Fertigungsprofile erstellen oder bestehende anpassen. Neben der Zeitersparnis gegenüber manuellen Anpassungen durch einen Mitarbeiter profitieren Unternehmen dabei vor allem von einem klaren Vorsprung im Wettbewerb mit der herkömmlich produzierenden Konkurrenz. Portfolios sind so nicht länger auf wenige Varianten desselben Produkts beschränkt, sondern bilden ein modulares und frei konfigurierbares Produktspektrum ab. Doch damit nicht genug: Dank Machine Learning und fortschrittlichen Analyseverfahren können Produktionssysteme Muster in Kundenpräferenzen erkennen und diese in Echtzeit in den Fertigungsprozess integrieren.

Selbstverständlich ergeben sich aus der Umstellung auf die personalisierte und automatisierte Produktion weitere Fragen und Herausforderungen. Dazu zählt die Notwendigkeit, Mitarbeiter auf die neuen Technologien vorzubereiten, um sicherzustellen, dass die Technologien nicht nur als Ersatz, sondern als Ergänzung menschlicher Arbeitskraft wahrgenommen werden. Eine aktuelle Studie des Instituts YouGov verdeutlicht, wie groß die Sorge der Deutschen vor dem Arbeitsplatzverlust durch KI ist. Rund 62 Prozent gaben an, zu befürchten, Künstliche Intelligenz könnte die eigene Tätigkeit in naher Zukunft übernehmen. Die Realität in den Werkhallen von Pionieren bei der automatisierten Fertigung zeigt jedoch, dass diese Sorge oft unberechtigt ist.

Synergie zwischen Mensch und Maschine
Die Zusammenarbeit zwischen automatisierten Systemen und menschlichen Arbeitskräften verläuft oft viel dynamischer und fruchtbarer, als die meisten Arbeitnehmer denken. In der modernen Fertigungslandschaft arbeiten Roboter und KI-Systeme nämlich keinesfalls isoliert. Stattdessen werden sie in Prozesse eingegliedert, wo sie spezifische Aufgaben übernehmen. In der Fertigung interagieren Roboter mithilfe ihrer Sensorik auf die Produktionsumgebung und auch menschlichen Mitarbeitern. Ein gutes Beispiel hierfür ist die kollaborative Montage. Bei diesem Konzept

• arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand
• und setzen gemeinsam komplexe Produkte zusammen.

Repetitive Handgriffe übernimmt hierbei in der Regel die Maschine, sodass der Mensch sich auf Aufgaben konzentrieren kann, die menschliches Denken erfordern. Was der Maschine an Verständnis fehlt, macht sie durch eine blitzschnelle Reaktionsfähigkeit und die automatische Anpassung an sich stetig verändernde Parameter wieder wett. Dadurch kommen KI-gestützte Systeme auch vermehrt in der Qualitätskontrolle zum Einsatz, da sie Abweichungen erkennen können, die dem menschlichen Auge entgehen.

Das Ziel ist die Smart Factory
Wenn es nach einigen Visionären geht, steht am Ende dieser Entwicklung die intelligente Fabrik. Solche Smart Factories stecken zwar noch in den Kinderschuhen, sind aber im Ansatz bereits Realität. Schon jetzt nehmen smarte Maschinen direkt aus der Fertigung Einfluss auf die Lieferketten oder schlagen selbstständig Optimierungsmöglichkeiten vor. Die wirkliche Smart Factory geht aber über die bloße Automatisierung von einzelnen Aufgaben hinaus. Sie repräsentiert eine umfassende Transformation der Fertigungslandschaft hin zu einem vollständig vernetzten System.

Bei der „denkenden“ Fabrik soll der Mensch im Idealfall nur noch die Ziele vorgeben, während die Produktionseinheiten alle nötigen Schritte unternehmen, um das gewünschte Produkt zu realisieren. Die Rolle des Mitarbeiters würde sich dabei vor allem auf eine Kontrollfunktion beschränken, sodass im Fertigungsprozess selbst keine menschliche Arbeitskraft mehr benötigt wird. Wie wahrscheinlich und nah eine solche Zukunft ist, ist allerdings umstritten. Kritiker sehen die Cybersicherheit und den Energiehunger einer vollständig vernetzten Fabrik als größte Hürde. Fest steht jedoch, die Vision der Smart Factory beflügelt auch jetzt schon viele innovative Vorstöße.