Autonome Inspektionsroboter leisten einen positiven Beitrag zur Laufzeit bestehender Anlagen, indem sie eine breite Datenlage zur Verfügung stellen, ohne eine zeit- und kostenintensive Aufrüstung lokaler Sensorinstallationen. Neu ist hierbei das ‚Zusammendenken‘ von Betriebsabläufen und autonomen Systemen – neben den technischen und regulatorischen Herausforderungen stellt dies eine wesentliche Anforderung dar. Nicht zu unterschätzen ist zudem die unerlässliche intrinsische Akzeptanz der Mitarbeiter, die in der Technologie einen Mehrwert für sich und das Unternehmen sehen. Die Automatisierung komplexer und individueller Tätigkeiten erfordert eine starke Verzahnung von Robotik, Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz.

Die Bedarfe der Industrie und mögliche komplementäre Potenziale des Marktes haben die Notwendigkeit eines aktuellen Blickes auf die jüngsten Entwick-lungen gezeigt. Aber wie lassen sich passende Lösungen am Markt finden? Sieht er die Potenziale ebenso oder entwickelt er sich in eine aus Sicht der Prozessindustrie komplett andere Richtung? Braucht es eine stärkere Zusammenarbeit mit der Industrie? Daher stellt sich die Frage nach der Vorgehens-weise: Stellt man unterschiedliche Lösungen in einer Entscheidungsmatrix einander gegenüber oder braucht es einen ‚Wettstreit der Roboter‘?

Roboter im Wettstreit

Die Lösung von Roboverse Reply überzeugte die Jury und errang den ersten Platz in der AIRA Challenge.

© Merck

Schon früh trafen sich Vertreter verschiedener Unternehmen der Prozessindustrie, um sich über die Notwendigkeit von robotergestützter Automatisierung auszutauschen. Zügig wurde 2020/21 angestrebt, einen öffentlichen Wettbewerb zu veranstalten.

Die Idee war, Robotern repräsentative Anwendungsfälle aus der Prozessindustrie auf der Bühne eines Wettstreits als Aufgabe zu stellen. Am Ende zählte das Votum der Jury. Inhaltliche Ziele des Wettbewerbs waren, den Stand der Technik voranzutreiben, den Markt zu motivieren, so dass er die Anforderungen der Industrie erfüllt und modulare Lösungen entstehen lässt, die jeder in Zukunft erwerben und wirtschaftlich einsetzen kann. Unter der Schirmherrschaft der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, NAMUR e.V., haben dessen Mitglieder BASF, Bayer, Boehringer Ingelheim, Merck und Wacker mit Hilfe der Firma Invite den Innovationswettbewerb ‚Advanced Industrial Robotic Applications Challenge‘ (kurz: AIRA Challenge) ausgerichtet.

Der Wettbewerb

Bühne des Wettstreits sollte im Sommer 2022 die Achema als weltweit größte Messe der Prozessindustrie für chemische Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie in Frankfurt am Main werden. In einem straffen Zeitplan hat das Organisationsgremium: Aufgabenstellungen und Bewertungskriterien ermittelt, Ausschreibungen formuliert und einen Messestand mit Team-Boxen und den eigentlichen Wettstreitparcours entwickelt. Der Wettbewerb wurde im November 2021 veröffentlicht, damit sich die Teilnehmer mit einem Vorschlag bewerben konnten. Bis zum Einsendeschluss reichten circa ein Dutzend Bewerber ihre Lösungsvorschläge ein. Nominiert hat die Jury nach Interviews und Fachgesprächen sechs Finalisten für den Wettstreit auf der Achema. Unter den Nominierten befanden sich Universitätsgruppen, Start-ups sowie etablierte Unternehmen.

Unterteilt wurde der Wettbewerb in einen konzeptionellen und einen praktischen Teil:

Konzeptionell sollte ausgearbeitet werden, wie sich die Finalisten zum einen den Einsatz ihrer Lösung in explosionsgefährdeten Bereichen und wie sie sich zum anderen die Umsetzung eines modularen Nutzlastträgerkonzepts vorstellen können.

Im praktischen Teil des Wettbewerbs sollte der Roboter vollständig autonom und fehlerfrei durch einen Parcours mit Hindernissen – Treppen und verschiedenen Bodenbelägen –navigieren. Eine der komplexesten Aufgaben war die Ausführung eines autonomen Probezugs aus einem handelsüblichen Probeentnahmeventil mittels einem auf dem Roboter montierten Manipulator. Darüber hinaus musste die Probe zu einem festgelegten Ablageort transportiert und Analogmanometerwerte aus verschiedenen Perspektiven erfasst werden.

Sechs Teams im Finale

Im praktischen Teil des Wettbewerbs musste der Roboter autonom und fehlerfrei durch einen Parcours mit Hindernissen navigieren.

© Merck

Im Finale standen sich sechs konkurrierende Teams gegenüber, wobei völlig unterschiedliche Lösungsansätze gegeneinander antraten – vom marktreifen Produkt über deren spezifische Erweiterungen bis zur kompletten Eigenentwicklung. Die Teilnehmer waren:

• Anybotics aus Zürich mit dem Laufroboter ‚Anymal‘
• Engrotec mit ‚Mobert‘, einem mobilen Manipulator auf Basis einer Omron-AMR-Plattform
• Team Hector der TU Darmstadt mit der kettengetriebenen Robotiklösung ‚Telerob‘
• Roboverse Reply mit Boston Dynamics’ ‚Spot‘ als Roboterplattform
• Team SIMA der TU Kaiserlautern mit einer selbstentwickelten Lösung
• URG/FZI mit Boston Dynamics‘ ‚Spot‘ als Roboterplattform

Der erste, mit 40.000 Euro dotierte Platz ging an das Team Roboverse Reply für seine mobile, agile sowie präzise und schnelle Lösung. Den zweiten Platz belegte das Team Anybotics und erhielt dafür 20.000 Euro. Anybotics überzeugte durch sein ausgereiftes Konzept für den Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung. Team Mobert der EngRoTec-Gruppe gewann den 3. Platz und 15.000 Euro. Mobert begeisterte durch die Präzision der Bewegungen seines Roboterarms – allerdings war Mobert gezwungen, die Treppen zu umfahren.

Team SIMA (TU Kaiserslautern) hatte seine Roboterplattform seit März von Grund auf selbst aufgebaut. So war diese Lösung in der kurzen Zeit nicht ganz ausgereift, belegte zusammen mit Team Hector und der URG/FZI den mit 10.000 Euro dotierten vierten Platz.

‚Challenge accepted, Challenge taken‘

Neben der Spannung einer Challenge kam es zwischen den organisierenden Unternehmen und den Teilnehmern zu einem nachhaltigen Austausch und viel Anregung für neue Anwendungsfälle mobiler Inspektionsroboter. Die Anfangs gestellte Frage nach der Vorgehensweise wurde beantwortet, der ‚Wettstreit der Roboter’ hat seinen Zweck als ‚Verstärker und Icebreaker‘, um die Bedarfe der einzelnen Unternehmen zu bündeln und zu adressieren, erfüllt. Die Frage, ob der Markt dieselben Potenziale wie die Prozessindustrie sieht, lässt sich unter Berücksichtigung von Details bejahen. Die Roboterhersteller und deren Integratoren haben wahrgenommen, dass Anforderungen an Modularität, EX-Schutz und Ma-schinensicherheit keine ‚Nice to have‘-Features, sondern für einen Einsatz vielmehr teils grundlegend sind.

Auch die Industrie-Community hat sich stärker vernetzt und deren Belange bis in die Interessensgemeinschaft Namur transportiert, die sich nun mit der Ausarbeitung von Anforderungen beschäftigt, mobile Inspektionsroboter in das Industrieumfeld zu integrieren. Themen wie Maschinensicherheit, IT/OT-Security und Explosionsschutz scheinen hier zunächst unüberwindbare Hürden zu sein. Auch die Einordnung in bestehende Normenstrukturen ist aus verschiedenen Gründen nicht eindeutig möglich. Aus diesem Grund hat sich ein Arbeitskreis innerhalb der NAMUR gebildet, um hier Hilfestellung zu geben.

Das Thema, vor welchen Herausforderungen Systemintegratoren und Hersteller in Europa stehen, um Inspektionsroboter operativ zu betreiben, vertieft Teil 3 dieser Artikelserie.