Automatisierung: Aktuelle Herausforderungen der Industrie

Zunehmende Automatisierung führt vermehrt zu hybride Arbeitsplätzen. Plattformlösungen gewährleisten die Durchgängigkeit von Daten und vereinfachen die Kollaboration.

Im Mittelpunkt des Showcase mit Omron steht der virtuelle Zwilling einer vollständig automatisierten und flexiblen Produktionslinie inklusive Robotik-Handlingsautomaten und mobilen Robotern.

Foto: Omron

Die Automatisierung zählt nach wie vor zu den wichtigsten Zukunftsthemen der Industrie und spielt eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, wie sich Unternehmen zukunftsfähig aufstellen. Vor welchen Herausforderungen stehen Maschinenbauer und produzierende Unternehmen konkret? Und an welchen Stellen werden intelligente Automatisierungs- und Cloudlösungen bereits heute in der Praxis eingesetzt?

Kein anderes Thema gilt so sehr als Indikator für die Zukunftsfähigkeit der deutschen Industrie wie der Automatisierungsgrad und die Roboterdichte in den hiesigen Betrieben. Und die kann sich sehen lassen: Laut der International Federation of Robotics stellt Deutschland den fünftgrößten Absatzmarkt für Roboter dar. Noch sind es vor allem die großen Industriebetriebe mit hohem Produktionsvolumen, die auf automatisierte Abläufe angewiesen sind. Doch es zeichnet sich bereits ab, dass auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) mit kleineren Stückzahlen nachziehen werden. Der Grund: Produzierende Unternehmen stehen in den kommenden Jahren vor zahlreichen Herausforderungen, die es erforderlich machen, Arbeitsprozesse grundlegend zu verändern.

Fachkräftemangel: Wenn der Nachwuchs fehlt

Der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften betrifft laut Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) derzeit knapp 43 % aller Berufsgattungen in Deutschland. Auch die Mint-Bereiche (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) stehen unter Druck, offene Stellen mit geeignetem Fachpersonal zu besetzen. Die Gründe für die sich zuspitzende Lage sind vielseitig. Eine Hauptursache ist der demographische Wandel. Durch die alternde Bevölkerung wird erwartet, dass sich die Zahl der Erwerbstätigen – im Alter zwischen 20 und 65 Jahren – bis zum Jahr 2060 um ein Drittel reduziert, sofern diese nicht durch Einwanderung ausgeglichen wird. Verstärkt wird diese Lücke durch eine Veränderung in der Berufsausbildung und einem Trend hin zur Akademisierung. So liegt der Anteil der Studienberechtigten bei etwa 45 %. An jungen Facharbeiterinnen und Facharbeitern fehlt es hingegen.

Mensch und Maschine – Hand in Hand: Hybride Arbeitsplätze als Zukunftsmodell

Um den Produktionsstandort Deutschland langfristig attraktiv zu machen, müssen Wege aus dem Fachkräftedilemma gefunden werden. Einen Lösungsansatz stellt die Automatisierung von Produktions- und Fertigungsaufgaben dar. Schon heute übernehmen Roboter und Maschinen einzelne Arbeitsschritte in Fertigungslinien. Dazu gehören unter anderem körperlich anstrengende Aufgaben wie Heben und Transportieren, monotone und repetitive Aufgaben wie das Einlegen von Teilen sowie gefährliche Tätigkeiten nah an der Maschine oder im Umgang mit Chemikalien. Das führt dazu, dass unliebsame Aufgaben für die Mitarbeitenden entfallen, das Produktionsvolumen gesteigert und die Arbeitssicherheit erhöht wird. Auf dieser Basis entstehen hybride Arbeitsplätze, an denen Mensch und Maschine Hand in Hand zusammenarbeiten. Dadurch können Unternehmen Schichtmodelle optimieren, Produktionsschwankungen ausgleichen und Krankheitsfälle kompensieren.

Damit insbesondere kleinere Unternehmen ohne großes Team nicht gleichzeitig von anderer Seite vom Arbeitskräftemangel bei Integratoren abhängig sind, sollten sie einfache Automatisierungsaufgaben selbst vornehmen können. Dazu zählen beispielsweise die Wartung, Bedienung, Instandhaltung oder Produktautomatisierung. Gelingen kann dies beispielsweise mit einem modularen Baukastensystem von Ecosphere. Der Automatisierungsspezialist stellt standardisierte Tools zur Verfügung, die gleichzeitig die notwendige Flexibilität bieten, um diese auf individuelle Automatisierungsaufgaben zuzuschneiden.

Cloud und virtuelle Welten: Realisierung komplexer Robotikaufgaben

Eine weitere Herausforderung für produzierende Unternehmen stellt die digitale Transformation dar. Einerseits ist die zunehmende Digitalisierung von Arbeitsabläufen essentiell, um die Zukunftsfähigkeit des eigenen Geschäftsmodells zu sichern und im internationalen Wettbewerb mitzuhalten. Andererseits sorgt dies auch für eine zunehmende Komplexität. Unterstützen können hier Cloudlösungen und Künstliche Intelligenz.

Ein Beispiel dafür ist die Robotersimulation bei Ecosphere. Durch die ganzheitliche virtuelle Nachbildung von Robotersystemen und Maschinen auf der 3D-Experience Plattform von Dassault Systèmes können deutlich mehr Aspekte auf dem Weg vom erdachten zum realen Modell berücksichtigt werden. Insbesondere im Bereich der Validierung, einer der schwierigsten Aufgaben in der Robotik, können so immense Fortschritte erzielt werden, da Annahmen im Entwicklungsprozess direkt umfassend geprüft werden.

Robotersimulation bei Ecosphere: Durch die ganzheitliche virtuelle Nachbildung von Robotersystemen und Maschinen auf der 3D-Experience-Plattform können mehr Aspekte auf dem Weg vom erdachten zum realen Modell berücksichtigt werden.

Foto: Ecosphere

Durch die Arbeit auf der Plattform ist zudem die Durchgängigkeit der Daten gewährleistet. So lassen sich Konstruktionsdaten, zum Beispiel aus Solidworks, in die Simulation überführen. Dort kann anschließend ausgiebig virtuell getestet werden, ob der Roboter auf engem Raum mit anderen Bauteilen und Maschinen kollidieren würde, ob Bewegungen effizient sind oder weitere Optimierungen vorgenommen werden sollten. Noch wird die Robotersimulation vor allem für Großkunden aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie umgesetzt, die das entsprechende Know-how und die nötigen finanziellen Ressourcen haben. Doch auch das Potenzial für kleinere Unternehmen ist groß.

Vernetzte Produktionsprozesse: Bessere Zusammenarbeit in der Cloud

Aufgrund der zunehmenden globale Vernetzung – Stichwort Lieferketten – sowie die Vernetzung über verschiedene Abteilungen innerhalb eines Betriebes hinweg ist ein Umdenken hinsichtlich bestehender Prozesse erforderlich. Cloudbasierte Plattformlösungen, die ein hohes Maß an Datendurchgängigkeit und Skalierbarkeit aufweisen, schaffen an dieser Stelle Abhilfe. Dadurch lassen sich neue Geschäftsmodelle wirtschaftlich realisieren. Ein Beispiel ist Robot-as-a-Service (RaaS). RaaS bietet Unternehmen die Möglichkeit einen Roboter temporär zu mieten statt dauerhaft zu kaufen. Das kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn ein Produkt nur für eine kurze, saisonal-bedingte Laufzeit hergestellt werden soll. Bislang sind Entscheider in dieser Hinsicht zurückhaltend, weil sich RaaS-Modelle aufgrund der Komplexität jedes einzelnen Roboters derzeit noch nicht flächendeckend finanziell rechnen. Durch Datenplattformen ändert sich dies jedoch, weil Anbieter auf vorhandenes Wissen zugreifen können und so die Konstruktions- und Entwicklungszeiten deutlich verkürzen.

Erfolgreich in die Zukunft durch Automatisierung

Produzierende Unternehmen stehen derzeit vor großen Herausforderungen: ein sich zuspitzender Fachkräftemangel, hoher Digitalisierungsdruck sowie eine immer stärkere Vernetzung der Unternehmen. Zuletzt rückten auch Nachhaltigkeitsvorgaben durch Gesetze oder Kundenanforderungen immer stärker in den Fokus. Entscheidungsträger sind deswegen gefragt Strategien zu entwickeln, die langfristig wirtschaftlichen Erfolg mit klima- und ressourcenschonendem Handeln verbinden. In allen Bereichen gilt: Es braucht innovative Lösungen, die langfristig bestehen können. Die Automatisierung im Zusammenspiel mit Cloudlösungen spielt dabei bereits heute eine zentrale Rolle – und wird in Zukunft nicht mehr wegzudenken sein.

Mit virtuellen Zwillingen und Robotik die Wettbewerbsfähigkeit stärken

Dassault Systèmes zeigt auf der SPS 2023 in Halle 6 an Stand 108/110 zusammen mit Ecosphere und Omron die Kraft virtueller Zwillinge in der Automatisierung und Robotik. Die Partner veranschaulichen, wie Automatisierungslösungen die Fertigungsindustrie dabei unterstützen, aktuellen Herausforderungen wie einem zunehmenden Wettbewerbsdruck, dem anhaltenden Fachkräftemangel sowie sich verändernden Kundenansprüchen zu begegnen. Mithilfe der 3D-Experience Plattform von Dassault Systèmes wird der Weg für eine effiziente und nachhaltige Entwicklung und Produktion geebnet.

Im Mittelpunkt des Showcase mit Omron steht der virtuelle Zwilling einer vollständig automatisierten und flexiblen Produktionslinie inklusive Robotik-Handlingsautomaten und mobilen Robotern. Durch den Einsatz der 3D-Experience Plattform können ganze Prozessketten noch vor der eigentlichen Fertigung des Produkts virtuell abgebildet, getestet und optimiert werden. Veranschaulicht wird der Einsatz der 3D-Experience Plattform auch anhand einer modularen Roboter-Handlingszelle von Ecosphere, die sowohl als Handarbeitsplatz als auch vollautomatisiert betrieben werden kann und Fertigungsunternehmen den Einstieg in die Automatisierung erleichtert.

Zudem wird der Einsatz neuer Funktionalitäten von Solidworks Electrical innerhalb der mechanischen Konstruktion sowie der 3D-Experience Plattform von Dassault Systèmes präsentiert.