Robots Der mechanische Kollege erleichtert den Materialfluss

Autor: Gary Huck

Ein Roboter, der einem unangenehme Tätigkeiten abnimmt? Dagegen hätten vermutlich die wenigsten Arbeitnehmer etwas einzuwenden. Kollaborative Roboter sollen genau das tun. Vor allem beim Materialfluss können sie Mitarbeiter entlasten und Prozesse teilautomatisieren. In der Pharmabranche liegt dafür viel Potenzial.

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So wie hier bei Sanofi könnte ein Cobot auch in vielen anderen Unternehmen die Mitarbeiter bei repetitiven Tätigkeiten unterstützen.
So wie hier bei Sanofi könnte ein Cobot auch in vielen anderen Unternehmen die Mitarbeiter bei repetitiven Tätigkeiten unterstützen.
(Bild: Sanofi)

Die Laborantin blick konzentriert in ihr Mikroskop und analysiert Proben. Hin und wieder schaut sie auf und fügt eine neue Probe in das Mikroskop. Am Tisch neben ihr hantiert ihr Kollege mit weiteren Proberöhrchen. Er bereitet für sie ein neues Batch vor.

Ihr Kollege kann damit auch weitermachen, wenn sie schon längst Feierabend hat. Sogar die ganze Nacht kann er problemlos durcharbeiten. Denn er ist ein Roboter. Um genauer zu sein, ein kollaborativer Roboter (Cobot).

Diese Szene aus einem Video des Roboterherstellers ABB zeigt, welches Potenzial in Cobots steckt. In der Pharmatechnik gibt es mehrere Bereiche, in denen sie den Materialfluss unterstützen können.

Kein Roboter im klassischen Sinn

„Unterstützen“ ist ein gutes Stichwort, denn genau das ist die Aufgabe des Cobots. Anders als traditionelle Industrieroboter, die Prozesse ganz automatisieren sollen, ist der kollaborative Roboter für die Teilautomatisierung ausgelegt. „Bei uns entnimmt der Cobot Waren aus Trays und füllt sie dann in eine Maschine. Der Mitarbeiter muss die Waren nur noch zum Cobot bringen und kann dann etwas anderes machen“, sagt Rainer Bernhardt, Head of Engineering & HSE bei Sanofi-Aventis Deutschland. Anders herum geht es auch. Bei Takeda, einem Pharmakonzern aus Japan, palettieren Cobots Waren, die aus der Produktion kommen. Am Standort in Oranienburg werden beispielsweise mehrere Milliarden Tabletten und Kapseln pro Jahr hergestellt. Pro Schicht kommen bei einer Produktionslinie etwa 5 t Waren zusammen. Das ist man als Mitarbeiter wahrscheinlich froh, wenn einem das der mechanische Kollege abnimmt.

Die Pharmabranche verändert sich und entwickelt sich weiter. Bei der Wirkstoffentwicklung steht laut Tobias Brode vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) ein Paradigmenwechsel an. Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMP), zu denen Zell- und Gentherapeutika zählen sind auf dem Vormarsch. Diese stark individualisierten Wirkstoffe können nicht auf etablierten Produktionslinien gefertigt werden. „Auf der Fläche eines Fußballfeldes werden Medikamente für einige wenige Patienten hergestellt“, erzählt Brode. Viele Prozesse laufen dabei manuell ab. Jeder Patient braucht für seinen Wirkstoff eine eigene Produktion. Diese individuellen Produktionen lasen sich modular aufbauen. Cobots können bei vielen Tätigkeiten helfen. Sie können Proben aus Geräten entnehmen, sie in andere Geräte geben oder, wie bei dem vorhergehenden Beispiel, für einen Labormitarbeiter vorbereiten. Laboranten können sich dann ganz auf ihre Arbeit konzentrieren. Sie können ihre Zeit ganz der Analyse und Weiterentwicklung der Wirkstoffe widmen. Der eigentliche Materialfluss wird vom Roboter übernommen.

Mensch und Maschine in direkter Interaktion: So soll der Cobot eingesetzt werden.
Mensch und Maschine in direkter Interaktion: So soll der Cobot eingesetzt werden.
(Bild: Fanuc)

Das senkt die Kosten. Denn rein vom Preis der Arbeit pro Zeiteinheit ist der Cobot preiswerter als ein ausgebildeter und kompetenter Laborant. Außerdem kann der Roboter, wenn nötig, tagelang durcharbeiten. Und wer es schafft, bei den ATMP-Produktionen die Kosten zu senken, dem könnten sich viele Türen öffnen. „Aktuell kostet eine ATMP-Therapie bis zu 300.000 Euro“, sagt Brode. Krankenkassen würden diese Therapien teilweise sogar übernehmen. Aber bei diesen Kosten vermutlich auch nur in seltenen Fällen, wenn alle anderen Möglichkeiten ausgeschöpft sind. Ein Unternehmen, das diese Kosten durch Teilautomatisierung senkt und diese Art der Behandlung zugänglicher macht, hat den „Heiligen Gral der Medizintechnik“ gefunden.

Aber auch in heute schon etablierten Produktionen der Pharmabranche kann der Cobot eingesetzt werden. „Wir sehen auch mehr Bedarf an kleineren Anlagen, die weniger produzieren, dafür aber flexibel sind und relativ schnell umgestellt werden können“, erklärt Bernhardt. Sanofi und Takeda zeigen, dass auch der kollaborative Roboter flexibel ist. Ob als Assistent in der Produktionslogistik bei der Befüllung einer Maschine oder am Ende einer Produktion zur Verpackung. Beide Anwendungen könnten mit dem gleichen Roboter durchgeführt werden. Auch die Palettierung im Anschluss könnte über den Cobot abgewickelt werden. Man kann also gezielt entscheiden, wo der mechanische Kollege Menschen entlasten soll.

Startschuss für die Automatisierung

Ein weiteres Argument, das in der Pharmabranche, aber auch in vielen anderen Sektoren für kollaborative Roboter spricht, ist die Zugänglichkeit. Einfache Cobots sind bei manchen Herstellern schon ab 5.000 Euro erhältlich. Dazu kommen noch die Peripheriesysteme. Denn „ein Cobot allein ist gut dafür, Luft zu bewegen“, sagt Andrea Alboni, General Manager Western Europe bei Universal Robots. Einfache Anwendungen kann man aber auch für niedrige fünfstellige Summen realisieren. Bei Universal Robots liegt ein Roboterarm zwischen 25.000 und 45.000 Euro. Die Programmierung ist auch vergleichsweise einfach. „Man benötigt keinen Abschluss in Automatisierungstechnik, um einen kollaborativen Roboter bedienen zu können“, meint Bernhardt. Das sieht Ralf Winkelmann, Geschäftsführer von Fanuc Deutschland, auch so: „Cobots sind ein guter Eisbrecher für Unternehmen, die zuvor noch nicht mit Automatisierung zu tun hatten. Sie sind einfach zu programmieren und zu bedienen.“ Nach Angaben von Alboni sind Mitarbeiter nach zwei bis zweieinhalb Tagen Schulung in der Lage, mit dem Roboter zu arbeiten. Angestellte, die den Cobot auch steuern und verwalten sollen, bräuchten zwischen 5 und 20 Tagen Schulung. 20 Tage möge lange erscheinen, aber dann habe der Mitarbeiter das Schulungsangebot von Universal Robots durchlaufen und könne den Roboter im Unternehmen gut einsetzen.

Die zuvor erwähnte Flexibilität spricht auch für den einfachen Zugang. Der Cobot kann unterschiedliche Aufgaben erledigen. Ein Unternehmen kann mit ihm auch experimentieren und untersuchen, wo sich Automatisierung im Betrieb anbietet. „Ich empfehle potenziellen Kunden, sich für eine Woche einen kollaborativen Roboter von uns zu leihen und einfach mal damit zu spielen. Dann wird meistens auch klar, wo man ihn einsetzen kann“, meint Alboni.

Alles kann er auch nicht

Cobots sind keine normalen Roboter. Deswegen muss man sie auch anders beurteilen. Und ohne jetzt zu vermenschlichend zu werden, auch anders behandeln. Daraus resultiert möglicherweise auch die Tatsache, dass der kollaborative Roboter nicht in großen Mengen eingesetzt wird. In der Breite, wie traditionelle Industrieroboter, wird er das wahrscheinlich auch nie werden. Denn einige der Vorteile, die zuvor genannt wurden, beschränken seine Anwendbarkeit.

Wie schon beschrieben: Der Cobot ist relativ flexibel. Wenn man ihn noch mobil macht, was im Zusammenspiel mit fahrerlosen Transportsystemen auch funktioniert, ist er nicht einmal ortsgebunden. Das heißt, dass man nicht für jede Anwendung einen neuen Roboter braucht. Gerade wenn Prozesse zeitlich versetzt ablaufen, kann ein Gerät mehrere Aufgaben erfüllen. Mit einem stationär verbauten Industrieroboter geht das nicht. Normalerweise hat der eine spezielle Aufgabe, die er erfüllt.

ISO TS 15066

Diese ISO-Norm regelt den Robotereinsatz im Kollaborationsbetrieb. Sie besagt, dass der Roboter anhalten muss, wenn ein Mitarbeiter den gemeinsamen Arbeitsbereich betritt. Außerdem wird die Roboterbewegung vom Mitarbeiter aktiv mit einer geeigneten Sensorik gesteuert. Ein Kontakt zwischen Roboter und Mensch soll durch die Maschine über eine Abstands- überwachung verhindert werden. Kontaktkräfte zwischen Mitarbeiter und Cobot werden technisch auf ein ungefährliches Maß begrenzt.

Außerdem ist der Cobot eher langsam. „Der Einsatz des kollaborativen Roboters wird auch durch die Gesetze der Physik definiert. Wenn er sicher sein soll, bedarf es immer eines Kompromisses aus Bewegungsgeschwindigkeit und bewegtem Gewicht. Das kann zu langsameren Bewegungen und geringeren Einzellasten in der Applikation führen“, erklärt Winkelmann. Bei vollautomatisierten Prozessen wird in absehbarer Zukunft kein Cobot verwendet werden können. In großvolumigen Produktionslinien kommen aber oft mehrere Roboter zum Einsatz, mehr traditionelle Roboter.

Das alles spricht aber nicht gegen den Cobot. Seine Daseinsberechtigung leitet sich daraus ab, dass er anders ist und andere Dinge kann. Im Gegensatz zu anderen Robotern soll er den Menschen nicht ersetzen, sondern ihn unterstützen und ihm assistieren.

Den Menschen nicht vergessen

Denn ohne die kollaborative Komponente, wäre er nur ein „Bot“. Die menschliche Komponente ist bei der Betrachtung von Cobots auch wichtig. Brode erzählt: „In unserem Team haben wir auch Psycholog*innen und einen Interaktionsdesigner*innen. Die Technik ist schon da, wichtig ist jetzt der Anwender.“ Technische Gegebenheiten sind die Grundlage dafür, wo ein Roboter eingesetzt werden kann und wo nicht. Aber der Mensch entscheidet, ob er das überhaupt will. Deswegen ist es wichtig, alle Beteiligten von Anfang an mit in das Projekt einzubeziehen. Die Mitarbeiter, die später mit dem Roboter kooperieren, müssen die Möglichkeit haben, den Roboter in einer Testphase kennenzulernen. Gerade bei Unternehmen, die noch nicht mit Robotik zu tun hatten, ist das wichtig, um Vorurteile abzubauen. „Der Roboter wurde schnell angenommen, als die Mitarbeiter merkten, dass er ihnen unangenehme und monotone Tätigkeiten abnimmt. Die haben dann bald gefragt, ob noch mehr Cobots angeschafft werden sollen“, berichtet Bernhardt.

Auch die Sicherheit ist ein Kriterium. Aber nicht unbedingt aus Sicht der Betreiber. Promotion Videos und Showcases auf Messen haben gezeigt, wie sicher kollaborative Roboter sind. Die Probleme liegen bei den Regularien. Kollaborative Roboter brauchen eine pragmatische Risikobeurteilung. „Ein fahrerloses Transportfahrzeug, das 1 t transportiert, wird fast nach den gleichen Standards bewertet wie ein Cobot, der ein 200 Gramm schweres Paket mit Ampullen bewegt“, sagt Bernhardt. Hier müssten sich die Regularien mehr der Realität annähern. Auch die Verantwortung der Mitarbeiter ist gefragt. Auch wenn der Roboter selbst niemanden verletzt: Das was er bewegt, kann natürlich einen unachtsamen Angestellten verletzen. Ein spitzer oder scharfer Gegenstand ist auch dann noch gefährlich, wenn ein Cobot ihn hält. Dem kann man am besten mit Schulungen entgegenwirken. Wem mögliche Gefahrenfelder bewusst sind, der kann sie auch vermeiden.

Trotzdem wird der kollaborative Roboter in den nächsten Jahren vermutlich weiter an Popularität gewinnen. In der Medizintechnik werden die Absatzzahlen von Cobots steigen. So wie sich die Branche zu entwickeln scheint, ist sie für die Mensch-Roboter-Kollaboration ideal. Eine individuellere Medizin stellt höhere Anforderungen an die Labortechnik und die nachgelagerte Produktion. Um wirtschaftlich zu bleiben, müssen dort Prozesse automatisiert werden. Der Mensch ist aus dieser komplexen Wertschöpfungskette nicht wegzudenken.

Deswegen muss er in die Automatisierung einbezogen werden. Und das geht nur mit dem Cobot. Vielleicht ist es in ein paar Jahren normal, dass der Laborant oder der Techniker in der Medikamentenproduktion morgens auf dem Weg in die Arbeit denkt: „Zum Glück erledigt mein mechanischer Assistent heute wieder die Aufgaben, die mir früher zuwider waren.“ Mal ehrlich: Fänden wir das nicht alle schön? ■

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