Cobots auf dem Vormarsch

Der Kopf eines Textilarbeiters wird zwischen Haupthebelarm und einer stationären Komponente eines Industrieroboters eingequetscht. Ein Arbeiter in einer Automobilfabrik wird beim Reinigen einer Schweißspitze an einem Roboter verletzt und erleidet eine Hüftfraktur, weil ein zweiter Roboter unerwartet hochfährt und ihm einen Schlag versetzt. Ein Angestellter einer Papierfabrik bricht sich den Rücken und kugelt sich die Schulter aus, weil er von einem zentnerschweren Mehlsack getroffen wird, der sich beim Verladen mithilfe eines Roboters gelöst hat.

Dies [1] sind nur ein paar Beispiele für von Robotern verursachte Personenunfälle, die von der beim US-Arbeitsministerium angesiedelten Arbeitsschutzbehörde (Occupational Safety and Health Administration, OSHA) erfasst werden. Insgesamt halten sich Unfallzahlen zwar durchaus in Grenzen – es gab nur 40 solcher Vorfälle seit 1987 [2] – aber schon ein einziger Unfall kann sich für die betroffenen Arbeiter, ihre Familien und den Arbeitgeber als verheerend erweisen.

Roboter lassen sich relativ sicher am Arbeitsplatz einsetzen, aber um die Betriebssicherheit solcher Lösungen zu erhöhen, geht ihr Einsatz Hand in Hand mit der Umsetzung von Arbeitsschutzmaßnahmen – und das gilt umso mehr, als immer mehr Roboter für den Einsatz am Arbeitsplatz in die Produktion integriert werden. An dieser Stelle können Cobots helfen.

Kollaborative Roboter – „Cobots“ – wurden in den frühen 1990er Jahren erstmals in der Automobilindustrie eingeführt, um dem beunruhigenden Trend entgegenzuwirken, dass in der Produktion immer mehr Arbeitszeit verlorenging, weil repetitive Bewegungen wie das Anheben schwerer Lasten ohne angemessene Unterstützung zu unerträglichen Schmerzen bei vielen Arbeitern führten. Aktuellen  Schätzungen zufolge verursacht jenes  Drittel von Fehltagen,  das auf Erkrankungen des Bewegungsapparates und auf psychische Probleme zurückgeht, Produktionsausfälle in Höhe von 20 Mrd. EUR [3].

Als der Ruf der Industrie nach mehr Ergonomie am Arbeitsplatz lauter wurde, führte General Motors (GM) Roboter ein, die Hand in Hand mit Menschen arbeiten, wobei jede Seite das beiträgt, was sie am besten kann. Das Ergebnis waren Roboter, die zwar eine bestimmte Last ohne fremde Hilfe tragen konnten, aber auf die Angabe der Bewegungsrichtung durch den menschlichen Arbeiter angewiesen waren, um die Ladung von Ort zu Ort zu bewegen. Der Cobot war geboren – 1999 wurde er patentiert.

Seitdem steigt die Zahl der an Arbeitsplätzen eingesetzten Cobots kontinuierlich an, vornehmlich in der Automobil- und der Elektronikbranche, aber immer stärker auch in den Biowissenschaften, der Logistik, in Chemie- und Pharmabetrieben, der Lebensmittelindustrie und anderen Bereichen – und sogar im Bereich der militärischen Anwendungen, etwa auf der Internationalen Raumstation oder auch bei der Bombenräumung in Kriegsgebieten.

„Für die Industrie sind Cobots vor allem dann interessant, wenn sie sowohl sicher als auch smart sind“, sagt Thomas Berning, Senior Risk Consultant der AGCS im Bereich ARC Liability in Mittel- und Osteuropa. „Sicherheits- und Ergonomielösungen überzeugen die Investoren nicht, wenn sie nur Kosten verursachen und keinen Nutzen bringen. Der Nutzen besteht in der Vermeidung von Kosten. Mithilfe von intelligenter Technologie können Cobots mehr Flexibilität bieten als die menschlichen Angestellten. Darüber hinaus können die Maschinen uneingeschränkt, täglich und rund um die Uhr eingesetzt werden, um die verschiedenen Aufgaben zu erledigen, für die sie programmiert wurden. Aber Cobots brauchen Menschen, die mit ihnen zusammenarbeiten.“

Hauptsächlich werden Cobots in drei allgemeinen Aufgabengebieten eingesetzt: Aufnahme, Transport und Absetzen von Gegenständen, fördertechnische Anwendungen sowie Montage. Diese Bereiche werden in den nächsten fünf Jahren 75 % des mit Cobots generierten Gesamtumsatzes ausmachen. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) treiben das globale Wachstum auf einem Markt weiter voran, dessen Volumen noch 2017 unter 400 Mio. USD lag, bevor es sich 2018 um mehr als 60 % auf fast 600 Mio. USD erhöhte. Bis 2025 dürfte es 7,5 Mrd. USD oder mehr erreichen [4] – und dann wird es sich laut Schätzungen auch bei fast 35 % aller Industrieroboter auf dem Markt um Cobots handeln [5].

Um den zunehmenden Einsatz von Cobots zu illustrieren, verweist Berning auf das Beispiel der konventionellen Schweißroboter, die nur schweißen können und von denen mehrere notwendig sind, um alle Schweißarbeiten zu erledigen, die in der Automobilindustrie anfallen. Je nach Arbeitsaufwand würde hierfür jedoch ein einziger Cobot genügen – eine erhebliche Kosteneinsparung.

Wenn die Branche im kommenden Jahr über 40.000 neue Cobots in Betrieb nimmt, wird der Gesamtumsatz am Markt voraussichtlich auf 1 Mrd. USD steigen [6]. Europa – vor allem Deutschland, das Vereinigte Königreich und Frankreich – hat den größten Marktanteil inne, gefolgt von Nordamerika. Der asiatisch-pazifische Raum ist nicht so schnell gewachsen, dort dürfte man aber in den kommenden Jahren angesichts der wachsenden Nachfrage nach Automatisierung in China, Japan und Indien das größte Wachstum verzeichnen. „Wenn man von Japan absieht, sind Roboter und andere industrielle Prozesse in Asien spät angekommen, aber jetzt sind sie da“, fügt Berning hinzu.

Wachsen wird der Markt vornehmlich durch die steigende Nachfrage nach Cobots für leichte bis mittelschwere Aufgaben mit Ladekapazitäten von 5 bis 10 kg. Diese Leichtbau-Cobots lassen sich einfach in Betrieb nehmen, außerdem sind sie sicher, überaus anpassungsfähig, relativ kostengünstig (durchschnittlich 24.000 USD pro Gerät) und leicht zu installieren. Dank dieser Merkmale können solche Lösungen den KMU helfen, am Markt mit größeren Herstellern mithalten zu können [7].

Cobots müssen nicht in Sicherheitskäfigen betrieben werden, um den Menschen zu schützen; vielmehr können sie mit ihm quasi Hand in Hand zusammenarbeiten. Sie können Hindernisse erkennen und ihre Geschwindigkeit anpassen oder zurückweichen, um zu vermeiden, dass sie mit Personen oder anderen Hindernissen kollidieren.

„Roboterbedingte schwere Industrieunfälle sind in den letzten Jahrzehnten weltweit zwar aufgetreten, aber die Zahl war selbst in den Ländern mit der höchsten Roboterquote pro Kopf wie Deutschland oder den USA eher gering“, sagt Lauxmann. „Und diese Zahl ist sogar noch niedriger, wenn es um Unfälle im Zusammenhang mit Cobots geht. Diese sind zwar sehr selten, passieren aber auch, zum Beispiel als 2016 ein umherfahrender Sicherheits-Cobot in einem kalifornischen Einkaufszentrum mit einem Kleinkind kollidierte, es zu Boden warf und über seinen Fuß fuhr.“ Es gibt keine Standardvorschriften für Cobots. Die Sicherheitsstandards, -grundsätze und Mindestvorgaben (z. B. in Form von Arbeitsschutzgesetzen) der verschiedenen Länder unterscheiden sich. Hersteller und Anwender von Cobots bemühen sich jedoch um die Einhaltung der jeweiligen rechtlichen Rahmenbedingungen und Normen, um eine Genehmigung für ihre Markteinführungen zu erhalten.

So unterstützt laut Lauxmann der deutsche Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) die Umsetzung der technischen Standards der Bundesregierung mithilfe von vier Sicherheitsgrundsätzen für den Einsatz von Cobots, die mit Menschen zusammenarbeiten:

1. Manuelle Führung: Cobot-Bewegungen werden durch Mitarbeiter mit geeigneter Ausrüstung aktiv kontrolliert
2. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Berührungen zwischen Arbeitnehmer und sich bewegendem Cobot werden von diesem verhindert
3. Kontrollierter Stillstand aus Sicherheitsgründen: Der Cobot „erstarrt“, wenn der Arbeitnehmer in das unmittelbare Umfeld der Maschine eindringt
4. Kraft- und Leistungsbegrenzung: Die beim Kontakt zwischen Mitarbeiter und Cobot wirkenden Kräfte werden technisch auf ein sicheres Niveau begrenzt

Was andere Länder betrifft, bedürfen die Richtlinien der Internationalen Organisation für Normung (ISO), die seit 2011 Roboter- und Cobotanwendungen regeln, angesichts der sich schnell verändernden neuen Robotertechnologien einer Erweiterung. An einer Aktualisierung der Standards wird derzeit gearbeitet, damit sie zukünftig auch kollaborative Lösungen berücksichtigen.

Es gibt verschiedene weitere Faktoren, die bei der sicheren industrielle Anwendung von Cobots eine Rolle spielen: Die Datennetze müssen stabil sein, um Probleme im Zusammenhang mit der Integration neuer Systeme zu vermeiden, und es muss eine stabile Energiezufuhr gewährleistet sein, damit es nicht zu technischen Schwierigkeiten kommt, die Ausfallzeiten verursachen. Wichtig ist auch die Gewährleistung der Datensicherheit, um zu vermeiden, dass zu viele Mitarbeiter Zugriff auf geschützte Informationen über die Produktion haben, und um sich gegen Cyberangriffe zu schützen – denn Sicherheitslücken aufgrund von Standardeinstellungen, Authentisierungsmechanismen und Open-Source-Komponenten machen es Hackern unter Umständen leicht, die Steuerung der Industrie-Cobots zu übernehmen [8]. Neben solchen Szenarien kann auch das Problem eines Produktrückrufs auftreten, denn Cobots spielen eine wichtige Rolle bei der Produktqualität und eine Funktionsstörung oder ein Programmierungsfehler kann hier zu Schwankungen führen und das Produkthaftungsrisiko erhöhen.

„Wo Cobots und Menschen sich denselben Arbeitsbereich teilen und eng zusammenarbeiten“, sagt Lauxmann, „werden Sicherheitsvorkehrungen überflüssig, die beim Betrieb von herkömmlichen Robotern unerlässlich sind wie etwa Schutzzäune, Abstandszonen und physische Barrieren. Das ist ein großer Vorteil für Cobots.“

Trotzdem seien Cobots in einem Produktionssystem keine isolierten Komponenten, sondern ein Teil des Ganzen, und damit auch Teil des allgemeinen Risikobewertungsprozesses, dem die Unternehmen folgen müssen.

Letztlich sollte jedes Unternehmen, das diese Technologie einsetzt, eine gründliche Risikobewertung des gesamten Systems vornehmen – inklusive Anwendung, Werkzeugzeugausstattung, Steuerungsmechanismen, Peripheriegeräte und der Roboter selbst, ganz zu schweigen von Arbeitsbereich und Mitarbeiter. Je nach vor Ort geltendem rechtlichem Rahmen bieten verschiedene Versicherungsprodukte eine Deckung für Unfälle, die mit Cobots zusammenhängen oder durch sie verursacht werden.

Allgemeine Haftpflichtversicherungen für Liegenschaften und Betrieb decken durch einen Cobot verursachte Personenschäden Dritter ab, während bei Schädigung oder Tod eines Arbeitnehmers Arbeitsunfall- und Arbeitgeberhaftpflichtversicherungen greifen können. Was die Produkthaftung oder Rückrufaktionen betrifft, würden entsprechende Versicherungen die Integrität der von den Unternehmen hergestellten Cobots (unabhängig davon, ob Cobots auch eingesetzt werden) ebenso abdecken wie die von den Cobots hergestellten Produkte.

„Die AGCS sieht derzeit keine Notwendigkeit, ein separates Haftpflichtversicherungsprodukt ausschließlich für Cobots zu entwickeln“, sagt Lauxmann. Doch die Zahl der Cobots, die bei industriellen Produktionsprozessen, Dienstleistungen und anderen Tätigkeiten eingesetzt werden, wird definitiv weiter steigen und Versicherungen werden weiterhin eine Rolle bei der Risikominderung spielen, fügt er hinzu.

Die nächste Entwicklungsstufe der Cobots werden kognitive Roboter sein, die selbst in komplexen Umgebungen mit unvorhersehbaren Situationen umgehen können und mit einer breiten Palette von Sensoren ausgestattet sind, sodass sie ihre Umgebung wahrnehmen können. Diese Maschinen werden auch in der Lage sein, ihr Verhalten durch Lernen zu optimieren.