Wie wichtig Robotik ist, um Elektrofahrzeuge erschwinglicher zu machen

By | December 19, 2023

Elektrofahrzeuge sind unbestreitbar teurer als ihre Gegenstücke mit fossilen Brennstoffen. Die Lücke wird sich verringern, da die Preise für Komponenten, insbesondere Batterien, sinken. Aber ein weiterer Faktor könnte dazu beitragen, die Kosten der gesamten Fahrzeugherstellung, insbesondere von Elektrofahrzeugen, zu senken – fortschrittliche Robotik. Der schwedisch-schweizerische Marktführer ABB führte mich durch sein Automatisierungszentrum in Friedberg, Deutschland, um zu erklären, wie seine neueste Technologie einige der Herausforderungen des Übergangs zu Elektrofahrzeugen bewältigen kann.

„Der Treiber des Übergangs zu Elektrofahrzeugen ist Nachhaltigkeit“, sagt Jörg Reger, Generaldirektor der Global Business Line Automotive Robotics, ABB. „Die Nachfrage in der Gesellschaft ist groß und viele Länder haben Verbote für 2030 oder 2035 sowie Anreizprogramme eingeführt. Es gibt keinen Weg zurück. Welle E wird kommen, wie es bereits in China geschehen ist, wo BYD, NIO und Great Wall Motors Millionen investiert haben. Dann ist da natürlich Tesla, der Pionier. Foxconn spricht über die Produktion von Autos. Es ist eine dramatische Veränderung der Landschaft.“

Globale Herausforderungen beim Übergang zu Elektrofahrzeugen

Obwohl es sich bei Elektrofahrzeugen immer noch um Autos handelt, unterscheidet sich ihre Konstruktion im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor so sehr, dass sie erhebliche Änderungen in den Herstellungsprozessen erfordern. Traditionelle Hersteller müssen neue Fabriken für die Produktion von Elektrofahrzeugen errichten, wie es Volkswagen in Zwickau getan hat, oder bestehende Produktionslinien erheblich verändern, wie es Skoda in Mlada Boleslav getan hat. Die Verkaufsmengen sind immer noch sehr unvorhersehbar, was die damit verbundenen Risiken noch verstärkt. Herkömmliche Hersteller bieten immer noch ein relativ begrenztes Angebot an Elektrofahrzeugen an, da die Aufnahme dieser Fahrzeuge in ihr Angebot die Auswahl der zu produzierenden Varianten noch komplizierter macht. Darüber hinaus veranlasst der geopolitische Kontext Unternehmen dazu, ihre globalen Lieferketten hin zu einem stärker regionalen Ansatz zu überdenken. Dies geht einher mit der Notwendigkeit einer größeren Transparenz in der Lieferkette, beispielsweise aufgrund der EU-Ursprungsregeln und ähnlicher Gesetze in den USA. Volvo hat digitale Tools entwickelt, die dabei helfen sollen, und auch die Unterstützung des Catena-X-Projekts durch BMW bringt potenzielle Vorteile in diesem Bereich mit sich.

Einige dieser Probleme können durch einen fortschrittlicheren Einsatz von Robotik gemildert werden, was eine größere Produktionsflexibilität ermöglichen kann. Dazu gehören „Cobots“, die es menschlichen Arbeitern ermöglichen, mithilfe von Assistenten und Prozesslerntechniken einfacher mit Robotern zusammenzuarbeiten. Arbeiter können dem Roboter zeigen, was er tun soll, indem sie eine Aktion aufzeichnen, die er dann wiederholt. Der Roboter kann langweilige, sich wiederholende Aufgaben lernen, sodass Menschen sie nicht ausführen müssen. Der Roboter pausiert außerdem automatisch, wenn sich ein Mensch in der Nähe befindet. Eine weitere Innovation sind Vision AI-fähige autonome mobile Roboter (AMRs) oder VSLAMs. Sie können ihre Effizienz verbessern, indem sie ihre Umgebung kennen lernen und sich in komplexen, dynamischen Umgebungen sowohl drinnen als auch draußen zurechtfinden. Diese AMRs können den Transport von Teilen in einer Fabrik zwischen Produktionszellen erleichtern. ABB hat mir bei meinem Besuch in Friedberg all diese Technologien im Einsatz gezeigt.

„Wir setzen auf ein flexibles Automatisierungskonzept“, sagt Reger. „In diesem Jahr haben wir eine völlig neue Roboterplattform mit 22 Varianten auf den Markt gebracht. Mittlerweile verfügen wir über ein breites Spektrum von 120 kg Nutzlast bis fast 350 kg, mit modularem Konzept. Mit unseren AMRs können wir das Lager automatisieren und näher an die Produktion heranbringen. Wir können standardisierte Produktionszellen erstellen. Sie können ein über AMR eintreffendes Teil scannen und die Aktivitäten der Roboter entsprechend anpassen. Die Linien werden anpassungsfähig.“

Bewältigung der Herausforderungen bei Elektrofahrzeugen mit Robotik

Bisher hat ABB bei einem großen Automobilkunden Roboter nach diesem Prinzip installiert, wobei Reger nicht verriet, um welches Unternehmen es sich dabei handelte. „Wir stehen kurz davor, das System auch in Batteriekästen und Montagelinien zu implementieren“, sagt Reger. „Wir nutzen AMR für den Transport vom Lager zu Linien mit hochstandardisierten Zellen, die verschiedene Arten von Verpackungen produzieren können.“

Diese Flexibilität kann es einer Fabrik ermöglichen, eine größere Auswahl an Fahrzeugen auf derselben Linie zu produzieren und sogar dynamisch auf die Nachfrage der Käufer zu reagieren. Da potenziell bis zu sechs verschiedene Antriebsstränge verfügbar sind – MHEV, PHEV, FCEV, Benzin/Benzin, Diesel und BEV – kann ein einzelnes Fahrzeugmodell viele Versionen haben, nicht nur einige alternative Motorgrößen. Allerdings beginnen auch die Hersteller zu erkennen, dass sie ihre Prozesse vereinfachen müssen. Tesla war in dieser Hinsicht führend mit seinem Giga-Casting-/Mega-Casting-System, das darauf abzielt, die Karosserie auf drei bis vier Abschnitte zu reduzieren, während bei der herkömmlichen Fertigung möglicherweise Hunderte erforderlich wären.

Der Druck zur Automatisierung und Vereinfachung wird auch durch die Regionalisierung sowie die Notwendigkeit, Ihre Produkte von anderen Marken abzuheben, verstärkt. Unternehmen verlagern die Fertigung von Komponenten, die zuvor von Dritten eingekauft wurden, in Eigenregie, beispielsweise baut Ford seine eigenen Motoren. Die Eigenfertigung kann ein einzigartiges Produkt liefern und bei ausreichender Stückzahl auch die Kosten senken, indem die Preisaufschläge bei Drittanbietern vermieden werden. Niedrige Gewinnspannen haben die Umstellung auf Elektrofahrzeuge für traditionelle Hersteller erschwert, sodass jede Möglichkeit, diese Situation zu verbessern, erhebliche Auswirkungen auf die Preisgestaltung haben könnte.

„Der Aufbau einer Linie, die alle Arten von Autos herstellen kann, ist für das Überleben traditioneller Automobilhersteller von entscheidender Bedeutung“, sagt Reger. „Für neue Spieler ist es einfacher, weil sie nur Elektrofahrzeuge herstellen. Aber ein Unternehmen wie Volkswagen hat weltweit viele verschiedene Marken. Sie müssen ihr Mobilitätsangebot schnell ausbauen, aber ihr Geschäft mit Verbrennungsmotoren aufrechterhalten, denn dort liegt nach wie vor der größte Gewinn. Für diese Unternehmen ist es eine Herausforderung, dies auszugleichen. Produktionsmobilität neben Verbrennungsmotoren ist besser, denn wenn man eine Fabrik komplett auf Mobilität umstellt und die Nachfrage sinkt, hat man ein Problem.“

Die Gefahr, zu viele Modelle zu haben, erklärt zum Teil, warum traditionelle Hersteller sich bei ihrem Einstieg in den Markt für Elektrofahrzeuge, insbesondere SUVs, auf einige wichtige Fahrzeugsegmente beschränkt haben. Führende Hersteller wie Stellantis haben außerdem die Auswahl an Ausstattungen und Optionen für ihre Fahrzeuge vereinfacht, um die Produktionskomplexität zu verringern. Obwohl ein Elektroauto viele Komponenten mit einem ICE-Auto gemeinsam hat, gibt es auch viele verschiedene Teile – die Zellen, Batteriepakete und -träger, den Wechselrichter, die Motorkomponenten. Dadurch ändert sich auch das Fahrgestelldesign, das sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für Verbrennungsmotoren neu konfiguriert oder für Elektrofahrzeuge anstelle von Verbrennungsmotoren optimiert werden muss, was typischerweise eine „Skateboard“-Konfiguration mit den Batterien unter dem Fahrgastboden beinhaltet.

Weniger Abfall und Umweltverschmutzung mit PixelPaint

„Wenn wir uns wirklich für Mega-Casting einsetzen, werden wir die Automatisierung ganz anders angehen“, sagt Reger. „Es wird eine dramatische Veränderung in der Werkstatt und dann in der Malerei geben. Dies ist immer noch einer der Bereiche mit dem höchsten Energieverbrauch bei der Herstellung eines Autos, wodurch mehr Abfall entsteht.“ Um dem entgegenzuwirken, hat ABB eine unglaubliche neue Technologie namens PixelPaint entwickelt. Ein Roboterarm, ausgestattet mit einer Spritzpistole mit mehr als 1.000 Düsen, kann präzise dosiert Farbe zwischen 20 und 50 µm Größe auf die Karosserie auftragen. Dies bedeutet, dass er im Wesentlichen Tinte auf die Oberfläche einer Autokarosserie drucken kann, wie ein Tintenstrahldrucker auf Papier. Dadurch können Formen und sogar digitale Fotos automatisch auf eine Autokarosserie gemalt werden. Mehrere Arme oder Durchgänge können mehrfarbige Bilder liefern. Das Beste aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ist die 100-prozentige Auftragseffizienz ohne Overspray, was bedeutet, dass kein Abfall anfällt, der Bedarf an Klimaanlagen in der Lackiererei stark reduziert wird und die CO2-Emissionen deutlich geringer sind.

Als ich den PixelPaint-Laden besuchte, machte ABB ein Foto von mir und schenkte es mir nur ein oder zwei Stunden später gemalt auf einer Metallplatte mit vollständiger Schutzbeschichtung. Allerdings kann diese Technik nicht an allen Teilen eines Fahrzeugs angewendet werden, da sie eher für flache oder leicht gewölbte Oberflächen geeignet ist. „PixelPaint kann man zum Beispiel nicht an Türkanten verwenden“, sagt Reger. „Letztendlich werden 10–20 % der Oberfläche übrig bleiben, auf denen Sie traditionellere Technologie verwenden müssen, aber unser Ziel ist es, für den Rest die Pixel-Lacktechnologie zu verwenden. Bei Overspray fällt der Überschuss in das Wasser darunter, aber wenn es nur 10 % des Prozesses sind, der dies verursacht, wird das gesamte Belüftungssystem um 80 % reduziert, was eine dramatische Veränderung darstellt.“

ABB hofft außerdem, dass seine VSLAM-Technologie es Unternehmen ermöglichen kann, nicht maßgeschneiderte Standorte wie große Lagerhallen schneller in Produktionsflächen umzuwandeln. AMRs können die Standorttopologie ohne Modifikation der Anlage erlernen und modulare Linienstationen können einfacher im Raum platziert werden. Es werden weniger Ausgaben für die dauerhafte Infrastruktur erforderlich sein. ABB arbeitet außerdem daran, Technologien ähnlich wie ChatGPT zu integrieren, damit Roboter Befehle verbal empfangen können.

Während alle diese Technologien auch dazu beitragen, die Kosten der traditionellen Automobilproduktion zu senken, ist ihr größter Vorteil der Übergang zu Elektrofahrzeugen. Die Notwendigkeit, die Produktion weiterer Modelltypen und neuer BEV-Plattformen zu unterstützen, erfordert eine größere Agilität der Fabriken und die Fähigkeit, auf die Marktdynamik zu reagieren. Der Automatisierungsansatz von ABB könnte Automobilherstellern möglicherweise die größere Flexibilität verschaffen, die sie zur Bewältigung dieser Herausforderung benötigen.

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