RoboScan’14
Neueste Erkenntnisse der Onlinestudie zum Markt der Robotik-Logistik

Ann-Kathrin Rohde und Michael Freitag

Um Lösungen passgenau für die Herausforderungen in der Logistik zu entwickeln, ist es notwendig, den aktuellen Status sowie Zukunftstrends des Marktes zu kennen. Das BIBA führt seit 2007 eine Studienreihe durch, die aktuell im Zweijahresrhythmus erscheint und den Status Quo des Einsatzes von Robotik in der Logistik ermittelt. In diesem Jahr hat das BIBA die Studie RoboScan’14 mit dem Schwerpunktthema „Mensch-Maschine-Interaktion“ durchgeführt. In diesem Beitrag werden die Hauptaussagen der Studie präsentiert und Ergebnissen aus den Vorjahren gegenübergestellt.

Jede Studie widmet sich einem speziellen Schwerpunktthema, wobei 2007 die „Automatisierte Entladung“, 2010 die „Modulare Robotik“ und 2012 die „Intuitive Roboterprogrammierung“ vertieft wurden. Die Studie richtet sich an vier Gruppen, die in dem Bereich „Robotik-Logistik“ Experten sind: Logistikunternehmen, Technologieanbieter, Berater und Forscher. In der Verteilung der Studienteilnehmer auf die Gruppen zeigt sich in diesem Jahr, dass 11 % der Befragten aus Logistikunternehmen, 7 % aus Beratungsunternehmen, 32 % aus Technologieunternehmen und 50 % aus Forschungsinstituten teilgenommen haben. Der Fragebogen enthält zielgruppenspezifisch 27 Fragen, wobei 7 offene und 20 geschlossene Fragen gestellt werden. Die Ergebnisse werden teilweise gruppenübergreifend und teilweise gruppenspezifisch ausgewertet. Bei der Datenauswertung kommen sowohl qualitative als auch quantitative Methoden zur Anwendung. Das Ziel der Studie liegt darin, neue Anforderungen, Trends, Technologien und Einsatzgebiete zur Robotik-Logistik und zur Entwicklung des Markts zu gewinnen. RoboScan hat sich über die Jahre zu einer Langzeitstudie entwickelt. Der Kurzreport zur Studie ist auf der Plattform www.robotik-logistik.de abrufbar; der Gesamtstudienbericht kann kostenpflichtig über das BIBA bezogen werden.


Einsatz von Automatisierungslösungen in der Intralogistik steigt

Gefragt nach den aktuellen Themen im Bereich Automatisierungstechnik geben die befragten Teilnehmer 2014 die folgenden Items am häufigsten an: (1) Mensch-Maschine-Interaktion, (2) Industrie 4.0 und (3) Innovationsfähigkeit. Dabei steht für Logistikunternehmen das Thema „Mensch-Maschine-Interaktion“ mit 43 Prozent deutlich im Vordergrund. Für Beratungsunternehmen und Technologieunternehmen stehen zu einem Drittel Mensch-Maschine-Kooperation im Fokus der aktuellen Themen. Für Forscher und Technologieunternehmen nimmt das Thema „Industrie 4.0“ die bedeutendste Rolle ein.

Die Relevanz, die der Einsatz von logistischen Automatisierungslösungen für die Studienteilnehmer hat, ist gegenüber 2012 gestiegen. In diesem Jahr bewerten über die Hälfte der Logistikunternehmen einen Einsatz von logistischen Automatisierungslösungen als „extrem wichtig“ (67 %). 2012 gaben nur knapp ein Drittel der befragten Teilnehmer aller Gruppen an, dass Automatisierungslösungen „extrem wichtig“ für das Unternehmen bzw. für Logistikunternehmen sind; 2014 sind dies knapp die Hälfte (46 %). Neben der Wichtigkeit des Themas wurde auch nach den bereits im Einsatz befindlichen Robotertechnologien gefragt: 67 % der befragten Logistikunternehmen setzen bereits Robotertechnologien ein. Auch hier zeigt sich eine Steigerung zu 2012, da waren es knapp die Hälfte (47 %) und zu 2007, wo 41 % der befragten Unternehmen Roboter einsetzten. 
 


Bild 1: Logistikunternehmen setzen vermehrt Roboter ein.

Das größte Potenzial beim Einsatz von Roboterlösungen wird in der Neugestaltung von Logistikkonzepten und in der Innovation gesehen; gefolgt von Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und an dritter Stelle Kostenreduktion; wobei Logistikunternehmen das Potenzial zur Neugestaltung von Logistikkonzepten und zur Innovation für extrem wichtig halten (67 %). Weitere Potenziale, die die Studienteilnehmer nennen, sind die Qualitätssicherung und -verbesserung, Prozessstandardisierung und -sicherheit, Image, Fachkräftemangel und Entlastung der Mitarbeiter durch eine ergonomische Gestaltung von Arbeitsplätzen. Dabei ist das „Palettieren und Depalettieren von Stückgütern“, genau wie 2012, aus Sicht der Befragten die primäre Aufgabe für Roboterlösungen, gefolgt von „kommissionieren“ und „Be- und Entladen von Stückgütern aus Containern“. 

Die Bewertung des optimalen Automatisierungsgrads zeigt im Vergleich zwischen den Studien 2007 bis 2014 einen deutlichen Unterschied für Unternehmen bzw. Logistikunternehmen. 2014 geben 39 % der Befragten die „stufenweise Entwicklung bis zur Vollautomatisierung im gesamten Logistikprozess“ als favorisiertes Szenario an. Demgegenüber gab 2012 ein Fünftel aller Befragten als optimalen Automatisierungsgrad die „Vollautomatisierung einzelner Bereiche“ an, 2014 hingegen ist dies ein Drittel aller Befragten. Nach Gruppen ausgewertet zeigt sich, dass Logistiker die „Vollautomatisierung einzelner Bereiche“ als optimalen Automatisierungsgrad bewerten, gefolgt von „Teilautomatisierung einzelner Prozesse“. Technologieanbieter sehen dagegen primär die „stufenweise Entwicklung bis zur Vollautomatisierung im gesamten Logistikprozess“ und nur mit 22 % die „Vollautomatisierung einzelner Bereiche“ als optimalen Automatisierungsgrad für Logistikunternehmen. Die befragten Berater geben an, dass für sie die „Vollautomatisierung einzelner Bereiche“ und „Teilautomatisierung einzelner Prozesse“ gleichverteilt als optimaler Grad der Automatisierung für Logistiker gilt.

Hinsichtlich der Integration der Maschinen in die Prozesse bevorzugen die Befragten in diesem Jahr das Szenario: „Integration und Inbetriebnahme der Roboterlösung durch ein externes Unternehmen; Betrieb sowie Wartung & Instandhaltung der Roboterzelle ausschließlich durch das eigene Personal.“ Dabei wählen 67 % der befragten Logistiker das Szenario „Integration, Inbetriebnahme und Betrieb sowie Wartung & Instandhaltung der Roboterzelle ausschließlich durch das eigene Personal“ als ihr bevorzugtes Szenario aus.
 


Bild 2: Entwicklungstrends und Bedarfe von Robotiksystemen in der Logistik


Roboter sollen einfach zu bedienen sein!

Was sind Kriterien, die ein Roboter erfüllen muss, welche sind unwichtig? Auf diese Frage antwortet ein Viertel der Befragten, dass eine „örtliche Mobilität im Einsatz“ unwichtig bis absolut unwichtig ist. Auch geben 23 % der Befragten an, dass die „Unabhängigkeit von anderen technologischen Systemen“ unwichtig ist. Zu den extrem wichtigen Kriterien, die eine Roboterlösung erfüllen sollte, zählen die Studienteilnehmer hingegen eine „einfache Bedienung und Programmierung“, „Flexibilität im zeitlichen Einsatz“ und die „Adaptionsfähigkeit (Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen)“ sowie die „Nutzung für verschiedene Stückgüter“. Der Vergleich zu RoboScan’12 zeigt, dass die „einfache Bedienung und Programmierung“ an Bedeutung zugenommen hat. Die „Adaptionsfähigkeit (Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen)“ ist gleich wichtig geblieben (auf Platz 2). Die „Flexibilität im zeitlichen Einsatz“ und „Nutzung für verschiedene Stückgüter“ haben 2014 an Bedeutung gewonnen.

Zu den zentralen Herausforderungen und Grenzen beim Einsatz von Robotertechnologien zählen aus Sicht der Studienteilnehmer 2014 die Sicherheit und Sicherheitsanforderungen, das Handling unterschiedlicher Gegenstände, das Invest/Wirtschaftlichkeit, der rechtliche Rahmen und die Prozessgestaltung, insbesondere in der Mensch-Roboter-Interaktion. 


Mensch-Maschine-Interaktion:Szenarien

Im Spezialthementeil wurden den Teilnehmer zunächst generelle Fragen zum Thema Mensch-Maschine-Interaktion gestellt. Anschließend wurden Szenarien beschrieben, die die Teilnehmer hinsichtlich der Chancen und Risiken bewerten sollten. Auf Basis der qualitativen Aussagen wurden in der Auswertung Meinungsbilder extrahiert.
 

Szenario 1: Autonome Flurförderzeuge 

Intralogistische Prozesse sind nur teilweise automatisiert. Flurförderzeuge arbeiten im dynamischen Arbeitsumfeld und weisen dadurch hohe Anforderungen an die Automatisierung und Arbeitssicherheit auf.

Lösung / Technologie: Autonome Flurförderzeuge fahren eigenständig innerhalb logistischer Prozesse und unterstützen manuelle und körperlich belastende Arbeitsprozesse. Dabei kooperieren die einzelnen Fahrzeuge miteinander auf Basis einer dezentralen Steuerung. Durch intelligente Sensoren können die Flurförderzeuge ihre Umgebung vollständig erfassen und interpretieren, sodass bspw. handzuhabende Objekte korrekt erkannt und Prozesse fehlerfrei und effizient ausgeführt werden können. Durch die vollständige Interpretation der Arbeitsumgebung werden zusätzlich Personen im Arbeitsbereich der Flurförderzeuge detektiert und potenzielle Gefahrensituationen, wie bspw. Kollisionen, erkannt oder prognostiziert. Hierdurch werden Arbeitsunfälle verhindert.
 

Das erste Szenario wird innerhalb und unter den Gruppen sehr unterschiedlich bewertet. Insgesamt wird das Szenario sehr positiv aufgenommen. Die Bewertungen reichen von „plausibel & sinnvoll“, „wichtig & effizient“, „vorstellbar & in ein paar Jahren Realität“ bis hin zu „sehr gut & innovativ“. Kritische Äußerungen sind: (1) „Riskant: Es werden nie ALLE handzuhabenden Objekte korrekt erkannt und Prozesse fehlerfrei und effizient ausgeführt.“ und (2) „Interessant  aber ich kann mir in der Praxis noch keine stabile Umsetzung vorstellen.“. 

Bewusst nach kritischen Punkten für diese Szenario gefragt, wurden unter anderem folgende Punkte hervorgehoben: hohe Sicherheitsanforderungen, Entlassung anstatt Entlastung von Mitarbeitern.

 

Das Szenario 2 wird ebenfalls sehr unterschiedlich bewertet, allerdings wird es bereits bei der Ideenbewertung etwas kritischer gesehen als Szenario 1. Die Lösung wird insgesamt als „realistisch“, als „eine tolle Lösung“, „interessant“ und mit einem „hohen Anwendungspotenzial“ gesehen, aber auch einige kritische Punkte werden genannt: „gefährlich“, „riskant: der Mensch muss jederzeit eingreifen/abschalten können“, „schwer mit den Anforderungen an die Arbeitssicherheit zu vereinbaren“ und „das Tragen sensorbasierter Schutzwesten ist schwierig“. Zudem wird angegeben, dass Prozesse vorher umfassend dahingehend analysiert werden müssen, ob der Aufwand gerechtfertigt ist.

Als drittes Szenario wurde die Etablierung eines innovativen Fördersystems beschrieben und bewertet – hieran kann die Möglichkeit der Etablierung einer weitreichenden Innovation abgelesen werden:
 

Szenario 2: Sensorbasierte Schutzweste und Sicherheitsplattform

In Produktionsumgebungen werden bezüglich der Gewährleistung der Arbeitssicherheit Schutz- und Sicherheitskonzepte eingesetzt, die lediglich einen passiven Schutz des Menschen sicherstellen können. Dabei sind die Arbeitsbereiche des Menschen und der Maschine, etwa durch Schutzzäune, absolut voneinander getrennt. Daneben existieren auch Arbeitssituationen, wo es im begrenzten Maße zu einer Überlappung der Arbeitsbereiche zwischen Mensch und Maschine kommt.

Lösung / Technologie: Um die Überlappung der Arbeitsbereiche zu erhöhen, können sensorbasierte Schutzwesten und Sicherheitsplattformen eingesetzt werden. Diese erkennen die Anwesenheit des Menschen im Arbeits- und Bewegungsbereich des Industrieroboters und ermög-lichen einen halbautomatischen Betrieb ohne Gefährdungen des Arbeiters.

 

Dieses Szenario wird überwiegend positiv bewertet, wie beispielsweise „eine wichtige Technologie im Kontext von Industrie 4.0“ und „Gut, da es den Anforderungen flexibel angepasst werden kann“.

Einige zentrale kritische Äußerungen für dieses Szenario sind:  „größerer Programmier- und Steuerungsaufwand“, „kostenintensiv“, „Komplexität und Einsatzgebiete“. Bei diesem Szenario wird deutlich mehrfach auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis hingewiesen und auf die Komplexität.

Bewertet nach der Diffusionstheorie zeigt die Bewertung der Szenarien Folgendes: Bei den befragten Teilnehmern ist die Vorstellungskraft und damit Diffusion („mental application“) für das Szenario 1 am stärksten ausgeprägt. Für das zweite Szenario zeigt sich eine starke Unsicherheit in Bezug auf die Gefährdung und Sicherheit, was die Adaption und Diffusion verlangsamt. Im dritten Szenario sehen die meisten Befragten das Kosten-Nutzen-Verhältnis als kritisch und ebenso die Komplexität, was die Adaption und Diffusion der Technologie am stärksten beeinträchtigen kann.
 

Szenario 3: Modulare, omnidirektionale Fördertechnik

Die Aufgaben moderner Materialflusssysteme werden immer komplexer. So müssen die Objekte nicht nur von A nach B transportiert werden, sondern auch gedreht, zusammenführt, sequenziert, vereinzelt, sortiert und/oder geclustert werden. Hierfür muss gängige Fördertechnik um zusätzliche mechanische Komponenten erweitert werden, die das System insgesamt komplexer, weniger wartungsunfreundlich und unflexibler macht.

Lösung / Technologie: Modulare, omnidirektionale Fördertechnik kann ohne die Verwendung zusätzlicher Komponenten Objekte in alle Richtungen „manipulieren“. Dabei kommen omnidirektionale Räder zum Einsatz, die in der Summe ihrer Bewegungen eine freie Bewegung eines Stückguts auf der entsprechend ausgerüsteten Ebene ermöglichen. Durch die flexible Gestaltung der Bewegungen der Stückgüter kann der logistische Prozess auf kleinstem Raum an die aktuellen Bedürfnisse angepasst werden.


Handlungs- und Investitionsbedarf 

Fast alle Befragten (96 %) geben an, dass der Einsatz von Automatisierungslösungen für Logistikunternehmen in den nächsten fünf Jahren „absolut wichtig bis wichtig“ ist. Dies zeigt sich besonders auf Seiten der Logistiker, die zu 100 % bejahen, dass sie in den nächsten fünf Jahren eine oder mehrere Roboterlösungen einsetzen werden. Weiterführend zeigt sich, dass der Einsatz von Automatisierungslösungen für Logistikunternehmen in den nächsten fünf Jahren wichtiger bewertet wird als der Einsatz von Roboterlösungen.
 


Bild 3: Zentrale Herausforderungen von Robotik in der Logistik.


Im Vergleich zu dem Ergebnis aus 2012 zeigt sich, dass der Investitionsbedarf gleichbleibend eingeschätzt wird, wobei 2014 67 % der Logistiker einen hohen Bedarf angeben (2012 waren es 59 % der Logistiker). Insgesamt geben in 2014 70 % der Befragten einen hohen Investitionsbedarf an und ein Viertel einen niedrigen Bedarf; 4 % sehen keinen Investitionsbedarf. Dabei wird der größte Handlungsbedarf zum Einsatz von Roboterlösungen in den folgenden Punkten gesehen: Durchgängigkeit Entladung- Lager- Kommissionierung-Palettierung / Beladung und Mensch-Maschine-Interaktion.

Aus den Erkenntnissen ergeben sich unter anderem die folgenden zentralen Fragestellungen für die Praxis und interdisziplinäre Forschung:

  1. Wie können Automatisierungs- und insbesondere Roboterlösungen noch sicherer, rentabler und durchgängiger in logistische Prozesse integriert werden? Und wie können dazu innovative Logistikkonzepte aussehen und bestmöglich kommuniziert werden? Wie kann die Akzeptanz, wirtschaftlich sowie organisatorisch, gesteigert werden?
  2. Wie sehen neue Methoden zu Investitionsbetrachtung und technologische Verfahren für die Vollautomatisierung einzelner Bereiche aus? Beispiele dafür sind „Fahrerlose Transportsysteme“ und „Be- und Entladesysteme“. 
  3. Wie können Arbeitssicherheit / Sicherheitsanforderungen und Sensorik für Mensch-Maschine-Interaktionen im Sinne von Industrie 4.0 verbessert werden? Wie können Diffusion und Akzeptanz von neuen Technologien für den Bereich Mensch-Maschine-Interaktionen positiv beeinflusst werden? Wie sehen neue Arbeitsmodelle für den Einsatz von Mensch-Maschine-Interaktionen aus? Gelten die Erkenntnisse genauso für Mensch-Roboter-Interaktionen?

Die RoboScan Studie wird im Jahr 2016 das nächste Mal aufgelegt. Bis dahin werden die Herausforderungen und Fragestellungen, die sich aus den bisherigen Erkenntnissen ergeben haben, untersucht und die Entwicklungen für den Markt der Robotik-Logistik fortgeführt.

 

Dieser Beitrag entstand auf Basis von Erkenntnissen, die in der Studie RoboScan’14 gewonnen wurden. Die Studie wurde von der Kieserling Stiftung gefördert und in Kooperation mit ISEIC Pfeffermann Consulting realisiert.

Schlüsselwörter:

Robotik in der Logistik, Onlinestudie, Automatisierungstechnik, Trends in der Logistik