Roboterzellen planen: Investition, Amortisation und Platzbedarf

Eine Roboterzelle planen Sie in drei Schritten: Sie erfassen alle Kostenblöcke, rechnen die Amortisation mit realistischer Auslastung und klären den Platzbedarf vor der Bestellung. Der Roboterarm ist nur ein Teil der Investition. Greifer und Zuführung, Sicherheitstechnik und Steuerung sowie Programmierung und Inbetriebnahme bestimmen den Gesamtpreis, und die Auslastung entscheidet, ob sich die Zelle nach zwei oder nach vier Jahren bezahlt macht.

Dieser Beitrag richtet sich an Geschäftsführer und Werksleiter im Mittelstand, die eine erste Zelle planen. Er liefert eine Kostenstruktur, ein Rechenbeispiel mit Sensitivität, eine Faustformel für den Platzbedarf und eine Prüfliste für die Vorbereitung. Zu Sicherheitsnormen steht hier nur ein Überblick. Dieser Beitrag gibt einen Überblick und ersetzt keine Rechtsberatung.

Wie viele Roboter sind in Deutschland im Einsatz, und was bedeutet das für den Mittelstand?

Deutschland gehört zu den größten Märkten für Industrieroboter: Nach dem Bericht der International Federation of Robotics (IFR) „World Robotics 2023“ wurden 2022 weltweit 553.052 Industrieroboter installiert, davon 25.636 in Deutschland. Das entspricht etwa fünf Prozent der weltweiten Installationen und Platz fünf unter den Märkten. Die Zahlen belegen, dass Roboterzellen ein reifes Produkt mit etablierten Anbietern und Integratoren sind. Für den Mittelstand folgt daraus, dass das Risiko in der Planung liegt: Aufgabe, Teilestrom und Auslastung sowie die Einbindung in den Betrieb.

Wie der Einstieg im Mittelstand wirtschaftlich gelingt, beschreibt der Beitrag zur Wirtschaftlichkeit von Robotern im Mittelstand. Die Besonderheiten kollaborativer Systeme zeigt der Beitrag zu Cobots.

Woraus bestehen die Kosten einer Roboterzelle?

Die Kosten einer Roboterzelle bestehen aus acht Blöcken, von denen der Roboterarm nur einer ist. Belastbare Preise für eine Zelle entstehen erst aus einem Angebot für die konkrete Aufgabe, denn die Teilegeometrie, die Taktzeit und die Anforderungen an die Sicherheit verändern die Kosten stärker als der Typ des Roboters. Für die Planung genügt eine vollständige Liste der Blöcke, die Sie bei jedem Angebot abgleichen.

Die Spalte rechts zeigt die Bereiche, in denen Budgets aus der Erfahrung heraus überschritten werden. Besonders die Zuführung und die Umrüstung zwischen Teilevarianten bestimmen, ob eine Zelle im Alltag Zeit spart. Ein Roboter, der schnell greift, aber auf Teile wartet, ist schlecht ausgelastet. Vorbereitung in der Aufgabe zahlt sich hier mehr aus als ein schnellerer Arm.

Wie rechnet man die Amortisation einer Roboterzelle?

Die Amortisationszeit einer Roboterzelle ist die Investition geteilt durch die jährliche Nettoersparnis, wobei die Ersparnis aus ersetzter Arbeitszeit abzüglich der laufenden Kosten der Zelle entsteht. Das folgende Beispiel ist illustrativ und zeigt die Rechenlogik. Ersetzen Sie die Werte durch Ihre eigenen.

Das Beispiel zeigt die zentrale Sensitivität: Fällt die Auslastung von der Planung auf 60 Prozent, verdoppelt sich die Amortisationszeit. Für die Entscheidung brauchen Sie deshalb eine Spanne mit geprüfter Auslastung. Die einfache Amortisationsrechnung ignoriert Zinsen und Nutzungsdauer. Für Zellen mit einer erwarteten Nutzung von mehreren Jahren ergänzt die Kapitalwertmethode die Betrachtung, mit einem Kalkulationszins, den Ihr Controlling vorgibt.

Neben der Arbeitszeit gehören weitere Wirkungen in den Business Case, die sich in Zahlen fassen lassen: weniger Ausschuss durch gleichbleibende Qualität, Entlastung von belastenden Tätigkeiten, die Besetzung von Schichten, für die kein Personal zu finden ist, und die Planbarkeit der Lieferung. Der Beitrag zur Automatisierung gegen den Fachkräftemangel zeigt, wie sich der Nutzen aus offenen Stellen herleiten lässt. Jede dieser Wirkungen braucht einen Ausgangswert und einen Verantwortlichen im Fachbereich, sonst bleibt sie eine Behauptung.

Wie viel Platz braucht eine Roboterzelle?

Der Platzbedarf einer Roboterzelle ergibt sich aus der Reichweite des Roboters, dem Schutzbereich um den Arbeitsraum und den Flächen für die Zuführung, für die Ablage und für den Wartungszugang. Die Reichweite bildet einen Kreis: Bei 1,5 Metern Reichweite überstreicht der Arm rund sieben Quadratmeter. Dazu kommen die Stellflächen für Paletten, Förderband oder Maschine, der Schaltschrank und Zugänge für Bediener und Gabelstapler.

Für die Sicherheit gelten Normen, die Sie bei der Planung kennen sollten. Die Norm ISO 10218 (Teile 1 und 2, 2011) legt Sicherheitsanforderungen an Industrieroboter und Roboteranlagen fest. Die technische Spezifikation ISO/TS 15066 (2016) behandelt die Mensch-Roboter-Kollaboration und beschreibt Grenzwerte für Kräfte und Drücke bei Kontakt. Der Mindestabstand von Schutzeinrichtungen zur Gefahrenstelle folgt aus der Annäherungsgeschwindigkeit und der Nachlaufzeit des Systems, wie ISO 13855 beschreibt. Eine kollaborative Anwendung spart Zaun und Fläche nur dann, wenn die Risikobeurteilung der konkreten Anwendung das erlaubt, denn ein Cobot mit scharfem Werkzeug oder schwerem Werkstück bleibt trotz Leistungsbegrenzung eine Gefahrenquelle. Fachleute für Maschinensicherheit führen die Risikobeurteilung durch.

Prüfliste: Ist Ihr Vorhaben reif für die Beschaffung?

Ein Vorhaben ist reif für die Beschaffung, wenn Sie die folgenden Fragen mit Ja beantworten.

1. Ist die Aufgabe beschrieben, mit Teilen und Stückzahlen, mit Taktzeit und Qualitätsanforderung?
2. Liegt der Ausgangswert vor: Stunden und Ausschuss sowie Durchlaufzeit der heutigen Lösung?
3. Ist die Auslastung realistisch angesetzt, mit einem Szenario bei 60 Prozent?
4. Enthalten alle Angebote die acht Kostenblöcke, und sind Unterschiede erklärt?
5. Ist die Zuführung der Teile geklärt, auch bei Variantenwechsel?
6. Ist die Fläche geprüft, mit Reserve für Zugang und Wartung?
7. Ist die Risikobeurteilung beauftragt und der Termin dafür eingeplant?
8. Hat jemand im Betrieb die Verantwortung ab dem ersten Tag, mit Programmpflege und Störungsdienst?
9. Sind die Bediener eingebunden und geschult, bevor die Zelle läuft?

Roboterzellen planen mit Niehues Consulting

Niehues Consulting ist eine Beratung für KI-Management und Organisationsdesign aus der Lieferperspektive mit Sitz in Düsseldorf. Die Arbeit von Niehues Consulting beginnt vor der Anfrage an Integratoren: Business Analysis und Anforderungen, der Business Case, die Reihenfolge der Vorhaben und die Einführung im Betrieb mit Rollen und Verantwortung sowie Delivery Management. Gründer Marin Niehues bringt Vorhaben in den Betrieb, in Projekten von VC-finanzierten Scaleups bis zu DAX-40-Konzernen und in über 20 Ländern auf sechs Kontinenten.

Das Vorgehen folgt dem Niehues Delivery Model. Für eine Roboterzelle zählen drei Prüffragen: Welches Geschäftsergebnis soll sich messbar verändern? Ist der Business Case mit realen Werten bestätigt? Wer verantwortet den Betrieb ab dem ersten Tag? Umfang und Konditionen eines Vorhabens werden in der kostenfreien Erstberatung besprochen, die Sie über den Kontakt vereinbaren.