Roboterintegration bedeutet, aus einem Roboter einen funktionierenden Teil des Betriebs zu machen. Ein Roboterarm, der gerade aus der Kiste kommt, kann sich präzise bewegen, und das ist alles. Um nützliche Arbeit zu leisten, braucht er einen Greifer oder ein Werkzeug, eine Teilebereitstellung, ein Sicherheitskonzept, ein Programm und eine Verbindung zu den Maschinen und Systemen um ihn herum: zur SPS, die die Linie steuert, zu den Sensoren, die den Prozess überwachen, und zur Software, die Instandhaltung und Produktion plant.

Die meisten Beiträge zur Roboterintegration konzentrieren sich auf die mechanische Zelle. Dieser Artikel behandelt sie kurz und widmet sich dann ausführlicher dem Teil, der entscheidet, ob Roboter und Anlage dasselbe Bild haben: den Daten- und Befehlsverbindungen zwischen beiden, ihren Kosten und der Frage, wie man sie testet, bevor sie echte Anlagen steuern.

Kurz erklärt

  • Roboterintegration hat eine mechanische und sicherheitstechnische Seite (Werkzeuge, Vorrichtungen, Schutzeinrichtungen) und eine Daten- und Befehlsseite (SPS-Signale, Anlagendaten, Instandhaltungssysteme).
  • Innerhalb der Zelle stimmen sich Robotersteuerung und SPS über einen Handshake aus Signalen wie Bereit, Start, Programmnummer, Fertig und Störung ab.
  • Über die Zelle hinaus können Status- und Störungsdaten des Roboters Alarme und das Enterprise Asset Management speisen, sodass die Instandhaltung nach der tatsächlichen Nutzung geplant wird.
  • Der Roboterarm macht oft nur den kleineren Teil der Gesamtkosten einer Roboterzelle aus, und vernetzte Szenarien sollten getestet werden, bevor sie auf Anlagen einwirken.

Wie funktioniert die Roboterintegration in der Industrie?

Die Integration von Industrierobotern durchläuft meist dieselben Phasen, ganz gleich, um welche Anwendung es geht.

  1. Konzept und Simulation. Der Integrator prüft Reichweite, Taktzeit und Layout, oft in einer Simulationssoftware, bevor irgendetwas bestellt wird.
  2. Mechanische Konstruktion. Werkzeuge am Roboterarm wie Greifer oder Schweißbrenner, Vorrichtungen, die Teile in einer definierten Position halten, Förderbänder und Schutzeinrichtungen.
  3. Elektrik und Steuerung. Verkabelung, eine SPS oder die eigene Logik der Robotersteuerung, Sensoren, die bestätigen, dass Teile vorhanden sind, und die Kommunikation zwischen Roboter und Linie.
  4. Sicherheit. Eine Risikobeurteilung, dann Schutzzäune, verriegelte Türen, Lichtvorhänge oder Sicherheitslaserscanner und eine Sicherheitssteuerung, die den Roboter stoppt, wenn jemand die Zelle betritt.
  5. Programmierung und Inbetriebnahme. Roboterbahnen, Fehlerbehandlung, Tests in der Werkstatt des Integrators und anschließend vor Ort sowie die Schulung der Bediener.

Die Daten- und Befehlsseite beginnt in Phase 3, reicht aber weiter. Innerhalb der Zelle tauscht die Robotersteuerung Signale mit einer SPS aus, über digitale Ein- und Ausgänge oder ein Industrienetzwerk wie PROFINET oder EtherNet/IP. Oberhalb der Zelle wollen Werke Roboterdaten zunehmend am selben Ort haben wie alles andere: Zykluszahlen, Störungen, Energieverbrauch und den Zustand der Anlagen, die den Roboter versorgen, etwa Druckluft, Kühlschmierstoff und Förderbänder.

Diese übergeordneten Daten laufen meist über OPC UA, Modbus oder MQTT. Viele Robotersteuerungen bieten einen OPC-UA-Server oder eine Modbus-Schnittstelle, teils als kostenpflichtige Option, und Edge-Gateways können diese für werksweite oder Cloud-Systeme in MQTT übersetzen.

Eine kleine Entscheidung an dieser Stelle erspart später viel Ärger: die Benennung. Kommt die dritte Roboterzelle von einem anderen Integrator, heißen ihre Signale anders, es sei denn, jemand hat sich auf ein Schema geeinigt, etwa Kennungen für Linie, Zelle und Roboter plus einen festen Satz an Statusnamen. Werke, die das vor der Inbetriebnahme der ersten Zelle festhalten, können Zellen vergleichen, ein Dashboard pro Linie aufbauen und Regeln wiederverwenden, statt das Vokabular jeder Zelle von Hand zu übersetzen.

Wie bindet man einen Roboter an die SPS an?

Die SPS steuert meist die Linie, und der Roboter ist eine ihrer Stationen. Beide stimmen sich über einen einfachen Handshake ab, der bei einem Roboter zur Maschinenbeschickung so aussieht:

  1. Die Robotersteuerung meldet Bereit: eingeschaltet, im Automatikbetrieb, keine Störungen, in der Grundstellung.
  2. Die SPS bestätigt, dass ein Teil bereitliegt, setzt eine Programmnummer (zum Beispiel Programm 3 für eine bestimmte Teilevariante) und setzt Start.
  3. Der Roboter quittiert, führt das Programm aus und meldet Läuft, solange er sich bewegt.
  4. Ist er fertig, meldet der Roboter Fertig und fährt in die Grundstellung zurück. Die SPS nimmt Start zurück und fährt das nächste Teil ein.
  5. Geht etwas schief, meldet der Roboter Störung mit einem Fehlercode, und die SPS hält den Linienabschnitt an und zeigt dem Bediener, was passiert ist.

Dasselbe Muster gilt über einen Feldbus, nur werden die Signale dort zu Bits und Ganzzahlen in einem Datenaustausch statt zu einzelnen Leitungen. Entscheidend sind dabei drei Designfragen: wer der Master ist, wie Störungen behoben werden, ohne dass jemand die Zelle betreten muss, und was passiert, wenn die Kommunikation abbricht, denn ein Roboter, der mit einem veralteten Startsignal weiterläuft, ist eine echte Gefahr.

Diese Signale sind auch die nützlichsten Daten, die man über die Zelle hinaus teilen kann. Bereit, Läuft, Fertig und Störung, dazu der Fehlercode und ein Zykluszähler, zeigen Ihnen, ob der Roboter produziert, wartet oder steht, ohne dass Sie sein Programm anfassen müssen.

Kilo ist ein Ort, an dem Sie diese Signale mit dem Rest der Linie zusammenführen können. Sie lesen die Signale der Zelle über ein MQTT-Edge-Gateway aus, das Modbus oder OPC UA übersetzt, und daneben einen Drucksensor an der Druckluftversorgung. So sieht eine einzige Regel beides und kann die Instandhaltung alarmieren, wenn der Roboter eine Störung meldet, während der Luftdruck niedrig ist. Bevor diese Regel live geht, gehen Sie sie im Debugger mit Testwerten Schritt für Schritt durch. Wenn Sie planen, welche Roboterzellen und Liniensensoren in Ihrem Werk eine gemeinsame Ansicht teilen sollen, gehen Sie von den Signalen aus, die jede Zelle bereits bereitstellt, und von den Versorgungsmedien, die sie speisen – derselben Mischung von Anlagen, die IoT für die Fertigung zusammenbringt.

Wie bindet man Roboter an ein EAM-System an?

EAM-Software (Enterprise Asset Management) wie die Instandhaltungsmodule von SAP oder IBM Maximo führt den Datensatz jeder Anlage in einem Werk: was sie ist, wo sie steht, ihren Wartungsplan und ihre Historie an Arbeitsaufträgen. Die EAM-Integration verbindet den Roboter mit diesem Datensatz, sodass sich die Instandhaltung danach richtet, wie der Roboter tatsächlich genutzt wird.

Es gibt zwei gängige Richtungen. Die erste schickt Nutzungsdaten vom Roboter ans EAM: Betriebsstunden, Zykluszahlen und Fehlercodes. Roboterhersteller geben Wartungsintervalle für Getriebe, Kabel und Schmierung vor, oft nach Betriebsstunden. Mit echten Zählerständen lässt sich die Wartung also nach der tatsächlichen Nutzung planen statt nach dem Kalender. Fehlercodes können automatisch einen Arbeitsauftrag eröffnen, mit der ID des Roboters und dem Fehler im Anhang.

Die zweite nutzt Roboter als Datensammler für andere Anlagen. Inspektionsroboter, die auf ihren Rundgängen Manometer ablesen oder Wärmebilder aufnehmen, können ihre Befunde dem Anlagendatensatz der Pumpe oder des Motors zuordnen, den sie geprüft haben.

Der Auslöser für einen Arbeitsauftrag braucht etwas Sorgfalt. Roboter melden viele kurze Störungen, die sich von selbst zurücksetzen, etwa wenn ein Teil beim ersten Versuch nicht gefunden wird, und jede davon ans EAM-System zu schicken, überschwemmt die Planer mit Rauschen. Ein bewährtes Muster ist, einen Arbeitsauftrag nur für Störungen zu eröffnen, die sich innerhalb eines Zeitfensters wiederholen, länger als eine festgelegte Dauer anstehen oder auf einer Liste von Codes stehen, auf die sich das Instandhaltungsteam geeinigt hat.

In beiden Richtungen läuft die Integration normalerweise über eine Middleware statt über eine direkte Verbindung zwischen Roboter und EAM. Eine Komponente dazwischen muss die Daten sammeln, normalisieren, entscheiden, was einen Grenzwert überschreitet, und die API des EAM-Systems aufrufen.

Außerhalb der Fabrik gilt dieselbe Aufteilung. Im Einzelhandel, etwa bei Regalscan-Robotern, die Bestände und Preise prüfen, lautet die wichtigste Frage bei der Anbindung an die Filialsysteme, wie ihre Befunde in die Warenwirtschaft und die Aufgabensysteme der Filiale gelangen, damit tatsächlich jemand das leere Regal auffüllt.

Was kostet eine Roboterintegration insgesamt?

Integratoren und Branchenquellen beziffern den Anteil des Roboters selbst an den Kosten einer fertigen Roboterzelle üblicherweise auf ein Viertel bis 40 %, je nach Anwendung. Der Rest fließt in Werkzeuge, Vorrichtungen, Schutzeinrichtungen, Steuerungstechnik, Engineering und Inbetriebnahme.

Für eine einzelne Zelle zur Maschinenbeschickung könnte das Budget so aussehen (Beispielzahlen):

Posten Beispielkosten
Roboterarm und Steuerung 40.000 €
Greifer und Werkzeuge 12.000 €
Vorrichtungen, Teilebereitstellung, Förderband 20.000 €
Schutzeinrichtungen und Sicherheitskomponenten 15.000 €
Elektrik, SPS und Programmierung 25.000 €
Installation, Inbetriebnahme, Schulung 18.000 €
Summe 130.000 €

In diesem Beispiel macht der Roboter etwa 31 % der Summe aus. Zu den Gesamtkosten einer Roboterintegration gehört auch, was nach der Inbetriebnahme kommt: Wartung, Ersatzteile, Programmänderungen für neue Teile und Produktionsausfälle, solange die Zelle eingefahren wird.

Die meisten Unternehmen messen die Zelle an dem, was sie ersetzt: meist Personal über mehrere Schichten, Ausschuss und Nacharbeit sowie den Durchsatz, den ein manueller Arbeitsplatz nicht erreicht. Dieser Vergleich hängt stark von der Auslastung ab. Eine Zelle im Dreischichtbetrieb amortisiert sich viel schneller als dieselbe Zelle im Einschichtbetrieb, und deshalb ist die Verbindung zwischen Roboter und Produktionsdaten für die Wirtschaftlichkeitsrechnung genauso wichtig wie für die Instandhaltung.

Die Daten- und Befehlsverbindungen haben einen eigenen, kleineren Posten: ein Edge-Gateway pro Zelle oder Bereich, einige Tage Engineering für das Signal-Mapping und ein Plattform-Abonnement. Hardware und Software werden getrennt gekauft; bei Kilo beginnen die Plattformtarife kostenlos für fünf Geräte und ab 25 € im Monat für 25 Geräte.

Wie testet man eine Roboterintegration?

Die Inbetriebnahme testet die Zelle: Greift der Roboter das Teil, funktioniert der Sicherheitshalt, wird die Taktzeit erreicht? Integrationen, die über die Zelle hinausreichen, brauchen eigene Tests, weil sie Anlagen verschiedener Hersteller über verschiedene Protokolle verbinden.

Getestet wird das Szenario von Ende zu Ende. Ein Druckluftsensor an der Linie meldet einen Druckabfall unter den Wert, den der pneumatische Greifer des Roboters braucht. Eine Regel löst einen Alarm für die Instandhaltung aus und weist die Zelle, falls ihr Integrator einen solchen Befehl bereitstellt, an, nach dem aktuellen Zyklus anzuhalten, statt ein Teil mitten in der Bewegung fallen zu lassen. Diese Kette ist leicht beschrieben und in den Details leicht falsch umgesetzt: der falsche Grenzwert, eine fehlende Bedingung, ein Befehl an die falsche Zelle.

Ein brauchbarer Testplan deckt mehr ab als den erwarteten Fall. Prüfen Sie den Fall, dass der Wert genau auf dem Grenzwert liegt, den Fall, dass die Zelle bereits steht, wenn der Druck abfällt, und den Fall, dass sich zwei Zellen eine Luftversorgung teilen, sodass ein einziger Druckabfall beide erreichen muss.

Häufige Fragen zur Roboterintegration

Wie lange dauert eine Roboterintegration?

Eine klar definierte Einzelzelle braucht von der Bestellung bis zur Produktion oft einige Monate, länger, wenn eigene Werkzeuge oder eine eigene Teilehandhabung entwickelt werden müssen. Zum Zeitplan gehören meist eine Werksabnahme in der Werkstatt des Integrators und eine Abnahme vor Ort nach der Installation, und die Anbindung der Zelle an die Werkssysteme geht schneller, wenn sie von Anfang an eingeplant ist.

Wer ist bei der Roboterintegration für die Sicherheit verantwortlich?

Wer die komplette Zelle in Betrieb nimmt, trägt die Verantwortung für die gesamte Maschine, meist der Integrator oder das Werk selbst. Die ISO 10218-2 regelt die Sicherheitsanforderungen an Robotersysteme und ihre Integration, und in der EU braucht die fertige Zelle nach dem Maschinenrecht eine Konformitätsbewertung und eine CE-Kennzeichnung; dabei löst ab Januar 2027 die Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 die Maschinenrichtlinie ab.

Kann man eine Roboterintegration selbst durchführen?

Ja, viele Hersteller mit erfahrenen Steuerungstechnikern integrieren einfachere Zellen selbst, besonders bei Wiederholprojekten. Am häufigsten an Spezialisten vergeben werden das Sicherheitskonzept und seine Validierung, komplexe Werkzeuge sowie die erste Zelle eines neuen Typs, bei der ein Fehler im Layout oder bei den Schutzeinrichtungen später teuer zu beheben ist.

Die Signale Bereit, Läuft, Fertig und Störung einer einzelnen Zelle, dazu ihr Zykluszähler, reichen aus, um einen Roboter sichtbar zu machen, ohne sein Programm anzufassen. Ein Modbus-zu-MQTT-Gateway liest sie aus, und falls Sie diese Hardware brauchen, führt Kilo Electronics Modbus-Geräte für diesen Zweck. Stellen Sie die Zykluszahl pro Schicht in einem Dashboard dar und ergänzen Sie eine Regel, die die Instandhaltung nur dann alarmiert, wenn das Störungssignal länger als zehn Minuten ansteht; das filtert die kurzen Störungen heraus, die sich von selbst zurücksetzen. Die Zelle zählt als ein einziges Gerät, sodass der gesamte Aufbau im kostenlosen Tarif von Kilo läuft.