Die nächste Revolution der Autoindustrie: Roboter lernen vom Menschen

Die Autoindustrie setzt seit mehr als einem halben Jahrhundert Roboter ein. Schweißen, Lackieren und das Bewegen schwerer Karosserieteile sind inzwischen so weit automatisiert, dass eine moderne Autofabrik ohne Industrieroboter kaum vorstellbar wäre. Dennoch arbeiten weiterhin Tausende Menschen in der Endmontage.

Der Grund dafür ist nicht sentimentaler Natur. Menschen können außergewöhnlich vielseitig mit Objekten umgehen. Sie können mit den Fingern ertasten, ob ein Steckverbinder eingerastet ist, einen Kabelbaum zwischen anderen Bauteilen finden, ihre Bewegung an ein falsch ausgerichtetes Teil anpassen und ohne Neuprogrammierung verstehen, was zu tun ist, wenn ein anders ausgestattetes Fahrzeug auf dem Produktionsband ankommt. Ein konventioneller Industrieroboter ist dagegen beeindruckend schnell und präzise – solange seine Umgebung exakt so bleibt, wie sie von einem Ingenieur einprogrammiert wurde. Autohersteller wollen diese Lücke nun verkleinern.

400.000 Roboter bedeuten nicht 400.000 verlorene Arbeitsplätze

Toyota rückte das Thema mit seiner Schätzung deutlich in den Fokus, wonach rund 400.000 Roboter nötig sein könnten, um das Produktionsnetzwerk des Unternehmens, weiterer Konzerngesellschaften und wichtiger Zulieferer zu modernisieren. Laut Reuters könnte Toyota von 2028 an jährlich rund 1 Billion ¥ beziehungsweise nach aktuellem Wechselkurs etwa 5,4 Milliarden € für Automatisierung ausgeben.

400.000 ist eine gewaltige Zahl, die jedoch richtig eingeordnet werden muss. Sie steht weder für 400.000 humanoide Roboter noch für einen Plan, ebenso viele Beschäftigte zu ersetzen. Die Zahl umfasst konventionelle Industrieroboter, neue Automatisierungslösungen und den Austausch vorhandener Anlagen. Schätzungsweise 150.000 Roboter könnten in Toyotas eigenen Werken eingesetzt werden, der Rest entfiele auf das breitere Produktionsnetzwerk. (reuters.com)

Entscheidend ist vielmehr, welche Arbeiten die nächste Robotergeneration übernehmen wird.

Die bisherige Automatisierung erfasste zunächst Aufgaben, bei denen Roboter Menschen in puncto Geschwindigkeit, Kraft und Wiederholgenauigkeit überlegen waren. Die nächste Welle zielt auf Arbeiten, bei denen Menschen den Robotern bislang durch ihre Flexibilität voraus waren.

Eine Autofabrik ist für einen Roboter ein überraschend schwieriger Ort

Das Punktschweißen einer Karosserie ist eine nahezu ideale Aufgabe für die Automatisierung. Ein Roboter nimmt stets dasselbe Werkzeug auf, bewegt sich zu einem bekannten Punkt und führt einen genau festgelegten Arbeitsschritt aus. Derselbe Zyklus wird Tausende Male wiederholt. Die Endmontage ist eine andere Welt.

Dort muss ein Roboter unterschiedlich geformte Teile greifen, weiche Materialien handhaben, Steckverbinder anschließen, Dichtungen einsetzen, Kabel verlegen und neben Menschen arbeiten. Noch komplizierter wird es dadurch, dass Fahrzeuge mit unterschiedlichen Antrieben, Ausstattungen und Innenräumen unmittelbar nacheinander über dieselbe Produktionslinie laufen können. Ein Mensch löst viele solcher Probleme beinahe unbewusst. Einem Roboter muss beigebracht werden, wie er ein Objekt erkennt, es richtig greift, die passende Kraft aufwendet und auf Situationen reagiert, die der Programmierer nicht im Detail vorhergesehen hat.

Deshalb erfordert der nächste Durchbruch mehr als nur eine bessere Roboterhand. Nötig sind maschinelles Sehen, Kraft- und Tastsensoren, künstliche Intelligenz sowie Lernsysteme, die eine Vorführung durch einen Menschen in eine Handlung des Roboters umsetzen können.

Toyota will die Hände eines Meisters digitalisieren

Toyotas ELEY zeigt anschaulich, wohin die Entwicklung geht. Der „Embodied Learning robot for Enhanced Yield“ ist ein rund 50 kg schwerer, zweiarmiger Roboter, der sich auf Rädern fortbewegt und anhand von Bewegungen lernt, die Menschen ihm vormachen.

Eine Bedienperson demonstriert dem Roboter mithilfe spezieller Steuergeräte eine Aufgabe. Das System sammelt dabei Daten und nutzt sie, um ein Modell zu trainieren, mit dem der Roboter die Aufgabe selbstständig wiederholen kann.

Toyota führte das System beim Falten von T-Shirts vor. Nach rund 1.500 Übungsdurchläufen und zwei Wochen konnte ELEY die Aufgabe nahezu fehlerfrei wiederholen. Das Falten eines Shirts allein wird die Autoproduktion nicht verändern. Die Art, wie der Roboter lernt, könnte es hingegen tun.

Bei einem herkömmlichen Industrieroboter entwickeln Ingenieure einen vollständigen automatisierten Prozess rund um einen bestimmten Arbeitsschritt. Einem lernenden Roboter könnte dagegen eine Person die Fertigkeit demonstrieren, die bereits weiß, wie die Arbeit ausgeführt wird. Das verändert den Ausgangspunkt der Automatisierung.

Das wertvollste Kapital könnte die Erfahrung der Beschäftigten sein

Toyotas Produktionsphilosophie stützt sich seit Jahrzehnten auf äußerst erfahrene Fachkräfte. Die japanische Industrie bezeichnet solche Meister als Takumi. Zum Problem wird dies, wenn über Jahrzehnte angesammeltes praktisches Wissen mit einer Fachkraft in den Ruhestand geht.

Nicht alles lässt sich in einer Arbeitsanweisung festhalten. Ein erfahrener Monteur kann mit der Hand ertasten, ob ein Bauteil richtig sitzt. Er kann am Geräusch erkennen, dass etwas nicht stimmt, oder seine Bewegung automatisch anpassen, wenn sich ein Bauteil etwas anders verhält als üblich.

Eines der größten Versprechen lernender Roboter besteht darin, einen Teil dieses impliziten Wissens in Daten umzuwandeln.

Wenn ein Roboter einen bestimmten Arbeitsschritt von Toyotas bester Fachkraft lernt, muss dem nächsten Roboter theoretisch nicht wieder alles von Grund auf beigebracht werden. Das erlernte Modell kann weiterentwickelt und geteilt werden, sodass die Fähigkeiten eines einzelnen Menschen dem gesamten Produktionsnetzwerk zugutekommen.

Das wäre eine weitaus größere Veränderung, als lediglich einen weiteren Roboterarm an einer Montagelinie zu installieren.

Warum müssen nicht alle Roboter humanoid sein?

Der aktuelle Trend in der Robotik geht zu humanoiden Systemen. Das Argument dafür ist schlüssig: Fabriken, Werkzeuge und Logistiksysteme wurden für den menschlichen Körper konzipiert. Verfügt ein Roboter über zwei Arme, zwei Beine und eine menschenähnliche Reichweite, muss die Fabrik nicht zwangsläufig um ihn herum neu aufgebaut werden.

Die menschliche Gestalt ist jedoch nicht automatisch die beste technische Lösung.

Das Gehen auf zwei Beinen benötigt Energie, eine komplexe Steuerung und ständiges Ausbalancieren. Auf einem glatten Fabrikboden kann ein Roboter auf Rädern einfacher, günstiger, stabiler und energieeffizienter sein.

Toyotas ELEY fährt auf Rädern.

Die Hyundai Motor Group verfolgt eine andere Richtung. Das zum Konzern gehörende Unternehmen Boston Dynamics entwickelt den elektrischen humanoiden Roboter Atlas. Hyundai will 2028 damit beginnen, Humanoide in seiner Produktion einzusetzen.

Atlas besitzt eine menschenähnliche Grundform, doch Boston Dynamics versucht nicht, die menschliche Anatomie exakt nachzubilden. Elektrische Gelenke ermöglichen dem Roboter Bewegungen, die für einen Menschen unmöglich oder zumindest äußerst unbequem wären.

Damit entsteht in der Autoindustrie ein interessantes Experiment. Toyota erforscht unter anderem fahrbare, lernende Manipulatoren, während Hyundai auf einen menschengroßen humanoiden Roboter setzt. Beide wollen dasselbe Problem lösen: Wie lässt sich ein vielseitig einsetzbarer Roboter in einer Umgebung nutzen, die Menschen für Menschen geschaffen haben?

Der größte Konkurrent von Robotern bleibt die konventionelle Automatisierung

Inmitten der Begeisterung für Humanoide gerät eine wichtige Frage häufig in Vergessenheit: Warum sollte man einen 100.000 € teuren Allzweckroboter einsetzen, wenn eine einfachere Spezialmaschine denselben Arbeitsschritt 20 Jahre lang ausführen kann?

Autohersteller müssen diese Frage bei jedem Automatisierungsprojekt beantworten. Führt ein Roboter millionenfach dieselbe Schweißung aus, benötigt er weder künstliche Intelligenz noch Beine oder menschenähnliche Hände. Ein spezialisierter Industrieroboter erledigt die Aufgabe wahrscheinlich schneller, günstiger und zuverlässiger. Der wirtschaftliche Vorteil eines Allzweckroboters zeigt sich erst, wenn die Aufgaben wechseln.

Kann dieselbe Maschine morgens Teile sortieren, nachmittags Komponenten einbauen und im nächsten Modelljahr eine völlig neue Aufgabe erlernen, beginnt sich ihr höherer Kaufpreis zu rechtfertigen.

Deshalb sind weder Tragkraft noch Gehgeschwindigkeit die wichtigste Kennzahl für die nächste Robotergeneration. Entscheidend ist vielmehr, wie viel Zeit benötigt wird, um ihr eine neue Aufgabe beizubringen.

China erhöht den Druck

Die Robotisierung hat zudem einen sehr konkreten wettbewerblichen Hintergrund. Die Autoindustrie muss gleichzeitig Elektrofahrzeuge, Batterietechnik, Software und neue Produktionsverfahren entwickeln. Chinesische Hersteller verkürzen die Entwicklungszyklen ihrer Modelle zunehmend, während im Preiswettbewerb die Kosten jeder einzelnen Produktionsstunde ins Gewicht fallen.

Eine konventionelle Autofabrik erfordert enorme Investitionen. Muss für ein neues Modell ein großer Teil der Produktionslinie umgebaut werden, kostet das Zeit und Geld. Eine flexible Robotisierung verspricht theoretisch, ein Werk weniger stark auf einzelne Modelle zuzuschneiden.

Ein Roboter, dem sich neue Arbeitsschritte per Software und durch Vorführungen beibringen lassen, würde es einem Hersteller ermöglichen, seine Modellpalette zu verändern, ohne die gesamte Automatisierungskette neu zu konzipieren.

Das könnte sich als weitaus wichtiger erweisen als eine direkte Senkung der Arbeitskosten.

Menschen werden nicht aus den Fabriken verschwinden – ihre Arbeit wird sich verändern

Die unfairste Beschreibung der Robotisierung wäre die Formel „Ein Roboter entspricht einem verlorenen Arbeitsplatz“. Die wirtschaftlichen Zusammenhänge in einer Autofabrik sind komplexer. Ein Roboter kann durchaus Arbeiten übernehmen, die zuvor ein Mensch ausgeführt hat. Das gilt insbesondere für repetitive, körperlich anstrengende und ergonomisch ungünstige Tätigkeiten.

Gleichzeitig benötigt eine zunehmend komplexe automatisierte Fabrik Menschen, die Roboter anlernen, überwachen, warten und reparieren. Der Bedarf an Kompetenzen in den Bereichen Automatisierung, Software, Daten und Instandhaltung wächst. Der größte Druck dürfte auf einfachen, repetitiven Tätigkeiten lasten. Je standardisierter und vorhersehbarer die Arbeit eines Menschen ist, desto leichter lässt sich ihre Automatisierung wirtschaftlich rechtfertigen.

Toyota-Vizepräsident Hiroki Nakajima beschrieb das Ziel des Unternehmens als eine Welt, in der Menschen und Roboter zusammenarbeiten, statt dass Roboter Menschen einfach ersetzen. Das ist das erklärte Ziel des Unternehmens – aber keine Garantie dafür, dass die Automatisierung den Bedarf an bestimmten Tätigkeiten künftig nicht verringern wird.

Am Ende sind 400.000 Roboter weniger bedeutsam als ein einzelner lernender Roboter

Toyotas Schätzung von 400.000 Robotern sorgt für eine eindrucksvolle Schlagzeile. Für das kommende Jahrzehnt der Autoindustrie könnte jedoch eine andere Frage weitaus wichtiger sein: Kann ein Roboter von einem Menschen eine neue Fähigkeit erlernen und sie an einen anderen Roboter weitergeben?

Bleibt die Antwort Nein, wird die Automatisierung ihren bekannten Weg fortsetzen. Roboter werden schneller und präziser, doch jeder neue Arbeitsschritt wird weiterhin kostspielige Entwicklungsarbeit erfordern.

Lautet die Antwort irgendwann Ja, wird sich das Wesen der Autofabrik verändern.

Die Produktionslinie bestünde dann nicht mehr ausschließlich aus Maschinen, die für festgelegte Aufgaben programmiert sind. Daneben würde eine Klasse von Maschinen entstehen, deren Aufgaben sich per Software verändern lassen und denen neue Fähigkeiten nach menschlichem Vorbild beigebracht werden können. Der Roboter wäre dann nicht mehr nur ein Bestandteil der Automatisierung. Er würde zu einer digitalen Fachkraft.