Infineon als Taktgeber der Industrie 4.0: Zusammenarbeit mit Robotik-Startups

Der Begriff Industrie 4.0 wird mit zunehmender Globalisierung und Digitalisierung mehr und mehr mit Leben gefüllt. Aus einem Buzzword wird Realität. Ein entscheidendes Element ist dabei die Robotik. Automatisierte Abläufe, vernetzte Systeme und intelligente Maschinen sorgen für schnellere und effizientere Produktionsprozesse und maximale Flexibilität entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Informationen über Fertigungsabläufe werden in Echtzeit zwischen Standorten rund um den Globus ausgetauscht. So entsteht eine globale, intelligente, virtuelle Fabrik der Zukunft.

Die Evolution: Vom Industrieroboter zum Cobot

Die Zahlen sind eindeutig: Der Trend zeigt nach oben. Belief sich der Gesamtmarkt der Roboter im Jahr 2016 weltweit auf 40 Milliarden US-Dollar, werden es im Jahr 2025 bereits geschätzte 87 Milliarden US- Dollar sein. Bis 2019 wird die weltweit installierte Basis an industriell eingesetzten Robotern um jährlich 12 Prozent steigen. Was mit traditionellen Industrierobotern begann, setzt sich mit Cobots (kollaborative Roboter) fort. In den Anfangsjahren der Robotik wurde ein Großteil der Roboter im industriellen Umfeld mit starkem Fokus auf die Massenproduktion von Gütern eingesetzt.

Inzwischen werden diese traditionellen Industrieroboter zunehmend durch kollaborative Roboter ersetzt oder ergänzt. Mit einem Wachstum von mehr als 23 Prozent bis zum Jahr 2020 zählen Cobots zu dem am schnellsten wachsenden Roboter-Segment.

Sicherheit für Menschen

Traditionelle Industrieroboter waren in der Vergangenheit mit hohen Anschaffungskosten und einer zeitaufwändigen Prozessintegration verbunden. Nur wenige ausgewählte Experten konnten sie programmieren. Funktionen und Aufgabenspektrum ließen sich nur geringfügig verändert. Dazu kam, dass eine fehlende "Sensibilität" die Einsatzmöglichkeiten des Roboters einschränkte und Sicherheitsmaßnahmen wie Zäune oder andere Absperrungen erforderlich machte. Der Grund: Die Kollisionen mit in der Fabrik arbeitenden Menschen konnten nur durch eine strikte räumliche Trennung von Mensch und Maschine verhindert werden.

Mensch-Roboter-Interaktion

Cobots sind beweglich wie ein menschlicher Arm und bieten einen menschenähnlichen Tastsinn. Dieser ermöglicht eine sichere Mensch-Roboter-Interaktion. Durch die integrierte Kollisionserkennung und -vermeidung wird die Programmierung komplexer Vorgänge wesentlich vereinfacht. Eine intuitive, einfach zu bedienende Programmierschnittstelle macht eine Prozessintegration innerhalb nur weniger Minuten möglich. Der Einsatz von Sensoren unterstützt interaktives Lernen mit einem hohen Maß an Flexibilität. Der Cobot übernimmt bestimmte Aufgaben dabei selbständig.

Die Möglichkeiten der Digitalisierung

Die Digitalisierung ermöglicht die gemeinsame Nutzung von programmierten Arbeitsabläufen über das Netzwerk mit anderen Cobots. Kollaborationsroboter werden zum Großteil weich und kantenlos konstruiert. Dies reduziert die Gefahr möglicher Verletzungen bei der Interaktion mit Menschen selbst im Fall eines direkten Kontakts.

Cobots: Infineon als Nutzer und Entwickler

Infineon nimmt im Kontext der Robotertechnologie eine Sonderstellung ein: Auf der einen Seite nutzt das Unternehmen in der Produktion selbst Roboter; auf der anderen Seite liefert es mit seinem umfassenden Produktportfolio die Bauelemente für diese Technologie. Diese Sonderstellung ermöglicht eine besondere Perspektive auf das Segment, sowohl aus Kunden- als auch aus Nutzersicht. Das Ergebnis ist ein tiefgreifendes Systemverständnis für neue Produkte und die Möglichkeit, ganzheitliche Komplettlösungen anzubieten.

Als Hersteller und Lieferant von Halbleitern stellt Infineon seinen Kunden innerhalb der Industrie 4.0 das entscheidende Element zur Verfügung. Dieses kommt in vielen Bereichen zum Einsatz:

  • Daten werden über Sensoren erfasst, von Mikrocontrollern verarbeitet und physikalisch durch Leistungshalbleiter realisiert
  • Chipbasierte Sicherheitslösungen schützen kritische Daten, wie z.B. Informationen zur Kalibrierung des Roboters
  • Spezielle 3D-Kamera-Radar-Sensoren vereinfachen die Interaktion zwischen Mensch und Maschine über intelligente Objektlokalisierung, Umfeld-Scanning, Gestik und Spracherkennung

Die Digitalisierung im Infineon-Werk Dresden

Als Nutzer der neuen technologischen Möglichkeiten hat Infineon in den letzten Jahren wichtige Erkenntnisse gesammelt: Das seit mehr als 20 Jahren bestehende Werk in Dresden hat einen Automatisierungsgrad von 92 Prozent. Dort unterstützen über 200 Roboter die Mitarbeiter. Dresden ist der Standort mit dem höchsten Digitalisierungsgrad, der bereits viele Aspekte von Industrie 4.0 erfolgreich umgesetzt hat. Menschen und Maschinen produzieren dort an 365 Tagen und rund um die Uhr mit Vollgas.

Durch die Automatisierung ist die Produktivität um fast 70 Prozent gestiegen. Die Mitarbeiterzahl von 2.000 ist trotz dieses hohen Automatisierungsgrads in den vergangenen zehn Jahren konstant geblieben. Durch die gestiegene Automatisierung wurden Kapazitäten für stetige Optimierung der Prozessplanung und kontinuierliche Innovation geschaffen.

Der Mensch mit seiner individuellen Erfahrung und Kreativität wird als Mitarbeiter auch künftig unersetzlich sein, um Bereiche wie Innovation, Qualitätsmanagement oder systematische Problemlösung weiter voranzutreiben und zu optimieren.

Seit 2011 werden Mitarbeiter von Infineon auf die Veränderungen und Herausforderungen innerhalb der Industrie 4.0 vorbereitet und weitergebildet. Weniger qualifizierte Tätigkeiten wurden durch neue, hoch qualifizierte ersetzt. Dazu gehören beispielsweise die Datenanalyse sowie die Produktentwicklung. So werden die individuellen Stärken von Mitarbeitern und Maschinen kombiniert. Einfach gesagt: Mensch und Roboter arbeiten miteinander, nicht als Konkurrenten gegeneinander.

Initiativen und Kooperationen mit Start-ups: Infineon und Cobots

Mitte 2017 startete mit „Productive4.0“ die bis dato größte europäische Forschungsinitiative auf dem Gebiet Industrie 4.0. Unter der Leitung von Infineon arbeiten mehr als 100 Partner aus 19 europäischen Ländern an der Digitalisierung und Vernetzung der Industrie. Dazu gehören Unternehmen wie BMW, Bosch, Philips und Volvo sowie führende Forschungseinrichtungen, wie die Fraunhofer Gesellschaft und die TU Dresden.

Vorteile von Kooperationen mit Start-ups

Um im Bereich Industrie 4.0 und bei Cobots am Puls der Zeit zu bleiben und die digitale Zukunft weiterhin aktiv mitzugestalten, setzt Infineon verstärkt auf die Zusammenarbeit mit Start-up-Unternehmen. Start-ups haben Eigenschaften, die in etablierten Unternehmen häufig zu kurz kommen oder aufgrund von stark ausgeprägten Prozessen zu schwerfällig sind:

  • Ausgeprägte Kreativität
  • Frische Ideen für die zunehmende Digitalisierung
  • Schnellen, pragmatischen Ansatz ohne langwierige Abstimmungsschleifen
  • Freiheit, über den Tellerrand des eigenen Unternehmens zu schauen

Internationale Kooperationen

Infineon unterstützt Start-ups sowohl in Deutschland als auch im Silicon Valley auf verschiedenen Ebenen:

Einerseits mit dem Erfahrungsschatz, der globalen Marktkenntnis, dem Systemverständnis, einem Kundennetzwerk und dem Know-How, wie man als Unternehmen Ideen und Konzepte weltweit erfolgreich mit den erforderlichen Qualitätsansprüchen skaliert und auf dem Markt ausrollt.

Andererseits gibt Infineon jungen Ingenieuren und Unternehmern Zugang zu neuen Technologien aus den Bereichen Sensorik, Mikrocontrollern und Leistungshalbleitern. Basierend darauf können sie ihre Ideen und Innovationen in echte marktfähige Produkte umsetzen.

Die dabei gewonnenen Erfahrungen werden untereinander geteilt. Dadurch befruchten sich die Talente gegenseitig und setzen innovative Impulse. Infineon erhält wiederum wertvolles Feedback für die eigene Produktentwicklung. Zudem unterstützt Infineon Einrichtungen und Initiativen wie die Digital Product School in München, um Talente in den Bereichen digitale Innovation und Unternehmertum zu fördern.

 

Das Start-up Franka Emika

Ein Beispiel für eine solche Zusammenarbeit ist die Kooperation mit dem Münchner Start-up Franka Emika. Franka Emika wurde 2016 gegründet und lieferte Ende 2017 die ersten Roboter aus. Das Start-up ist auf die Entwicklung, das Design und die Vermarktung feinfühliger, leistungsfähiger sowie kostengünstiger Cobots spezialisiert.

(Bildquelle: Franka Emika)

Die Vision der Gründer: Roboter sollen zu einem allgemein zugänglichen Multifunktionswerkzeug werden, bei dessen Entwicklung der Mensch im Zentrum steht. Das Unternehmen entwickelt leichte, sensitive und schnelle Roboter. Die Programmierung dauert nur wenige Minuten und erfolgt über ein Programmoberfläche, die sich intuitiv bediene lässt.

Auszuführende Tätigkeiten muss der menschliche Kollege dem Roboter lediglich vormachen. Daraus lernt die Maschine und kann das erworbene Wissen selbständig für andere Aufgaben und Prozesse nutzen. Nicht zuletzt haben die Cobots von Franka Emika diese Fähigkeit herkömmlichen Industrierobotern voraus. Entsprechend groß ist das potenzielle Einsatzgebiet auch außerhalb des klassischen Industriebereichs. Cobots werden somit auch für Unternehmen interessant, die nicht im klassischen Roboterumfeld (Massenfertigung, etc.) tätig sind.

(Bildquelle: Deutscher Zukunftspreis)

Deutscher Zukunftspreis 2017

2017 wurden die Entwickler des Münchner Start-ups von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Der Preis ist mit 250.000 Euro dotiert. Die Auszeichnung erhielten Professor Dr.-Ing. Sami Haddadin, Direktor am Institut für Regelungstechnik der Leibniz Universität Hannover, Dr. Simon Haddadin, Geschäftsführer der Franka Emika GmbH, und Sven Parusel, Chief Engineer von Franka Emika.

Professor Dr.-Ing. Sami Haddadin äußerte im Rahmen der Verleihung:

Robotik und maschinelle Intelligenz zahlreiche Probleme einer modernen Gesellschaft lösen können, beispielsweise beim demografischen Wandel und Arbeitskräftemangel.“

Professor Dr.-Ing. Sami Haddadin
(Bildquelle: Franka Emika)

Panda von Franka Emika ist ein siebenachsiger Roboter-Greifarm mit einer Reichweite von 80 Zentimeter, der sich durch eine einfache Handhabung in Kombination mit einer hohen Agilität und Sensibilität auszeichnet. Das Design und die Benutzeroberfläche ermöglichen eine intuitive Programmierung und flexible Anwendungen. Dadurch ist beispielsweise eine einfache Integration in automatisierte Prozesse zu einem Bruchteil der Kosten möglich, die normalerweise für einen solchen Robotereinsatz anfallen. Die Entwickler selbst sehen Panda als ein intelligentes Werkzeug, das Menschen aus verschiedenen Branchen bei den unterschiedlichsten Aufgaben hilft.

Panda ist bei der Fertigung ebenso einsetzbar wie in einem Labor oder einem Logistik-Unternehmen. Das Spektrum reicht von Montageaufgaben über den reinen Transport von Gegenständen bis hin zu Gerätetests. Für die Bedienung ist keine Software erforderlich, die Navigation erfolgt über die Benutzeroberfläche, die über alle gängigen Webbrowser aufgerufen werden kann.

Der Name „Garmi“ erklärt sich aus dem Einsatzort: 2018 soll der Roboter in einer betreuten Wohnanlage für Senioren in Garmisch-Partenkirchen testweise zum Einsatz kommen. Am Körper des 1,40-Meter-großen Roboters befinden sich zwei „Panda“-Greifarme. Zu Beginn der Testphase wird Garmi noch ferngesteuert und permanent überwacht.

Der Roboter bewegt sich auf Rädern. Er soll älteren Menschen bei der Bewältigung ihres Alltags helfen, indem er ihnen Tätigkeiten abnimmt. Dazu gehören die Bedienung der Mikrowelle, das Ausräumen der Spülmaschine oder das Öffnen der Haustür. Das Ausfahren von Essenstabletts in der Wohnanlage ist ebenso geplant wie die eventuelle Assistenz bei einem Notfall.

Dr. Simon Haddadin verknüpft mit dem Projekt die Hoffnung, dass Garmi Pflegekräfte entscheidend entlasten kann, sodass diese wieder mehr Zeit für die eigentliche Pflege und emotionale Fürsorge haben. Darüber hinaus soll der Assistenz-Roboter dazu beitragen, dass ältere Menschen länger selbständig im eigenen Zuhause leben können.

Franka Emika und Infineon

Franka Emika verwendet in seinen Robotern Lösungen und Produkte von Infineon. Zudem stehen die beiden Unternehmen in einem fachlichen Austausch, um die Entwicklung von Cobots zukünftig weiter voranzutreiben.

Das Start-up Kewazo

Kewazo entwickelt ein Robotersystem, das den autonomen Transport von Materialien auf der Baustelle ermöglicht. Im März 2016 entstand die erste Idee zur Entwicklung eines intelligenten Roboter-Gerüstbauteile-Transportsystems im Rahmen eines zweiwöchigen Kurses für junge Unternehmer an der TU München. 2017 wurde die Idee weiterentwickelt. Es entstand eine Geschäftsidee. Die Überlegung: Die traditionelle Gerüstmontage ist extrem ineffizient, arbeitsaufwändig und gefährlich. Mehr als 80 Prozent der Zeit wird für den häufig manuellen Transport von Gerüstteilen während der Montage verbraucht.

(Bildquelle: Kewazo)
(Bildquelle: Kewazo)

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Start-up ein Robotersystem, das sich während der Montage sowohl vertikal als auch horizontal bewegen kann und somit Gerüstteile zur richtigen Zeit an den richtigen Ort liefert. Der Roboter kann leicht installiert und bewegt werden. Auch große Gerüste können durch den Einsatz von nur zwei Menschen aufgebaut werden.

Montagekosten können so um mindestens 30 Prozent reduziert werden. Gleichzeitig lässt sich die Montagegeschwindigkeit um mehr als 40 Prozent erhöhen, da der horizontale Transport über den Roboter einen konstanten Materialfluss erlaubt. Die Automatisierung der riskanten Transportaktivitäten führt zudem zu einer sinkenden Unfallrate. Zudem erfasst es Daten über den Baufortschritt, die wiederum der Baukontrolle dienen. Das Ziel des nächsten Entwicklungsschritts: Kewazo soll Gerüste komplett autonom aufbauen können.

Später soll Kewazo auch in anderen Szenarien einsetzbar sein. Der Roboter könnte zum Beispiel beim Dachdecken oder bei Mauerarbeiten helfen. Ein Einsatz bei Maler- und Lackierarbeiten oder im Bereich der Gebäudedämmung ist ebenfalls denkbar. Kewazo könnte außerdem in Lagerhallen Transportaufgaben übernehmen oder Handwerker bei der Installation von Solarzellen auf Häuserdächern unterstützen.

Die Zusammenarbeit mit Kewazo

Infineon unterstützte Kewazo mit einer vollständigen elektronischen Hardware-Infrastruktur – von Motorsteuerungen über Sensoren und Mikrocontroller bis zum Aufsetzen einer hardware-basierten Security Lösung. Letztere ermöglicht einen sicheren Betrieb des Roboters und schützt die IP von Kewazo. Die Kewazo-Gründer mussten sich dadurch nicht um die Auswahl und Zusammenstellung der passenden elektronischen Bauteile kümmern, sondern konnten sich ganz auf die Programmierung und Optimierung ihres Projekts konzentrieren. Ein erster Prototyp des Roboters war nach 6 Wochen basierend auf Komponenten von Infineon für erste Tests erfolgreich aufgebaut.

(Bildquelle: Kewazo)

Infineon und Wandelbots

Wandelbots hat seine Wurzeln in Dresden. Es ist das erste Start-up, das aus dem Forschungsprojekt „Smart Systems Hub“ an der TU Dresden hervorgegangen ist. Nachdem sechs Doktoranden vom Lehrstuhl für Softwaretechnologie an der TU Dresden auf Technologie-Fachmessen durchweg positives Feedback für ihr Konzept erhalten haben, entschieden sie sich 2016 dazu, auf Basis dieses Konzepts ein Unternehmen zu gründen. Ende 2017 erreichte Wandelbots mit seinem Projekt das Finale des renommierten Innovationswettbewerbs „Tech Crunch Disrupt Battlefield“.

Das Projekt Roboter-Programmierung

(Bildquelle: Wandelbots)

Die Idee basiert auf einer Doktorarbeit zum Thema „Wearables“. Die Doktoranden entwickelten daraus ein Konzept, in dem smarte Kleidung als Controller für Roboter eingesetzt werden. Darüber können auch Laien Maschinen programmieren. Hintergrund: Der Mangel an IT-Fachkräften im Rahmen der Digitalisierung. In der IT-Branche sind 60 Prozent der Unternehmen auf der Suche nach Programmierern, um im digitalen Zeitalter wettbewerbsfähig zu bleiben.

Die Gründer von Wandelbots haben als Lösung eine Sensorjacke entwickelt, mit deren Hilfe ein Roboter den gewünschten Bewegungen folgen und diese erlernen kann. Spezielle Werkzeuge oder Programmiertechniken sind dafür allerdings nicht erforderlich. Der menschliche Kollege gibt die Bewegungen und Tätigkeiten vor. Der Roboter wiederum erlernt diese Bewegungsabläufe automatisch und verfeinert bzw. optimiert die Bewegungsabläufe.

Der Zeitaufwand und damit auch der Kostenaufwand für die Programmierung von Robotern werden drastisch reduziert. Neue Aufgaben können innerhalb von Minuten realisiert werden. Die Sensoren des Roboters sowie externe Sensoren erfassen während des Trainings die Eigenschaften der Umgebung. Somit kann sich der Roboter schnell und automatisch an wechselnde Situationen anpassen.

Die Zusammenarbeit

(Bildquelle: Wandelbots)

Aufgrund der umfangreichen Kenntnisse von Wandelbots im Bereich der Steuerung von Roboter-Systemen hat Infineon eine Zusammenarbeit zur Evaluierung alternativer Sensortechnologie basierend auf sogenannten 3D Time-of-Flight Kameras gestartet. Das Ziel: Eine leistungsfähigere und kostengünstigere Sensorplattform zu schaffen, die die Navigation von mobilen Roboterplattformen in veränderbaren Umgebungen mit einer minimalen Anzahl von Sensorkomponenten ermöglicht.

Erste Tests im Reinraum von Infineon on Dresden verliefen sehr vielversprechend. Durch die 3D Erfassung der Umgebung konnten Strukturen erkannt werden, die von traditionellen Scannern nicht als Hindernisse identifiziert wurden. Dazu gehören beispielsweise geöffnete Schubladen. Das Ziel: Roboter sollen sich durch die Erkennung unterschiedlicher Hindernisse sicherer in produktionsnahen Arbeitsbereichen bewegen, dabei auf einen minimalen Satz an Sensoren zurückgreifen und diese Aufgabe robust und langlebig durchführen.

Infineon und Sprachsteuerung: Kooperation mit XMOS

XMOS ist ein führender Anbieter von Sprach- und Audiolösungen für den Unterhaltungselektronikmarkt und IoT-Geräte, wie smarte digitale Assistenten. 2017 stellte Infineon gemeinsam mit XMOS eine Lösung vor, die zwischen einer sprechenden Person und einer künstlichen Schallquelle unterscheiden kann. Dabei kommen Mikrofone zur Anwesenheits- und Gestenerkennung sowie Radar- und Mikrofonsensoren von Infineon zum Einsatz.

Diese Sensoren erkennen die Position des Sprechers und seine Entfernung zu den Mikrofonen. Die Spracherfassung erfolgt über die Spracherkennungstechnologie von XMOS.

Infineon und Künstliche Intelligenz: Das Projekt Roboy

Infineon unterstützt das Forschungsprojekt Roboy. Mit dem Projekt wird die Künstliche Intelligenz in der Robotik erforscht. Dazu wird der Mensch in seinen mechanischen Skelett- und Muskelfunktionen mithilfe von Motoren, Gelenken, Drähten und Seilen nachgebildet. Das Ziel des Roboy-Projekts: Einen humanoiden Roboter zu entwickeln, der dem menschlichen Körper in Beweglichkeit, Kognition und Sensitivität möglichst nahe kommt.

(Bildquelle/ -rechte: Creative Commons Licence)

Auf diese Weise soll ein Verständnis für die Bewegungsabläufe des menschlichen Körpers entwickelt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Plattform für die Roboterentwicklung konzipiert. Diese bringt Studenten, Forscher, Unternehmen und Künstler zusammen.

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