Materialtransportroboter: Anwendungsbereiche, Vorteile und Auswahlkriterien

Die Auswahl eines Materialtransportroboters umfasst weit mehr als nur den Vergleich von Höchstgeschwindigkeit, Tragkraft und Navigationsfunktionen. Entscheidend für den Erfolg eines Automatisierungsprojekts ist letztendlich, ob das System den gesamten Materialtransportzyklus – Aufnahme, Transport, Andocken, Entladen und Fehlerbehebung – zuverlässig mit der erforderlichen Produktionsrate und unter realen Betriebsbedingungen durchführen kann. Im Allgemeinen eignet sich die Roboterautomatisierung am besten für Aufgaben, die häufig und wiederholt anfallen, klar definiert sind, auf relativ standardisierten Lasten basieren und durch messbaren Personalbedarf untermauert werden.

Wenn sich hingegen Materialien und Arbeitsstationen ständig ändern, die Wege unvorhersehbar sind und die Aufgabe nach wie vor stark vom menschlichen Urteilsvermögen abhängt, kann der zu frühe Einsatz eines autonomen mobilen Roboters (AMR), eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (AGV) oder eines Roboterarms dazu führen, dass bestehende Prozessprobleme lediglich von einem Teil des Betriebs in einen anderen verlagert werden. Die richtige Abfolge bei der Bewertung lautet daher:

1. Analysieren Sie den Materialfluss.
2. Ermitteln Sie, ob die Automatisierung einen messbaren Mehrwert schaffen kann.
3. Wählen Sie den am besten geeigneten Materialtransportroboter.

Dieser Leitfaden untersucht gängige Anwendungen von Materialtransportrobotern, messbare betriebliche Vorteile und praktische Auswahlkriterien, um Herstellern, Lagern und Logistikbetreibern zu helfen, die richtige Automatisierungslösung für ihr Unternehmen zu identifizieren.

Was ist ein Materialtransportroboter?

Ein Materialtransportroboter ist keine spezifische Art von Maschine. Es ist eine breite Kategorie automatisierter Systeme, die zum Bewegen, Heben, Greifen, Übertragen, Be- und Entladen, Sortieren, Positionieren, Lagern, Abrufen oder Palettieren von Materialien verwendet werden. Ein Materialtransportroboter kann sein:

• Ein SCARA-Roboter, der an einem festen Arbeitsplatz schnelle Pick-and-Place-Vorgänge durchführt
• Ein AMR, der Behälter zwischen einem Lager und einer Produktionslinie transportiert
• Ein automatischer Gabelstapler, der Paletten handhabt und Lasten aus Lagerregalen abruft
• Ein Sechsachs-Industrieroboter, der eine CNC-Maschine be- und entlädt
• Ein mobiler Manipulator, der Materialien transportiert und anschließend einen Greif- oder Maschinenbedienungsvorgang durchführt

Aus Anwendungssicht beschreibt der Begriff „Materialtransportroboter“ die Funktion, die das Gerät erfüllt, und nicht eine bestimmte Navigationsmethode, mechanische Konstruktion oder Produktbezeichnung.

Die Wahl der richtigen Ausrüstung hängt davon ab, wie das Material transportiert werden soll. Wenn Materialien kontinuierlich zwischen zwei festen Positionen hin- und herbewegt werden, ist ein Fördersystem möglicherweise die einfachste Lösung. Wenn sich die Aufgabe auf einen einzigen Arbeitsplatz konzentriert, kann ein stationärer Roboterarm für mehr Geschwindigkeit und Präzision sorgen.

Die Flexibilität eines AMR kommt besonders dann zum Tragen, wenn Abholorte, Zielorte, Routen oder Aufgabenprioritäten sich regelmäßig ändern. Sobald diese Unterschiede klar sind, stellt sich die Frage, welche Materialflussprozesse sich am besten für die Roboterautomatisierung eignen.

Für welche Materialtransportanwendungen eignen sich Roboter am besten?

Die besten Prozesse für die Roboterautomatisierung sind nicht unbedingt die technisch komplexesten. Es sind in der Regel die Prozesse, die:

• Treten häufig auf
• Befolgen stabile Betriebsregeln
• Verwenden standardisierte Materialien oder Ladungsträger
• Erfordern messbaren Arbeitsaufwand
• Über zuverlässige Daten ausgelöst und überwacht werden können

Wenn Mitarbeiter einen erheblichen Teil ihrer Zeit mit dem Transport von Materialien, dem Warten auf Lieferungen, dem Suchen von Artikeln oder der Rückkehr mit leeren Wagen verbringen – und diese Aktivitäten wiederholbaren Regeln folgen – kann der Prozess eine gute Grundlage für die Materialtransportautomatisierung bieten. Bevor Sie ein Projekt bewerten, beantworten Sie drei Fragen:

1. Wie oft findet dieselbe Materialbewegung pro Tag statt?
2. Wie viel Zeit verbringen Mitarbeiter mit dem Transport, dem Warten auf und dem Auffinden von Materialien?
3. Können die Materialien, Lastträger, Abhol- und Abgabepunkte einigermaßen konstant bleiben?

Wenn diese Fragen mit Daten beantwortet werden können, fällt es leichter, das richtige System auszuwählen und den Nutzen nach der Inbetriebnahme zu verifizieren.

Wann sollten Roboter für die Materialzufuhr an der Fertigungslinie eingesetzt werden?

Der Einsatz von AMRs oder AGVs sollte in Betracht gezogen werden, wenn Bauteile, Werkzeuge, Verpackungsmaterialien, Leergut oder unfertige Erzeugnisse häufig von einem Lager, einem liniennahen Supermarkt oder einem Pufferbereich zu einer Produktionslinie transportiert werden müssen. Eine zuverlässige liniennahe Anlieferung hängt in der Regel von den folgenden Bedingungen ab:

• Lieferrouten und Arbeitsstationen können klar definiert werden.
• Die Materialien werden in festen oder identifizierbaren Behältern, Wagen, Regalen oder Paletten transportiert.
• Die Produktionslinie kann zuverlässige Nachschubanforderungen generieren.
• Abhol- und Abgabebereiche sind nicht dauerhaft belegt.
• Das stündliche Aufgabenvolumen und die Spitzenlast lassen sich berechnen.
• Aufgaben können über Taster, RFID, SPS, MES, WMS, Sensoren oder geplante Lieferpläne ausgelöst werden.

Ein Roboter kann jedoch nur die Aufgabe ausführen, die er erhält. Er kann nicht beurteilen, ob der Produktionsplan oder die Nachschublogik korrekt ist. Wenn die Bestandsdaten ungenau sind, Nachschubanforderungen zu spät generiert werden oder die Materialrufregeln unklar sind, kann der Roboter die falsche Aufgabe pünktlich und fehlerfrei ausführen. Bei der Projektbewertung sollte das Team zunächst die eigentliche Ursache von Materialengpässen ermitteln. In vielen Fällen liegt das Problem nicht an einer unzureichenden Transportgeschwindigkeit. Das Nachschubsignal wurde möglicherweise zu spät ausgelöst, oder die Entladestation ist noch belegt, wenn der Roboter eintrifft. Ein Projekt zur Linienversorgung sollte daher nicht nur prüfen, ob der Roboter den Arbeitsplatz erreichen kann. Es muss auch bestätigen, dass die Materialanforderung korrekt ist und der Arbeitsplatz bereit ist, die Lieferung anzunehmen.

Wann sollte der Palettentransport automatisiert werden?

Der automatisierte Palettentransport kann oft messbare Vorteile bringen, da Palettenbewegungen in der Regel mit langen Transportwegen, einer hohen Wiederholungsfrequenz und einem geringen Entscheidungsaufwand während des Transports verbunden sind. Zu den gängigen Palettentransportwegen gehören:

• Warenannahme bis Qualitätsprüfung
• Vom Wareneingang zur Zwischenlagerung oder Einlagerung
• Lager bis Produktionslinie
• Von einem Produktionsprozess zum nächsten
• Vom Fertigwarenlager zur Verpackung oder zum Versand

In einem europäischen Logistikzentrum wurden drei schwere mobile Roboter eingesetzt, um Paletten vom Wareneingang zum Eingang eines Hochregallagers zu transportieren. Die Anlage verarbeitete etwa 31.000 Paletten und 100.000 Aufträge pro Jahr. Nach der Implementierung reduzierte das System die manuelle Transportarbeit um etwa 40 Stunden pro Woche. Dieser Fall sollte nicht als allgemeingültiger ROI-Maßstab betrachtet werden. Er veranschaulicht jedoch einen der häufigsten Vorteile der robotergestützten Palettenhandhabung: Mitarbeiter können von repetitivem Fahren und langen Wegstrecken zu Aufgaben umgeschichtet werden, die mehr Urteilsvermögen und Erfahrung erfordern, wie Palettenprüfung, Aufgabenpriorisierung und Ausnahmemanagement. Ein zuverlässiger Palettentransport erfordert außerdem die Überprüfung der folgenden Bedingungen:

• Palettenabmessungen und Gabelöffnungen sind konsistent.
• Paletten sind nicht häufig beschädigt oder verformt.
• Stretchfolie hängt nicht unter die Ladung.
• Überstehende Waren beeinträchtigen weder Sensoren noch die Durchfahrtshöhe.
• Der Schwerpunkt bleibt bei voller Last stabil.
• Bodengefälle, Fugen und Gangbreiten sind geeignet.
• Abhol- und Ablagepositionen verfügen über zuverlässige mechanische oder visuelle Referenzen.

Das Nutzlastgewicht allein reicht nicht aus. Selbst wenn die Gesamtlast unter der Nennkapazität des Roboters bleibt, können beschädigte Paletten, überstehende Waren, ein hoher Schwerpunkt oder inkonsistente Gabelöffnungen zu fehlgeschlagenem Gabeleinfahren, ungenauem Andocken oder Instabilität in Kurven führen.

Wann ist ein stationärer Roboter besser als ein AMR?

Wenn Materialien sich immer zwischen wenigen festen Positionen bewegen, ist ein stationärer Industrieroboter oft effizienter als ein mobiler Roboter. Typische Anwendungen umfassen:

• Pick-and-Place elektronischer Bauteile
• Sortierung von Lebensmitteln und Verpackungsprodukten
• Übergabe von Spritzgussteilen
• Kartonverpackung
• Montage von Kleinteilen
• Produktübergabe zwischen Förderbandabschnitten

Stationäre Roboter eignen sich besser für hochfrequente, kurzstreckige und hochpräzise Arbeitsabläufe. Einige industrielle Roboterarme erreichen eine Wiederholgenauigkeit von etwa ±0,02 mm. Die Standard-Positioniergenauigkeit mobiler Roboter wird in der Regel in Millimetern oder sogar Zentimetern gemessen. Diese Systeme sind darauf ausgelegt, unterschiedliche Aufgaben zu lösen. Höhere Geschwindigkeit und Präzision machen eine Lösung jedoch nicht automatisch geeigneter. Wenn eine vorgelagerte Maschine nur ein Teil alle fünf Minuten produziert, führt der Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsroboters mit einer Zykluszeit von weniger als einer Sekunde nicht zu einer Steigerung der Gesamtleistung der Produktionslinie. Die Zykluszeit des Roboters muss im Zusammenhang mit den vorgelagerten Anlagen, den Prüfprozessen und der nachgelagerten Verpackungskapazität bewertet werden. Der richtige Vergleichsmaßstab ist daher die Taktzeit der gesamten Produktionslinie – nicht die schnellste Bewegung des Roboters selbst.

Wann schafft die robotergestützte Maschinenbedienung einen echten Mehrwert?

Die robotergestützte Maschinenbeschickung eignet sich gut für stabile Bearbeitungsprozesse, relativ große Produktionsserien und Betriebe, die lange kontinuierliche Produktionszeiten erfordern. Ein Maschinenbeschickungsroboter kann:

• Rohteile aus Behältern oder Regalen entnehmen
• Teile in CNC-Maschinen, Spritzgießmaschinen oder Pressen laden
• Fertige Bauteile entfernen
• Teile zum Waschen, Prüfen, Messen oder zum nächsten Prozessschritt transferieren
• Gute und schlechte Teile gemäß den Prüfergebnissen trennen

Ein häufiger Fehler ist, nur die Pick-and-Place-Zeit des Roboters zu berechnen und den vollständigen Produktionszyklus zu ignorieren. Auch nachdem der Roboter die Maschine be- und entladen hat, kann manuelle Arbeit erforderlich sein, um:

• Späne entfernen und Vorrichtungen reinigen
• Maschinentüren öffnen oder schließen
• Spannvorrichtungen justieren
• Werkzeuge wechseln
• Unregelmäßig ankommende Teile handhaben
• Stichprobenprüfungen durchführen

Die relevante Zykluszeitmessung ist: Die Zeit vom Abschluss eines akzeptablen Teils bis zum Abschluss des nächsten akzeptablen Teils. Die Fahrgeschwindigkeit des Roboters ist nur ein Teil des Gesamtzyklus. Wenn Türbedienung, Spanabfuhr, Prüfung oder Vorrichtungseinstellung weiterhin manuelle Eingriffe erfordern, ist der Prozess nicht vollständig automatisiert.

Wann sollten Palettier- oder Depalettierroboter eingesetzt werden?

Roboterpalettierung schafft häufig einen erheblichen Mehrwert, wenn Kartons, Säcke, Fässer oder Mehrwegbehälter einigermaßen einheitliche Abmessungen aufweisen und das stündliche Handlingsvolumen hoch ist. Vor der Auswahl eines Palettierroboters sollten Sie Folgendes festlegen:

• Maximales Produktgewicht
• Gewicht des Greifers, der Sensoren, Kabel und anderer End-of-Arm-Ausrüstung
• Benötigte Produkte pro Stunde
• Palettenabmessungen und maximale Stapelhöhe
• Anzahl der Produktformate und Palettenmuster
• Anforderungen an die Etikettenausrichtung
• Ob Produkte sich verformen, verrutschen, reißen oder brechen können

Bei der Berechnung der Nutzlast eines Roboters müssen das Produkt, der Greifer und sämtliches Zubehör am Roboterarm berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise ein Karton 18 kg wiegt und der Vakuumgreifer, die Sensoren sowie die Kabel weitere 12 kg wiegen, muss der Roboter eine Nutzlast am Roboterarm von mindestens 30 kg – und nicht von 18 kg – bewältigen können. Zudem sollte eine zusätzliche Kapazität für Beschleunigung, Verzögerung und Lastschwankungen einkalkuliert werden. Das Entpalettieren ist in der Regel komplexer als das Palettieren. Beim Palettieren weiß das System, wo jedes Teil platziert werden soll. Beim Entpalettieren:

• Kartons können verformt sein.
• Produkte können aneinanderkleben.
• Die Palette kann geneigt sein.
• Stretchfolie kann das Bildverarbeitungssystem beeinträchtigen.
• Produktpositionen können variieren.

Bei der Depalettierung gemischter SKUs sollte das System außerdem darauf getestet werden, ob:

• Das Vision-System kann verschiedene Produkte identifizieren.
• Der Roboter kann eine effiziente Kommissionierreihenfolge planen.
• Der Greifer verschiedene Größen, Formen, Oberflächen und Materialien handhaben kann.
• Beschädigte oder nicht erkannte Produkte sicher gehandhabt werden können.

Was machen Roboter eigentlich bei der Kommissionierung und Sortierung im Lager?

Im Lagerbetrieb reduzieren mobile Roboter am häufigsten die Gehwege der Mitarbeiter, anstatt alle manuellen Kommissioniertätigkeiten zu ersetzen. Typische Lagerroboter-Anwendungen umfassen:

• Regale oder Behälter zu einem Kommissionierer bringen
• Einem Mitarbeiter bei der Auftragskommissionierung folgen
• Behälter zu manuellen oder robotergestützten Kommissionierstationen liefern
• Aufträge zwischen Sortierwänden, Kontrollbereichen und Packstationen transportieren
• Abgeschlossene Aufträge zu Versandbereichen transportieren

Das Projektteam muss klar definieren, ob der Roboter für den Transport, die Kommissionierung oder beides zuständig ist. Ein AMR, der Behälter transportiert, bedeutet nicht, dass das Lager eine vollautomatische Kommissionierung erreicht hat. Produktidentifizierung, Greifen, Mengenprüfung, Umgang mit beschädigten Artikeln und Nachschub können weiterhin von Mitarbeitern oder anderen Automatisierungssystemen durchgeführt werden. Die Hauptvorteile mobiler Lagerroboter sind daher häufig:

• Reduzierte Gehwege für Kommissionierer
• Kürzere Auftragsdurchlaufzeiten
• Konsistentere Arbeitsplatzversorgung
• Weniger Mitarbeiterwege zwischen Betriebszonen

Ein vollautomatisches Kommissionierprojekt erfordert eine zusätzliche Bewertung von:

• Maschinenvision
• Robotergreifen
• Bestandsgenauigkeit
• Produktgreifbarkeit
• Bearbeitung von Ausnahmeaufträgen

Ist Ihr Materialflussprozess für die Automatisierung geeignet?

Vor der Kontaktaufnahme mit Herstellern von Materialtransportrobotern oder Systemintegratoren kann eine interne Bewertung anhand der folgenden Tabelle durchgeführt werden.

Wenn es sich um eine sich wiederholende Aufgabe handelt, die Last standardisiert werden kann und der aktuelle Personalbedarf gemessen werden kann, verfügt der Prozess wahrscheinlich über eine solide Grundlage für die Automatisierung. Ist der Prozess selbst jedoch instabil und ändern die Bediener häufig ihre Routen, Positionen oder Handhabungsmethoden, kann die Standardisierung des Prozesses einen größeren Mehrwert schaffen als die sofortige Anschaffung eines Roboters.

Welche messbaren Vorteile können Materialtransportroboter bieten?

Der Wert eines Materialtransportroboters liegt nicht darin, dass ein Betrieb automatisierter wirkt. Sein Wert hängt davon ab, ob er messbare Geschäftskennzahlen konsistent verbessert, wie zum Beispiel:

• Arbeitsstunden für Materialhandhabung
• Termintreuequoten
• Spitzendurchsatz
• Sicherheitsrisiko
• Materialrückverfolgbarkeit
• Produktionsstillstandszeiten
• Anlagenauslastung

Aussagen wie „verbesserte Effizienz“, „niedrigere Kosten“ und „bessere Sicherheit“ reichen nicht aus, um eine Investitionsentscheidung zu stützen. Ein Projektteam sollte spezifischere Fragen beantworten:

• Wie viele Arbeitsstunden für Materialhandhabung und wie viele Gehkilometer werden pro Schicht eingespart?
• Wie viele zusätzliche Aufgaben können während Spitzenzeiten pro Stunde erledigt werden?
• Wie stark haben sich verspätete Lieferungen und Stillstände aufgrund von Materialengpässen reduziert?
• Wie wird die freigesetzte Mitarbeiterzeit genutzt?
• Wie häufig sind Mitarbeiter schweren Lasten, Gabelstaplern und Gefahrenbereichen ausgesetzt?

Diese Messwerte sollten vor der Inbetriebnahme erfasst und nach Erreichen eines stabilen Betriebszustands des Systems mit derselben Methodik erneut erhoben werden. Andernfalls kann ein Roboter täglich Aufgaben ausführen, ohne dass eindeutig nachgewiesen wird, dass sich der Geschäftsprozess verbessert hat.

Wie viel Zeit für Fußwege und Fahrten können Roboter einsparen?

Mobile Roboter können direkten Nutzen erzeugen, wenn Mitarbeiter einen großen Teil jeder Schicht mit Folgendem verbringen:

• Schieben von Wagen
• Bedienen von Gabelstaplern
• Suche nach Materialien
• Leere Rückfahrt
• Warten an Abhol- oder Übergabepunkten

In einem öffentlich dokumentierten europäischen Fertigungsprojekt absolvierten schwere mobile Roboter mehr als 100 Palettentransporte pro Tag, wobei jede Aufgabe eine Strecke von etwa 120 bis 150 Metern umfasste. Ein anderer Typ mobiler Roboter erledigte etwa 150 Behältertransporte pro Tag. Zusammen ersetzten die Roboter etwa 37 bis 40 Kilometer Mitarbeiterwege pro Tag. Diese Zahl sollte nicht direkt auf andere Einrichtungen übertragen werden. Sie zeigt jedoch die richtige Bewertungsmethode: Messen Sie, wie viel Zeit und Distanz Mitarbeiter derzeit für Materialtransporte aufwenden, und berechnen Sie dann, wie viel repetitive Arbeit die Roboter tatsächlich ersetzen. Vor der Einführung dokumentieren Sie:

• Manuelle Transportaufgaben pro Schicht
• Wegstrecke pro Aufgabe (hin und zurück)
• Benötigte Zeit pro Aufgabe
• Leerfahrtzeit
• Wartezeiten an Abhol- und Übergabepunkten
• Betriebsstunden von Gabelstaplern oder Schleppern
• Zeit für die Materialsuche und die Bestätigung der Zielorte

Angenommen, eine Arbeitsstation benötigt 80 Nachschubfahrten pro Tag, und jeder manuelle Rundweg dauert durchschnittlich sechs Minuten. Die tägliche Gesamttransportzeit beträgt: 80 Aufgaben × 6 Minuten = 480 Minuten, also 8 Stunden pro Tag. Wenn ein Roboter 70 dieser Aufgaben zuverlässig erledigen kann, muss das Projektteam dennoch klären, was mit der freigesetzten Zeit geschieht. Verfolgt das Projekt:

• Überstunden reduzieren?
• Zusätzliche Einstellungen vermeiden?
• Ermöglicht es den Mitarbeitern, mehr Produktionsarbeit zu leisten?
• Erhöht es die Inspektionskapazität?
• Wartung der Anlagen verbessern?

Erst dann lassen sich die eingesparten Arbeitsstunden in einen messbaren geschäftlichen Nutzen umwandeln.

Sind Roboter immer schneller als der manuelle Materialtransport?

Nein. Wenn die Gänge frei sind, die Transportwege kurz sind und die Aufgabenfrequenz niedrig ist, kann ein erfahrener Mitarbeiter eine einzelne Transportaufgabe schneller erledigen als ein Roboter. Der Hauptvorteil des Robotertransports liegt oft nicht in der maximalen Geschwindigkeit, sondern in der Konsistenz und Vorhersehbarkeit. Die manuelle Lieferung kann beeinflusst werden durch:

• Schichtwechsel
• Vorübergehende Abwesenheiten
• Informelle Prioritätsentscheidungen bei Aufgaben
• Kommunikationsverzögerungen
• Unterschiede zwischen Mitarbeitern

Roboter können Aufgaben kontinuierlich gemäß den Regeln des Flottenmanagements und der Einsatzplanung ausführen und so Schwankungen zwischen den Schichten und den Bedienern verringern. Bei Produktionslinien ist die rechtzeitige Ankunft der Materialien innerhalb des vorgeschriebenen Lieferfensters oft wichtiger als die maximale Fahrgeschwindigkeit des Roboters. Zu den empfohlenen Leistungskennzahlen gehören:

• Durchschnittliche Aufgabenzeit
• Aufgabenzeit im 95. Perzentil
• Termintreuequote
• Pro Stunde abgeschlossene Aufgaben bei Spitzennachfrage
• Maximaler Aufgabenrückstau
• Durchschnittliche Wartezeit an Arbeitsstationen
• Durch Lieferverzögerungen verursachte Produktionsstopps

Die durchschnittliche Aufgabenzeit allein gibt keinen vollständigen Aufschluss über die Systemstabilität. So kann ein System beispielsweise eine durchschnittliche Aufgabenzeit von fünf Minuten aufweisen; wenn jedoch jede zwanzigste Aufgabe mehr als 12 Minuten dauert, kann es dennoch zu Materialengpässen in der Produktionslinie kommen. In dieser Situation ist die Aufgabenzeit am 95. Perzentil aussagekräftiger als der Durchschnitt. Eine Erhöhung der Robotergeschwindigkeit verbessert den Gesamtdurchsatz des Systems nicht, wenn die Roboter den Großteil ihrer Zeit damit verbringen, an Abholpunkten oder Entladestationen zu warten. In diesem Fall ist der Engpass die Arbeitsstation – nicht der Roboter.

Wie können Materialtransportroboter die Sicherheit und Ergonomie verbessern?

Materialtransportroboter können die Häufigkeit reduzieren, mit der Mitarbeiter:

• Schwere Gegenstände heben
• Beladene Wagen schieben oder ziehen
• Gabelstapler bedienen
• Heiße, kalte, staubige oder gesperrte Bereiche betreten
• Wiederholte Bück-, Dreh-, Schiebe- und Ziehbewegungen ausführen

Behauptungen, dass ein Prozess nach dem Robotereinsatz sicherer ist, sollten dennoch durch Daten gestützt werden. Vor und nach dem Einsatz sollten Sie vergleichen:

• Manuelle Hubvorgänge pro Schicht
• Gewicht und Transportweg jeder manuell transportierten Last
• Kreuzungsereignisse zwischen Gabelstaplern und Fußgängern
• Gesamte Mitarbeiterzeit in Gefahrenbereichen
• Häufigkeit wiederholter Bück-, Dreh-, Schiebe- und Ziehbewegungen
• Beinaheunfälle und Kollisionsereignisse
• Ergonomische Risikowerte
• Materialtransportbedingte Ermüdung, Verletzungen oder Ausfallzeiten

Nehmen wir beispielsweise an, dass Mitarbeiter an einem Arbeitsplatz pro Schicht 120 Mal 15 kg schwere Behälter heben. Wenn der Roboter 90 dieser Bewegungen übernimmt, reduziert sich die Häufigkeit des manuellen Hebens um 75%. Diese Art von Daten ist für die Projektgenehmigung, Sicherheitsüberprüfungen und die Bewertung nach der Einführung nützlicher als eine allgemeine Aussage, dass das System „die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter verringert“. Roboter können auch neue Risiken mit sich bringen, darunter:

• Lasten, die sich beim Wenden oder Bremsen verschieben
• Roboter, die in Gängen anhalten und Staus verursachen
• Mitarbeiter, die unerwartet in Fahrwege gelangen
• Quetschstellen an automatischen Andockmechanismen
• Überstehende Lasten, die über den Sicherheitserfassungsbereich hinausragen
• Unerwartete Roboterbewegungen während der Wartung

Sicherheitsbewertungen müssen daher die Interaktion zwischen Roboter, Last, Arbeitsplatz, Mitarbeitern und Werksverkehr berücksichtigen – nicht nur, ob der Roboter mit einem Hindernis kollidiert.

Können Roboter die Rückverfolgbarkeit von Materialien verbessern?

Ja, aber nur, wenn die Roboteraufgaben mit bestimmten Materialien verknüpft sind. Wenn Transportaufgaben durch ein WMS, MES, SPS oder Flottenmanagementsystem ausgelöst werden, kann das System in der Regel Folgendes erfassen:

• Zeitpunkt der Aufgabenerstellung
• Zeitpunkt, zu dem der Roboter die Aufgabe angenommen hat
• Tatsächliche Abhol- und Übergabezeiten
• Start- und Zielpunkte
• Identifikationsnummer des Roboters
• Gründe für Verzögerungen, Stornierungen oder Fehler

Diese Aufzeichnungen können helfen zu identifizieren, warum eine Lieferung verzögert wurde, und bestätigen, wann ein Arbeitsplatz eine Sendung erhalten hat. Ein Roboteraufgabenprotokoll ist jedoch nicht dasselbe wie eine vollständige Materialrückverfolgbarkeit. Wenn die Aufgabe nicht mit einer Paletten-ID, Behälter-ID, Materialnummer, Auftragsnummer oder Chargennummer verknüpft ist, kann das System nur nachweisen, dass ein Transportauftrag abgeschlossen wurde. Es kann nicht nachweisen, dass das richtige Material an den richtigen Ort geliefert wurde. Eine vollständige Rückverfolgbarkeitskette kann erfordern, dass die Roboteraufgabe verbunden wird mit:

• Barcodes oder QR-Codes
• RFID-Tags
• Identifikationsnummern von Paletten oder Behältern
• WMS-Lagerbestandsaufzeichnungen
• MES-Produktionsaufträge
• Chargen-, Los- oder Arbeitsauftragsinformationen

Beispielsweise bestätigt ein Systemdatensatz, aus dem hervorgeht, dass Roboter 4 um 10:15 Uhr einen Behälter an Arbeitsstation 3 geliefert hat, dass der Transport stattgefunden hat. Erst wenn der Datensatz auch die Behälter-ID, die Materialnummer und den Fertigungsauftrag enthält, kann das Unternehmen überprüfen, ob das Material dem aktuellen Produktionsbedarf entsprach.

Führt eine Einsparung an Arbeitszeit immer zu einer Senkung der Arbeitskosten?

Nein. Angenommen, ein Roboter ersetzt 20 Stunden manueller Materialhandhabung pro Woche. Das bedeutet nicht automatisch, dass das Unternehmen eine halbe Vollzeitstelle einsparen kann. Das Geschäftsergebnis hängt davon ab, wie die freigesetzte Arbeitskapazität genutzt wird.

Der ROI sollte daher nicht nur wie folgt berechnet werden: Eingesparte Arbeitsstunden × durchschnittlicher Lohn Das Projektteam muss festlegen, wie die freigesetzte Zeit genutzt wird. Eine genauere Bewertung unterteilt die Vorteile in drei Kategorien:

1. Direkte Kostenvorteile: Reduzierte Überstunden-, Zeitarbeits-, Gerätemiet- und Wartungskosten.
2. Kapazitätsvorteile: Mitarbeiter können mehr Produktions-, Inspektions-, Wartungs- oder Auftragsabwicklungsarbeiten durchführen.
3. Vorteile der Risikoreduzierung: Weniger Stillstände durch Materialengpässe, geringere Sicherheitsrisiken und planbarere Lieferungen.

Wenn Mitarbeiter nach der Reduzierung ihrer Transportaufgaben nicht neu eingesetzt werden, wird die ausgewiesene Arbeitszeiteinsparung möglicherweise nicht zu einem tatsächlichen finanziellen Vorteil.

Welche KPIs sollten vor und nach der Einführung verglichen werden?

Vor der Installation des Roboters sollte eine Ausgangsleistung ermittelt werden. Nachdem das System einen stabilen Betrieb erreicht hat, sollte dieselbe Messmethode erneut angewendet werden.

Bewerten Sie das Projekt nicht nur anhand der Betriebsstunden der Roboter, der Transportdistanz oder der Gesamtzahl der Aufgaben. Diese Kennzahlen belegen, dass die Ausrüstung aktiv ist. Sie belegen nicht, dass sich die Produktions- oder Lagerleistung verbessert hat. Definieren Sie zuerst die Geschäftskennzahlen, die sich verbessern müssen. Wählen Sie dann den Roboter und die Automatisierungsarchitektur. Erst dann kann das Projekt die praktischste Frage nach der Einführung beantworten: Welchen messbaren Unterschied hat das System für das Unternehmen bewirkt? Sobald die erwarteten Vorteile und Messmethoden definiert sind, können diese Ziele in Anforderungen an Nutzlast, Zykluszeit, Genauigkeit, Umgebung, Integration, Sicherheit und Kosten umgewandelt werden.

So wählen Sie einen Materialtransportroboter aus

Der Auswahlprozess sollte nicht mit einer Marke, einem Modell oder der Höchstgeschwindigkeit beginnen. Was darüber entscheidet, ob das Projekt funktioniert, ist die Fähigkeit des Roboters, Aufnahme, Transport, Andocken, Entladen und Störungsbehebung zuverlässig abzuschließen unter:

• Tatsächliche Lastbedingungen
• Reale Anlagenbedingungen
• Spitzenlast bei Aufgaben
• Normaler Verkehr
• Erwartete Betriebsstörungen

Für Werksleiter, Lagerbetreiber und Automatisierungsprojektteams lautet die korrekte Auswahlreihenfolge:

1. Definieren Sie die Materialtransportaufgabe.
2. Berechnen Sie Kapazitäts- und Genauigkeitsanforderungen.
3. Bewerten Sie Ausrüstung, Integration, Sicherheit und Gesamtkosten.

Die folgenden zehn Schritte können als Grundlage für die Projektanalyse, die technische Spezifikation und die Angebotsanfragen an Lieferanten dienen.

Schritt 1: Legen Sie genau fest, was der Roboter transportieren soll

Geben Sie Lieferanten nicht nur eine maximale Nutzlast an. Definieren Sie den vollständigen Lastzustand. Erfassen Sie mindestens:

• Minimales und maximales Gewicht
• Länge, Breite und Höhe der Last
• Position des Schwerpunkts
• Erforderliche Transportausrichtung
• Ob die Last verrutschen, schwingen, sich verformen oder kippen kann
• Ob ein Teil der Last über die Palette oder den Wagen hinausragt
• Ob die Last mit Paletten, Behältern, Regalen oder Wagen transportiert wird
• Ob beschädigte, deformierte oder nicht standardgemäße Ladungsträger vorhanden sind

Beispielsweise kann ein mobiler Roboter mit einer Nennlast von 500 kg für eine 450-kg-Last mit hohem Schwerpunkt ungeeignet sein. Wenn die Last hoch ist oder ihr Schwerpunkt versetzt liegt, muss der Roboter möglicherweise seine Geschwindigkeit beim Beschleunigen, Bremsen und Wenden reduzieren. Dies verlängert die tatsächliche Zykluszeit des Auftrags. In anspruchsvolleren Fällen kann die Anwendung ein breiteres, schwereres und stabileres Roboterfahrgestell erfordern, auch wenn die Gesamtlast unter der Nennlast bleibt. Bei einem Industrieroboterarm muss die Nutzlast am Endeffektor Folgendes umfassen:

• Das Produkt
• Greifer, Saugnäpfe oder Endeffektor
• Werkzeugwechsler
• Vision- und Inspektionssensoren
• Pneumatikschläuche, Kabel und Befestigungsmaterial

Wenn das Produkt 18 kg wiegt und der Greifer, die Sensoren und die Kabel 12 kg wiegen, beträgt die tatsächliche Roboternutzlast mindestens 30 kg – nicht 18 kg. Die Eignung der Nutzlast hängt von Gewicht, Abmessungen, Schwerpunkt und Stabilität ab.

Schritt 2: Berechnung des stündlichen Spitzenverkehrsbedarfs

Die Flottengröße sollte nicht anhand der maximalen Fahrgeschwindigkeit des Roboters oder der gesamten täglichen Aufgabenanzahl der Anlage berechnet werden. Ein vollständiger mobiler Roboterauftrag kann Folgendes umfassen:

1. Leerfahrt zum Abholpunkt
2. Warten auf die Verfügbarkeit der Übergabestation
3. Präzises Andocken
4. Beladen oder Signalaustausch mit Anlagen
5. Beladene Fahrt zum Zielort
6. Warten auf die Entladestation
7. Entladen und Bestätigen des abgeschlossenen Transfers
8. Verlassen der Station
9. Fahrt zum nächsten Auftrag oder zur Ladestation
10. Behebung von blockierten Routen, Kommunikationsfehlern oder Aufgabenfehlern

Eine vorläufige Flottenschätzung kann mit folgender Formel erfolgen: Erforderliche Anzahl Roboter = Gesamte Aufgabenzeit pro Stunde ÷ Effektive Arbeitszeit pro Roboter und Stunde Angenommen, das System muss während der Spitzenlast 48 Transporte pro Stunde durchführen und jede vollständige Aufgabe dauert durchschnittlich sechs Minuten: 48 × 6 ÷ 60 = 4,8 Roboter Wenn die effektive Roboterauslastung nach Berücksichtigung von Laden, Staus, Wartezeiten an Arbeitsstationen und Störungsbehebung auf 85 % geschätzt wird: 4,8 ÷ 0,85 = 5,65 Roboter Das vorläufige Ergebnis ist, dass mindestens sechs aktive Roboter erforderlich sind. Dies ist noch nicht die endgültige Flottengröße. Der tatsächliche Durchsatz kann reduziert werden durch:

• Kreuzungsstaus
• Warteschlangen an Arbeitsstationen
• Aufgabenankünfte, die sich auf kurze Zeiträume konzentrieren
• Ladepläne
• Gemeinsame Aufzüge oder automatische Türen
• Ungleichmäßige Aufgabenverteilung

In realen Projekten wird die Flottengröße oft durch die verkehrsreichsten 20 bis 30 Minuten des Tages bestimmt – nicht durch das durchschnittliche tägliche Aufgabenvolumen.

Schritt 3: Wählen Sie die Roboterstruktur aus, die zum Materialfluss passt

Unterschiedliche Technologien lösen unterschiedliche Materialtransportprobleme. Gehen Sie nicht davon aus, dass jede Transportaufgabe mit einem AMR durchgeführt werden sollte.

Wenn Produkte kontinuierlich zwischen zwei benachbarten Arbeitsstationen transportiert werden, kann ein Förderband oder ein fest installierter Roboterarm einfacher sein als ein AMR. Der Einsatz eines AMR in dieser Situation kann unnötige Anforderungen hinsichtlich Planung, Abstellen, Andocken und Verkehrsmanagement mit sich bringen. Wenn sich Abhol- und Zielorte häufig ändern oder das Produktionslayout regelmäßig neu konfiguriert wird, gewinnt die Flexibilität eines AMR an Bedeutung. Eine Anlage muss nicht ausschließlich eine einzige Automatisierungstechnologie einsetzen. Sie kann folgende Technologien nutzen:

• Förderbänder für feste, hochfrequente Flüsse
• Roboterarme für präzise Handhabung
• AMRs für bereichsübergreifende Lieferung
• Automatisierte Gabelstapler für den standardisierten Palettentransport

Bei der Roboterauswahl geht es nicht darum, eine universelle Maschine zu finden. Es geht darum, für jeden Abschnitt des Materialflusses die einfachste und zuverlässigste Lösung zu wählen.

Schritt 4: Festlegen der erforderlichen Genauigkeit beim Aufnehmen und Andocken

Fragen Sie nicht nur: „Wie hoch ist die Navigationsgenauigkeit des Roboters?“ Allgemeine Navigation, präzises Regalandocken, Gabeleinführung, Ausrichtung an der Fördertechnik-Schnittstelle und das Platzieren einer Komponente in eine Vorrichtung erfordern unterschiedliche Genauigkeitsniveaus. Die Projektspezifikation sollte definieren:

• Allgemeine Punkt-zu-Punkt-Positioniergenauigkeit
• Präzisions-Andockgenauigkeit
• Lateraler und longitudinaler Fehler
• Winkelfehler
• Gabeleinführungsgenauigkeit
• Wiederholbare Andockgenauigkeit an Förderbändern oder Regalen
• Unterschiede zwischen beladenem und unbeladenem Zustand
• Maximale Abweichung nach Dauerbetrieb

Bei standardmäßiger kartenbasierter Navigation kann der Positionierungsfehler des mobilen Roboters in zig Millimetern gemessen werden. Die Andockgenauigkeit kann erst nach Verwendung von Technologien wie den folgenden auf wenige Millimeter reduziert werden:

• Visuelle Markierungen
• Mechanische Führungen
• Lokale Positionierungssensoren
• Reflektoren
• Fiducial-Referenzen
• Sekundäre Ausrichtungssysteme

Angenommen, eine Förderbandschnittstelle erfordert, dass der beladene Roboter eine Andockgenauigkeit von ±5 mm auf ebenem Boden einhält. Der Lieferant sollte erklären:

• Welche Präzisionspositionierungsmethode verwendet wird
• Ob die Arbeitsstation modifiziert werden muss
• Ob die Genauigkeit unter voller Last aufrechterhalten werden kann
• Was passiert, wenn visuelle Markierungen abgedeckt oder kontaminiert sind
• Der maximale Fehler nach Hunderten von wiederholten Andockzyklen

Die Genauigkeitswerte von stationären Roboterarmen und mobilen Robotern sollten nicht direkt miteinander verglichen werden. Bei einem Roboterarm steht die Wiederholgenauigkeit des Endeffektors innerhalb einer Arbeitszelle im Vordergrund. Ein mobiler Roboter muss hingegen Fahrbewegungen, Anhalten, Andocken, Lastübergabe, Bodenunebenheiten und Fahrzeugbewegungen bewältigen. Ein aussagekräftigeres Abnahmekriterium wäre: Unter der angegebenen Last, Bodenbeschaffenheit und Anfahrrichtung muss der maximale Andockfehler nach einer definierten Anzahl kontinuierlicher Zyklen innerhalb der Toleranz der Arbeitsstation bleiben.

Schritt 5: Überprüfen Sie, ob der Roboter in der realen Anlage eingesetzt werden kann

Ein Roboter, der in einem sauberen und offenen Demonstrationsbereich gute Leistungen erbringt, kann in einer realen Fabrik oder einem Lager unzuverlässig arbeiten. Die Standortbegehung sollte abdecken:

• Schmalste Gangbreite
• Kreuzungen und Wendeflächen
• Bodenfugen, Schwellen, Löcher und unebene Oberflächen
• Maximale Steigungen
• Aufzüge und automatische Türen
• Verkehr von Gabelstaplern, Fußgängern und Wagen
• Temporäre Paletten und Verpackungsmaterialien
• Glas- und reflektierende Metalloberflächen
• Direktes Sonnenlicht
• Staub, Wasser, Öl und Temperatur
• WLAN-Abdeckung
• Herabhängende Stretchfolie

Derselbe Roboter kann sich in einer sauberen, ebenen Elektronikfabrik und in einer Bearbeitungsanlage mit Öl, Staub und Bodenfugen sehr unterschiedlich verhalten. Für staubige, nasse oder ölige Umgebungen sollte zusätzlich geprüft werden:

• Schutzart der Ausrüstung
• Reinigungsfrequenz der Sensoren
• Reifen- und Bremsleistung
• Schutz von Batterie und Steckverbindern
• Zulässige Betriebstemperatur
• Anforderungen an die Routinewartung

Diese Umgebungsbedingungen sollten in die Angebotsanfrage und die Abnahmekriterien aufgenommen werden, statt erst nach Eintreffen der Ausrüstung behandelt zu werden. Pilotversuche sollten nicht nur die einfachste Route nutzen. Sie sollten umfassen:

• Der schmalste Gang
• Der schlechteste Bodenabschnitt
• Die am stärksten frequentierte Kreuzung
• Die anspruchsvollste Lastbedingung

Schritt 6: Festlegen, wie der Roboter die Last aufnehmen und wieder absetzen soll

Ein Roboter, der eine Workstation erreicht, bedeutet nicht, dass die Materialtransportaufgabe automatisiert ist. Die Stabilität des Systems hängt oft davon ab, wie der Roboter Materialien mit Paletten, Wagen, Regalen oder Förderbändern austauscht. Gängige Lastübergabemethoden umfassen:

• Hubmodule
• Angetriebene Rollenförderer
• Zughaken
• Automatische Gabeln
• Regalwechsel-Systeme
• Automatische Wagenankopplung
• Mechanische Führungen
• Visuelle Positionierungsmarker
• Lastpräsenzsensoren
• SPS-Handshake-Signale

Die Gestaltung der Arbeitsstation sollte folgende Fragen beantworten:

• Wie bestätigt der Roboter, dass die Last empfangen wurde?
• Kann der Roboter die Bewegung beginnen, wenn die Last falsch ausgerichtet ist?
• Wo wartet der Roboter, wenn die Entladeposition belegt ist?
• Was passiert, wenn der Förderer kein Bereitschaftssignal zurückmeldet?
• Wie bestätigt das System, dass die Last den Roboter verlassen hat?
• Können Mitarbeiter einen Bereich betreten, in dem eine Quetschstelle entstehen kann?

In vielen realen Projekten sind die häufigsten Probleme nicht Navigationsfehler. Sie sind:

• Verformte Paletten
• Falsch ausgerichtete Wagen
• Belegte Entladepositionen
• Fehlerhafte Sensorzustände
• Fehlgeschlagene Geräte-Handshakes

Die Lastübergabemethode sollte daher festgelegt werden, bevor die endgültige Konfiguration des Roboters und des Top-Moduls ausgewählt wird.

Schritt 7: Bewertung der Integration in bestehende Systeme

Materialtransportroboter müssen häufig mit Geschäfts- und Anlagensystemen zusammenarbeiten, wie zum Beispiel:

• Lagermanagementsysteme
• Lagersteuerungssysteme
• Manufacturing Execution Systems
• Enterprise-Resource-Planning-Systeme
• SPS
• Fördersteuerungssysteme
• Automatische Türen
• Aufzüge
• Barcode- und RFID-Systeme
• Ladeausrüstung
• Brandschutz- und andere Gebäudesysteme

Es genügt nicht zu bestätigen, dass eine Schnittstelle technisch unterstützt wird. Das Projektteam muss festlegen, was im Falle eines Schnittstellenfehlers geschieht. Zu klärende Fragen sind:

• Wie verhindert das System doppelte Lieferungen, wenn eine Aufgabe zweimal übermittelt wird?
• Wartet der Roboter oder nimmt er einen anderen Auftrag an, wenn eine Station nicht bereit ist?
• Gibt es einen Ausweichort, wenn die Entladeposition belegt ist?
• Wird der aktuelle Auftrag nach einer Netzwerkunterbrechung beibehalten?
• Kann die Aufgabe nach Wiederherstellung der Kommunikation automatisch fortgesetzt werden?
• Kann ein Aufzugsausfall die gesamte Flotte blockieren?
• Wie werden dringende Aufträge in die normale Auftragswarteschlange eingefügt?

Normale Betriebsabläufe lassen sich in der Regel leicht demonstrieren. Die Behandlung von Ausnahmen und die Wiederherstellung bestimmen, wie viel manuelle Unterstützung das System nach der Inbetriebnahme benötigt. Angebote von Lieferanten sollten daher beides umfassen:

• Ablaufdiagramme für normale Prozesse
• Wiederherstellungslogik für blockierte Routen, Netzwerkausfälle, belegte Stationen, doppelte Aufträge und Gerätestörungen

Schritt 8: Sicherheit auf Anwendungsebene bestätigen

Ein Roboter, der die Produktsicherheitsanforderungen erfüllt, macht die gesamte Anwendung nicht automatisch sicher. Die Anwendungssicherheit hängt auch ab von:

• Ladungsabmessungen und -stabilität
• Top-Modul-Konstruktion
• Betriebsgeschwindigkeit
• Bremsweg
• Arbeitsstationslayout
• Mitarbeiterverhalten
• Verkehrsregeln in der Anlage
• Wartungsverfahren

Für fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs), autonome mobile Roboter (AMRs) und andere fahrerlose Industriefahrzeuge kann die Norm ISO 3691-4 als Referenz für die Sicherheitsanforderungen an Ausrüstung und Systeme herangezogen werden. Für industrielle Roboterarme kann die Normenreihe ISO 10218 als Referenz für die Sicherheit von Robotern und Roboterarbeitszellen herangezogen werden. Normen ersetzen jedoch keine anwendungsspezifische Risikobewertung. Im Rahmen des Projekts muss die Zuständigkeit für folgende Punkte festgelegt werden:

• Risikobewertung der Anwendung
• Konstruktion der Sicherheitsfunktionen
• Bremswegprüfung bei Volllast
• Schutzzonen und Absicherung der Arbeitsstation
• Mitarbeiterschulung
• Sperr- und Wartungsverfahren
• Neubewertung nach Änderungen der Route, der Last oder der Geschwindigkeit

Beispielsweise kann der Roboter eine Person erkennen, die vor ihm steht. Wenn die Last jedoch 300 mm über eine Seite des Roboters hinausragt, kann der überstehende Bereich außerhalb der ursprünglichen Sicherheitserfassungszone liegen. Auch der Bremsweg kann sich zwischen leerem und voll beladenem Betrieb unterscheiden. Die Sicherheitsvalidierung sollte daher mit Folgendem durchgeführt werden:

• Die zugelassene maximale Nutzlast
• Maximale Betriebsgeschwindigkeit
• Maximal zulässige Bodenverhältnisse
• Maximal zulässige Lastabmessungen

Ein Test mit niedriger Geschwindigkeit und ohne Last ist nicht ausreichend.

Schritt 9: Berechnung der Gesamtbetriebskosten

Der Kaufpreis des Roboters ist nur ein Teil der Projektkosten.

Eine einfache Amortisationsberechnung kann Folgendes verwenden: Amortisationszeit = Gesamtprojektinvestition ÷ Jährlicher Nettonutzen. Angenommen:

• Gesamtprojektinvestition: 300.000 $
• Erwartete jährliche Einsparungen bei Arbeitskosten, Ausrüstung und reduzierten Ausfallzeiten: 125.000 $
• Jährliche Software-, Wartungs- und Supportkosten: 20.000 $

Jährlicher Nettonutzen: 125.000 $ − 20.000 $ = 105.000 $. Geschätzte Amortisationszeit: 300.000 $ ÷ 105.000 $ ≈ 2,9 Jahre. Berechnen Sie nicht nur ein ideales Ergebnis. Mindestens drei Szenarien sollten vorbereitet werden.

Der ROI aus einem anderen Projekt sollte nur als Referenz dienen. Transportwege, Lohnkosten, Schichtmodelle, Spitzenbedarf und die finanzielle Auswirkung von Stillstandszeiten variieren erheblich zwischen den einzelnen Anlagen.  

Schritt 10: Wie sollte die Lösung vor dem Kauf geprüft werden?

Ein Pilotversuch sollte die tatsächlichen Produktionsbedingungen so genau wie möglich nachbilden. Es reicht nicht aus, den Roboter einige unbeladene Fahrten durch einen leeren Demonstrationsbereich absolvieren zu lassen. Der empfohlene Validierungsprozess ist:

1. Testen Sie den Roboter mit der schwersten, größten und am wenigsten stabilen zugelassenen Last.
2. Betreiben Sie ihn an den tatsächlichen Abhol- und Abgabepunkten.
3. Beziehen Sie die schmalsten Gänge, die schlechtesten Bodenverhältnisse und die am stärksten frequentierten Kreuzungen ein.
4. Normalen Gabelstaplerverkehr, Fußgänger, Transportwagen und temporäre Hindernisse einführen.
5. Aufträge kontinuierlich mit der erwarteten Spitzenlast verteilen.
6. Testen Sie jeden Lastübergabemechanismus und jede Schnittstelle zur Geräteanbindung.
7. Simulieren Sie Netzwerkunterbrechungen, belegte Arbeitsstationen und fehlgeschlagene Aufgaben.
8. Verifizieren Sie die Planung bei niedrigem Batteriestand und das automatische Laden.
9. Das System kontinuierlich über eine vollständige Schicht betreiben.
10. Jeden manuellen Eingriff und den Grund dafür dokumentieren.

Abnahmekriterien sollten vor dem Kauf der Ausrüstung in der technischen Vereinbarung festgelegt werden.

Diese Zahlen sind Beispiele für mögliche Abnahmekriterien. Es handelt sich dabei nicht um festgelegte Standards für jedes Projekt. Für einen Roboter, der produktionskritische Materialien transportiert, sollten andere Anforderungen an den Aufgabenerfolg und die Wiederherstellungszeit gelten als für einen Roboter, der Abfall mit geringer Priorität einsammelt. Abnahmekriterien sollten sich nach den potenziellen Folgen eines Ausfalls richten, darunter:

• Produktionsstillstände
• Lieferverzögerungen
• Materialengpässe
• Produktschäden
• Anforderungen an die manuelle Wiederherstellung
• Sicherheitsrisiken

Entscheidend bei der Roboterauswahl ist die Eignung für den jeweiligen Anwendungszweck, nicht die höchsten technischen Spezifikationen.

Die Auswahl eines Materialtransportroboters lässt sich letztlich auf fünf Arten der Abstimmung zusammenfassen:

• Die Lastbedingungen müssen der Nutzlast und den Stabilitätsfähigkeiten des Roboters entsprechen.
• Die Spitzennachfrage muss dem tatsächlichen Durchsatz des Systems entsprechen.
• Die Toleranzen der Arbeitsstationen müssen der Andockgenauigkeit des Roboters entsprechen.
• Die Gegebenheiten der Anlage müssen den Betriebsfähigkeiten der Ausrüstung entsprechen.
• Die erwarteten geschäftlichen Vorteile müssen die Gesamtbetriebskosten rechtfertigen.

Produktspezifikationen können helfen, eine erste Auswahlliste zu erstellen, aber sie ersetzen keine Tests unter realen Betriebsbedingungen. Eine Lösung sollte erst dann als geeignet betrachtet werden, wenn der Roboter mit folgenden Punkten validiert wurde:

• Tatsächliche Lasten
• Reale Transportrouten
• Spitzenaufgabenmengen
• Normaler Anlagenverkehr
• Erwartete Ausnahmebedingungen

Der am besten geeignete Materialtransportroboter ist nicht unbedingt derjenige mit der höchsten Nutzlast, der höchsten Fahrgeschwindigkeit oder der fortschrittlichsten Navigationstechnologie. Es ist das System, das die erforderliche Aufgabe unter realen Betriebsbedingungen zuverlässig ausführen kann.

Welcher Materialtransportroboter ist der richtige für Ihr Unternehmen?

Kein einzelner Roboter eignet sich für jede Materialtransportanwendung. Ein fest installierter Industrieroboterarm ist in der Regel besser für schnelle, präzise Handhabung innerhalb eines festen Arbeitsbereichs geeignet. Ein fahrerloses Transportfahrzeug (AGV) eignet sich besser für stark repetitive Transportaufgaben entlang Routen, die über einen längeren Zeitraum hinweg stabil bleiben. Ein autonomer mobiler Roboter (AMR) ist in der internen Logistik von größerem Nutzen, wenn sich Ziele, Routen oder Aufgabenprioritäten regelmäßig ändern. Ein automatisierter Gabelstapler ist in der Regel besser für die automatische Aufnahme, den Transport, die Lagerung und die Bereitstellung standardisierter Paletten geeignet. Der Gerätetyp sollte jedoch das Ergebnis des Auswahlprozesses sein – nicht der Ausgangspunkt. Die endgültige Entscheidung sollte sich an drei grundlegenden Fragen orientieren.

1. Eignet sich die Aufgabe für die Automatisierung?

Der Materialtransportprozess sollte sich in ausreichendem Maße wiederholen. Die Lasten und Arbeitsstationen sollten in angemessenem Umfang standardisiert sein, und der Arbeitsaufwand sollte messbar sein. Prozesse, die sich ständig ändern oder stark vom individuellen Ermessen des Bedieners abhängen, müssen möglicherweise standardisiert werden, bevor eine Roboterautomatisierung eingeführt wird.

2. Lassen sich die Vorteile der Automatisierung nachweisen?

Vor der Einführung sollten Basisdaten für folgende Bereiche erhoben werden:

• Manuelle Materialtransportzeit
• Anzahl der Transportaufgaben
• Gehwegstrecke der Mitarbeiter
• Wartezeit an der Arbeitsstation
• Stillstände durch Materialengpässe
• Gabelstaplernutzung
• Sicherheitsrisiko
• Manuelle Ausnahmebehandlung

Die gleichen Messwerte sollten erneut erfasst werden, sobald das robotergestützte Materialtransportsystem einen stabilen Betrieb erreicht hat. Ohne Basisdaten lässt sich nur schwer nachweisen, ob das Projekt die Produktivität, Sicherheit, den Durchsatz oder die Betriebskosten verbessert hat.

3. Kann der Roboter unter realen Bedingungen zuverlässig arbeiten?

Die vorgeschlagene Lösung muss unter Einsatz realer Lasten, tatsächlicher Routen, Spitzenauslastung und realistischer Ausnahmeszenarien getestet werden. Produktspezifikationen und kurze Vorführungen reichen nicht aus. Die Auswahl eines Materialtransportroboters sollte daher beim Materialfluss und den betrieblichen Engpässen ansetzen – und nicht beim Produktkatalog eines Herstellers. Nutzlast, Geschwindigkeit, Genauigkeit und Navigationstechnologie können dabei helfen, die verfügbaren Optionen einzugrenzen. Die langfristige Leistungsfähigkeit hängt jedoch stärker von folgenden Faktoren ab:

• Schnittstellen der Arbeitsstation
• Lastübergabemechanismen
• Systemintegration
• Flottenplanung
• Ausnahmebehandlung
• Sicherheitsvalidierung
• Spitzendurchsatz
• Wartungsanforderungen
• Messbare geschäftliche Vorteile

Der beste Materialtransportroboter ist nicht der mit den höchsten technischen Spezifikationen. Es ist ein vollständiges System, das die geforderten Aufgaben unter tatsächlichen Betriebsbedingungen zuverlässig ausführen und messbare, verifizierbare Vorteile liefern kann.

Häufig gestellte Fragen