Roboter haben die industrielle Zukunft fest im Griff. © Adobe Stock/phonlamaiphoto

Es gab auf der ganzen Welt noch nie so viele Industrieroboter wie heute – und es werden täglich mehr. Das hat auch gute Gründe ...

... Robotik und Automatisierung sind die Antwort auf einige der drängendsten Fragen unserer Zeit.

Der Siegeszug von Robotik und Automatisierung in der Industrie setzt sich nicht nur fort, er nimmt sogar ordentlich an Fahrt auf. So berichtet etwa die International Federation of Robotics (IFR) in ihrem Jahrbuch „World Robotics 2022“ davon, dass die Zahl der weltweit neu installierten Industrieroboter im Jahr 2021 auf ein Allzeithoch von 517.385 Einheiten gestiegen ist.

Das Wachstum erreichte damit ein Plus von 31 Prozent im Vergleich zum Vorjahr – und übertrifft damit sogar den Installationsrekord aus dem Jahr 2018 um 22 Prozent. Die Gesamtzahl der in den Fabriken weltweit installierten Industrieroboter erreichte mit rund 3,5 Millionen Einheiten ebenfalls einen neuen Höchststand.

„Der Einsatz von Robotik und Automation nimmt mit rasanter Geschwindigkeit zu“, sagt Marina Bill, seit dem vergangenen Sommer Präsi­dentin der International Federation of Robotics. „Innerhalb von sechs Jahren haben sich die jährlichen Roboterinstallationen mehr als verdoppelt. Wie unsere jüngsten Statistiken zeigen, stieg diese Zahl 2021 in allen wichtigen Abnehmerbranchen stark an, obwohl die Produktion durch Unterbrechungen von Liefer­ketten sowie weitere lokale oder regionale Faktoren eingeschränkt wurde.“

Zur Einordnung: Allein die Automobilindustrie hat einen operativen Bestand von rund einer Million Einheiten, die in den Fabriken weltweit arbeiten – ebenfalls ein neuer Rekord. Das ­entspricht in etwa einem Drittel der Gesamtzahl aller installierten Roboter über die verschiedenen Branchen hinweg und macht sie zur mit Abstand größten Nachfragebranche.

„Die Automobil­industrie hat die automatisierte Fertigung praktisch erfunden“, so IFR-Präsidentin Bill weiter. „Heute spielen Roboter beim Übergang von Verbrennermotoren zum E-Auto eine entscheidende Rolle. Die Automatisierung mit Robotern hilft den Herstellern dabei, grundlegende Veränderungen bei den seit langer Zeit etablierten Fertigungsmethoden und -technologien zu bewältigen.“

Es muss aber dazugesagt werden, dass das Niveau in der Automobilindustrie seit fünf Jahren (2016 bis 2021) kontinuierlich rückläufig ist. Im Jahr 2021 sank die Zahl um sieben Prozent im Vergleich zum Vorjahr. In der metallverarbeitenden Industrie hingegen stiegen die Installationen um 66 Prozent auf 3.814 Einheiten. Damit rangiert diese Branche 2021 auf dem zweiten Platz. Die chemische und kunststoffverarbeitende Industrie installierte insgesamt 3.466 Roboter (+ 30 %). Die Nahrungsmittelindustrie kommt auf einen Zuwachs von 25 Prozent und erreicht mit 3.402 Einheiten im Jahr 2021 einen neuen Höchststand. 

Die Robotermärkte im ­Überblick
Wie verteilen sich die Zahlen der Roboterneuinstallationen rund um den Globus? Wenig überraschend verteidigt Asien seinen Spitzenplatz als weltweit größter Markt für Industrieroboter. 74 Prozent aller neu installierten Einheiten kamen in Asien zum Einsatz, was gegenüber den 70 Prozent von 2020 sogar noch einen kleinen Zuwachs bedeutet.

China ist das Land mit der größten Nachfrage. Die Zahl der installierten Einheiten stieg auf 268.195 – ein deutliches Plus von 51 Prozent. Jeder zweite Roboter, der 2021 weltweit installiert wurde, kam hier zum Einsatz. Der operative Bestand überschritt die Marke von einer Million Einheiten (+ 27 %). Diese hohe Wachstumsrate zeigt, wie schnell die Robotisierung in China voranschreitet.

Japan ist nach China weiterhin der zweitgrößte Markt für Industrieroboter. Die Installationen stiegen 2021 um 22 Prozent auf 47.182 Ein­heiten. Der operative Bestand des Landes lag bei 393.326 Einheiten (+ 5 %). Nach zwei Jahren mit rückläufigen Roboterinstallationen in allen wichtigen Branchen begannen die Zahlen im Jahr 2021 wieder zu steigen. Bei der Herstellung von Robotern wiederum ist Japan weltweit führend: Die Exporte von Industrierobotern erreichten mit 186.102 Stück einen neuen Höchststand.

Höchststand in Europa
Die Roboterinstallationen in Europa stiegen im Jahr 2021 um 24 Prozent auf 84.302 Einheiten. Diese Zahl markiert einen weiteren Höchststand. Die Nachfrage aus der Automobilindustrie blieb konstant, während die Nachfrage aus der „General Industry“ um 51 Prozent zunahm. Deutschland, das zu den fünf größten Robotermärkten weltweit gehört, hat einen Anteil von 28 Prozent an den gesamteuropäischen Installationen. Es folgen Italien mit 17 Prozent und Frankreich mit sieben Prozent.

Die Zahl der installierten Roboter in Deutschland stieg 2021 um sechs Prozent auf 23.777 Einheiten. Dies ist das zweitbeste jemals erzielte Ergebnis nach dem Spitzenwert von 26.723 Einheiten 2018 – in diesem Rekordjahr hatte die Autoindustrie massiv investiert. Der operative Bestand an Robotern wurde für 2021 mit 245.908 Einheiten (+ 7 %) berechnet. Die Exporte aus Deutschland stiegen um 41 Prozent auf 22.870 Stück und über­trafen damit das vor der Pandemie erreichte Niveau. Italien ist nach Deutschland der zweitgrößte Robotermarkt in Europa.

Hauptwachstumstreiber zwischen 2016 und 2021 war die „General Industry“ mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von acht Prozent. Der operative Roboterbestand lag bei 89.330 Einheiten (+ 14 %). Die Ergebnisse für 2021 wurden durch Nachholeffekte und vorgezogene Investitionen aufgrund einer Senkung der Steuergutschriften im Jahr 2022 beeinflusst. Dies führte 2021 zu einem Anstieg der Roboterinstallationen um 65 Prozent auf ein neues Rekordniveau von 14.083 Einheiten.

Der Robotermarkt in Frankreich lag 2021 bei den jährlichen Installationen und beim operativen Bestand an dritter Stelle in Europa. Die In­stallationen stiegen um elf Prozent auf 5.945 Einheiten. Der operative Bestand wurde für Frankreich mit 49.312 Einheiten berechnet. Das entspricht einem Anstieg von zehn Prozent gegenüber dem Vorjahr.

Im Vereinigten Königreich hingegen gingen die Installationen 2021 um sieben Prozent auf 2.054 Industrieroboter zurück. Der operative Bestand wurde mit 24.445 Einheiten (+ 6 %) berechnet. Zum Vergleich: Das entspricht weniger als einem Zehntel des Bestands in Deutschland. Die Automobilindustrie in Großbritannien reduzierte die Installationen um 42 Prozent auf 507 Einheiten im Jahr 2021.

Erholung in Nord- und Südamerika
Kommen wir nun zu Nord- und Südamerika. Dort wurden 2021 insgesamt 50.712 Industrieroboter installiert, ein Plus von 31 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Nach dem Einbruch während der Pandemie 2020 ist dieses Ergebnis eine bemerkenswerte Erholung. Damit überschritten die Roboterinstallationen in Nord- und Südamerika zum zweiten Mal die Marke von 50.000 Einheiten – das Jahr 2018 markiert mit 55.212 Einheiten den bisherigen Höchststand.

In den Vereinigten Staaten stieg die Zahl der installierten Einheiten um 14 Prozent auf 34.987, was Platz drei im internationalen Vergleich bedeutet. Dies übertrifft das vor der Pandemie erreichte Niveau von 33.378 Einheiten im Jahr 2019, liegt aber immer noch deutlich unter dem Spitzenwert von 40.373 Einheiten von 2018.

Wer fördert wo was und warum?
Steigende Kosten für Energie und Vorprodukte sowie der Mangel an elektronischen Bauteilen stellen sämtliche Branchen der Weltwirtschaft vor Herausforderungen. Gleichzeitig sind die Auftragsbücher gut gefüllt, und die Nachfrage nach Industrierobotern so hoch wie nie zuvor. Insgesamt prognostiziert der Branchenverband IFR, dass die weltweiten Roboterinstallationen im Jahr 2022 um zehn Prozent auf knapp 570.000 Einheiten steigen werden.

Zudem wird erwartet, dass der Boom als Folge der Pandemie aus dem Jahr 2021 im Jahr 2022 geendet haben wird. Für 2022 bis 2025 werden durchschnittliche jährliche Wachstumsraten im mittleren bis oberen einstelligen Bereich prognostiziert. Deswegen wird selbstverständlich auch auf der ganzen Welt an neuen Technologien und Lösungen in der Robotik gearbeitet. Zahlreiche Staaten investieren riesige Summen und verfolgen damit mehr oder weniger unterschiedliche Ziele, die mit den offiziellen Förderprogramme in Asien, Europa und Amerika gesteuert werden.

Auch darauf hat die IFR einen detaillierten Blick geworfen, und zwar in der dritten Auflage des Reports „World Robotics R&D Programs“. In China wurde am 21. Dezember 2021 in Peking der „14. Fünf­jahres­plan“ für die Entwicklung der Robo­ter­indus­trie vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) veröffentlicht – die Strategie konzen­triert sich auf die Förderung von Innovationen.

Ziel ist es, China zu einem weltweit führenden Land im Bereich der Robotertechnologie und des industriellen Fortschritts zu machen. Die Robotik ist Teil von insgesamt acht Schlüsselindustrien über die nächsten fünf Jahre. Zur Umsetzung der nationalen Wissenschafts- und Technologie-Innovationsvereinbarungen wurde am 23. April 2022 im Rahmen des nationalen Schlüsselplans für Forschung und Entwicklung das Sonder­programm „Intelligente Roboter“ mit einem Finanzvolumen von 43,5 Millionen Dollar gestartet.

Japans „Neue Roboterstrategie“ zielt darauf ab, das Land zum weltweit führenden Zentrum für Roboterinnovationen zu machen. Die japanische Regierung hat für das Jahr 2022 mehr als 930,5 Millionen Dollar an Fördermitteln bereitgestellt. Schlüsselsektoren sind das verarbeitende Gewerbe (77,8 Mio. Dollar), Pflege und Medizin (55 Mio. Dollar), Infrastruktur (643,2 Mio. Dollar) und Landwirtschaft (66,2 Mio. Dollar).

Der Aktionsplan für das verarbeitende Gewerbe und den Dienstleistungssektor umfasst Projekte wie autonomes Fahren, fortschrittliche Luftfahrt oder die Entwicklung integrierter Technologien als Kernstück der nächsten Generation von künstlicher Intelligenz und Robotern. Im Rahmen des „Moonshot Research and Development“-Programms“ wurde ein Budget von 440 Millionen Dollar für Robotikprojekte bereitgestellt, die über einen Zeitraum von fünf Jahren von 2020 bis 2025 laufen.

Der dritte Basisplan für intelligente Roboter in Südkorea – der Nation mit der höchsten Roboter­dichte (Industrieroboter pro Beschäftigten) weltweit – zielt darauf ab, die Robotik als Kernindustrie der vierten industriellen Revolution zu entwickeln. Die koreanische Regierung hat 172,2 Millionen Dollar für den „2022 Implementation Plan for the Intelligent Robot“ bereitgestellt. Von 2022 bis 2024 sind insgesamt 7,41 Millionen Dollar für das „Full-Scale Test Platform Project for Special-Purpose Manned or Unmanned Aerial Vehicles“ vorgesehen.

Technik für den Menschen
Kommen wir zu unserem Heimatkontinent: Horizont Europa ist mit einem Budget von immerhin 94,30 Milliarden Dollar und einer Laufzeit von sieben Jahren (2021 bis 2027) das wichtigste Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der EU. Die wichtigsten Ziele sind: Stärkung der wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen der EU, Förderung der Innovationskapazität, der Wettbewerbsfähigkeit und der Beschäftigung in Europa sowie die Umsetzung prioritärer Bürgeranliegen und die nachhaltige Stärkung sozioökonomischer Modelle und Werte. Die Europäische Kommission stellt für das robotikbezogene Arbeitsprogramm 2021 bis 2022 insgesamt 198,5 Millionen Dollar bereit.

Die deutsche Hightech-Strategie 2025 (HTS) ist die vierte Auflage des Forschungs- und Innovationsprogramms in Deutschland. Die deutsche Bundesregierung wird bis 2026 jährlich rund 69 Millionen Dollar bereitstellen – ein Gesamtbudget von 345 Millionen Dollar für fünf Jahre. Im Rahmen der HTS 2025 wurde das Programm „Technik für den Menschen“ aufgelegt.

Dieses Programm zielt darauf ab, den technologischen Wandel in der Gesellschaft insgesamt und in der Arbeitswelt zum Nutzen der Menschen einzusetzen. Forschungsthemen sind: digitale Assistenzsysteme wie Datenbrillen, Mensch-Roboter-Kollaboration, Exoskelette zur Unterstützung von Beschäftigten bei der körperlichen Arbeit, darüber hinaus aber auch Lösungen zur flexibleren Gestaltung von Arbeitsprozessen oder die Unterstützung von mobilem Arbeiten.

Die National Robotics Initiative (NRI) in den USA wird von der US-Regierung unterstützt und dient der Grundlagenforschung und -entwicklung im Bereich Robotik. Das im Februar 2021 angekündigte NRI-3.0-Programm baut auf den früheren NRI-Programmen auf und zielt auf die Erforschung integrierter Robotersysteme ab. Die US-Regierung unterstützte den NRI-3.0-Fonds im Jahr 2021 mit 14 Millionen Dollar. Die Zusammenarbeit zwischen akademischen, industriellen, staatlichen, gemeinnützigen und anderen Organisationen wird gefördert.

Mit dem „Moon to Mars“-Projekt der NASA wird beispielsweise das Ziel verfolgt, eine langfristige Präsenz in der Nähe des Mondes und auf dem Mond zu etablieren. Die Projekte zielen auf die Forschung und Technologieentwicklung ab, die Roboterleistungen erheblich steigern sollen, um die Erkundung des Weltraums durch den Menschen und wissenschaftliche Missionen zu unterstützen. Für das Artemis-Mondprogramm plant die US-Regierung, ein Budget von 35 Milliarden Dollar zwischen 2020 bis 2024 bereitzustellen.

Die wichtigsten Robotertrends des Jahres 2023
Zum Abschluss wenden wir uns ab von den langfristigen Prognosen und Zielen und hin zu den aktuellen Trends, die die Robotik- und Automatisierungsbranche bewegen. Sie adressieren aktuelle Problemstellungen und die großen Herausforderungen unserer Zeit. Die International ­Federation of Robotics hat die folgenden fünf Top-Trends identifiziert: Energieeffizienz, Rückverlagerung bzw. Reshoring, einfachere Bedienbarkeit, künstliche Intelligenz sowie die Wiederverwertung gebrauchter Roboter.

Energieeffizienz
Um in Zeiten steigender Energiekosten die Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern, ist Energieeffizienz naheliegenderweise ein Schlüssel zum Erfolg. Der Einsatz von Robotern trägt entscheidend dazu bei, den Energieverbrauch in der Fertigung zu senken. Im Vergleich zur traditionellen Fließbandproduktion lassen sich mit Automation durch reduzierte Raumtemperatur erhebliche Energieeinsparungen erzielen. Gleichzeitig arbeiten Roboter mit hoher Geschwindigkeit und steigern damit die Produk­tionsraten, sodass die Fertigung insgesamt zeit- und energieeffizienter wird.

Darüber hinaus sind Roboter heutzutage so konzipiert, dass sie weniger Energie verbrauchen und mit niedrigeren Betriebskosten auskommen. Um die Nachhaltigkeitsziele für ihre Produktion zu erreichen, setzen Unternehmen Industrieroboter ein, die mit energiesparender Technologie ausgestattet sind: Robotersteuerungen können zum Beispiel Bewegungsenergie in Strom umwandeln und in das Stromnetz zurückspeisen.

Diese Technologie reduziert den Energiebedarf für den Betrieb eines Roboters erheblich. Mit einem intelligenten Stromsparmodus, der die Energieversorgung des Roboters während des Arbeitstags nach Bedarf steuert, sind weitere Einsparungen möglich. Da Industrieanlagen schon heute ihren Energieverbrauch überwachen müssen, dürften solche vernetzten Stromsensoren laut der IFR zu einem Industriestandard für Roboterlösungen werden.

Rückverlagerung
Resilienz ist in verschiedenen Branchen zu einem wichtigen Grund für die Rückverlagerung geworden: Automobilhersteller investieren stark in kurze Lieferketten, um die Prozesse näher an ihre Kunden zu bringen. Diese Hersteller setzen Roboterautomatisierung ein, um leistungsstarke Batterien kostengünstig und in großen Stück­zahlen herzustellen – so lassen sich Projekte für Elektrofahrzeuge wirksam unterstützen. Zudem macht ein solches „Reshoring“ den Transport schwerer Batterien überflüssig. Das ist wichtig, weil immer mehr Logistikunternehmen aus Sicherheitsgründen davon Abstand nehmen, ­Batterien als Fracht zu versenden.

Die Rückverlagerung der Mikrochip-Produktion in die USA und nach Europa ist ein weiterer Reshoring-Trend. Da die meisten Industrieprodukte heutzutage Halbleiterchips benötigen, um zu funktionieren, ist deren Bereitstellung in ­Kundennähe wichtig. Da Roboter die extremen Präzisionsanforderungen in der Chipfertigung erfüllen können, spielen sie bei solchen Projekten eine entscheidende Rolle. Speziell entwickelte Roboter automatisieren beispielsweise die Herstellung von Siliziumwafern, übernehmen Reinigungs- und Säuberungsaufgaben oder testen integrierte Schaltkreise. Jüngste Beispiele für Rückverlagerungen sind die neuen Chipfabriken von Intel in Ohio oder das kürzlich angekündigte Chipwerk im Saarland, das vom Chiphersteller Wolfspeed und dem Automobilzulieferer ZF betrieben wird.

Roboter sind einfacher zu bedienen
Die Programmierung von Robotern ist einfacher geworden und auch für Nichtexperten möglich. Anbieter von softwaregesteuerten Automatisierungsplattformen unterstützen die Unternehmen, indem Industrieroboter von den Nutzern ohne vorherige Programmiererfahrung bedienbar sind. Erstausrüster arbeiten Hand in Hand mit Low-Code- oder sogar No-Code-Technologiepartnern zusammen: So können Mitarbeiter aller Qualifikationsstufen einen Roboter selber programmieren.

Die einfach zu bedienende Software wird mit intuitiver Anwendungslogik verknüpft und ersetzt die aufwendige Roboterprogrammierung. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten der Roboter­automatisierung: Software-Start-ups erobern diesen Markt mit ihren spezialisierten Lösungen, die auf die Bedürfnisse von kleinen und mittleren Unternehmen zugeschnitten sind.

Ein Beispiel: Traditionelle, schwere Industrieroboter lassen sich mit Sen­soren sowie einer neuen Software ausstatten, die einen kollaborativen Einrichtungsbetrieb erlau­ben. Dies vereinfacht es für Arbeiter in der ­Werkshalle, die schweren Maschinen an die verschiedensten Aufgaben anzupassen. Die Unterneh­men nutzen auf diesem Weg das Beste aus beiden Welten: die robuste und präzise Industrieroboter-Hardware und modernste Cobot-Software.

Einfach zu bedienende Programmierschnittstellen, die es den Kunden ermöglichen, Roboter selbst einzurichten, treiben auch das neu entstehende Segment kostengünstiger Lösungen an – die sogenannte Low-Cost-Robotik. Viele neue Kunden reagierten im Jahr 2020 auf die Pandemie, indem sie Roboterlösungen selbst ausprobierten.

Die Roboteranbieter reagierten auf diese Nachfrage: Einfache Einrichtung und Installation unterstützen den kostengünstigen Robotereinsatz beispielsweise mit vorkonfigurierter Greifer-Software, Sensoren oder Steuerungen. Solche Einheiten werden oft über Webshops verkauft – Programmroutinen für verschiedene Anwendungen lassen sich aus einem App-Store herunterladen.

Künstliche Intelligenz und digitale Automatisierung
Angetrieben von fortschrittlichen digitalen ­Technologien bieten Roboterhersteller und System­integratoren neue oder weiterentwickelte Anwendungen an, die Geschwindigkeit und Qualität verbessern. Vernetzte Roboter transformieren damit die Fertigung und werden zunehmend als Teil eines vernetzten digitalen Ökosystems arbeiten: Cloud-Computing, Big-Data-Analytics oder 5G-Mobilfunknetze bilden die technologische Grundlage für eine optimierte Leistung. Der 5G-Standard wird eine vollständig digitalisierte Produktion ermöglichen und die Verkabelung in der Fertigung überflüssig machen, so die IFR.

Auch künstliche Intelligenz (KI) bietet der Robotik großes Potenzial und ermöglicht eine Reihe von Vorteilen in der Fertigung: Das Hauptziel des KI-Einsatzes besteht darin, Schwankungen und Unvorhersehbarkeiten in der äußeren Umgebung besser zu bewältigen – entweder in Echtzeit oder offline. Damit spielt KI, die das maschinelle Lernen unterstützt – das sogenannte Machine-Learning – eine immer größere Rolle in Softwareangeboten, von denen laufende Systeme profitieren. Dazu zählen beispielsweise: Prozessoptimierung, vorausschauende Wartung oder bildverarbeitungsbasiertes Greifen.

Diese Technologie hilft Herstellern, Logistik­anbietern oder Einzelhändlern, die mit häufig wechselnden Produkten, Aufträgen und Beständen zu tun haben. Je größer die Vielfalt und Unvorhersehbarkeit der Umgebung, desto wahrscheinlicher ist es, dass KI-Algorithmen eine kosteneffiziente und schnelle Lösung bieten. Beispiele dafür sind Hersteller oder Großhändler, die mit Millionen verschiedener Produkte zu tun haben, deren Zusammensetzung sich regelmäßig ändert. KI ist zudem in Umgebungen nützlich, in denen mobile Roboter Objekten oder Personen begegnen. ­Diese müssen voneinander unterschieden werden, und die Roboter müssen lernen, unterschiedlich zu reagieren.

Zweites „Leben“ für Industrieroboter
Da Industrieroboter eine Lebensdauer von bis zu dreißig Jahren haben, sind neue technische ­Ausrüstungen eine gute Gelegenheit, alten ­Robotern ein zweites „Leben“ zu geben. Hersteller von Industrierobotern wie ABB, Fanuc, Kuka, ­Stäubli oder Yaskawa betreiben spezialisierte Reparaturzentren in der Nähe ihrer Kunden, um gebrauchte Geräte ressourceneffizient zu über­holen oder aufzurüsten. Diese „Prepared to Repair“-Strategie für Roboterhersteller und ihre Kunden spart ebenfalls Kosten und Ressourcen. Kunden langfristige Reparaturen anzubieten, ist außerdem ein wichtiger Beitrag für die Kreislaufwirtschaft.

„Roboter spielen eine grundlegend wichtige ­Rolle, um die sich verändernden Anforderungen an das produzierende Gewerbe weltweit abzu­sichern“, so IFR-Präsidentin Marina Bill, und abschließend: „Neue Robotiktrends sind für Anwender in kleinen Unternehmen genauso attraktiv wie für globale OEMs.“ (RNF)


INFO-BOX
Über die IFR 
Die International Federation of Robotics ist das Sprachrohr der weltweiten Robotik­industrie. Die IFR vertritt nationale Roboterverbände, Forschungseinrichtungen sowie Roboterhersteller aus mehr als 20 Ländern. Die IFR wurde 1987 als nicht gewinnorientierte Organisation gegründet.

www.ifr.org